Identification of volatile compounds in dried fruits and nuts attractive to Plodia interpunctella (Hübner, 1813) (Lepidoptera: Pyralidae) and in legume seeds attractive to Callosobruchus maculatus (Fabricius, 1775) (Coleoptera: Chrysomelidae)
The goal of the present study consisted of identifying volatile organic compounds (VOCs) in dried apricot, apple, and almond as well as those in dried cowpea and green pea seeds, attractive to two economically important insect species, Plodia interpunctella (Hübner, 1813) (Lepidoptera: Pyralidae) and Callosobruchus maculatus (Fabricius, 1775) (Coleoptera: Chrysomelidae), respectively. The antenna of P. interpunctella used as biological detector in a gas-chromatography-mass spectrometry/electroantennography technique showed that the moth was able to perceive eight volatile compounds from dried apple, another 10 from dried apricot, and again 10 compounds from roasted almond. Among all those compounds, 12 were found for the first time as electrophysiologically active in P. interpunctella namely 3-methyl-1-butanol acetate, 1-butanol, 1-etoxy-2-propanol, 2-methyl-1-butanol, 2,6,11-trimethyldodecane, 3-hydroxy-2-butanone, 2,5-dimethylpyrazine, (E)-2-heptenal, 2,3,5-trimethylpyrazine, acetic acid, furfural and ethyl benzoate. The pulse beetle antenna perceived a total of 6 compounds, five from green pea seeds, 3-carene, 1-pentanol, 1-octen-3-ol, nonanal, and (E)-2-octenal and just one from the cowpea seeds, acetic acid. All those compounds were newly described as EAG-active for the beetle. The behavioural assays of C. maculatus using single compounds in Petri dishes revealed that all compounds except 1-octen-3-ol elicited an attraction index inversely proportional to the increase of the concentration, indicating that these compounds could be attractive at lower concentrations and repellent at higher concentrations. 1-octen-3-ol showed an attraction index lower than that of the untreated control at all tested concentrations, indicating an eventual repellent effect even at low concentrations. The test of mixtures of these substances in Y-tube olfactometer showed that females were attracted to five mixtures namely mixture of 1-pentanol, nonanal, (E)-2-octenal and 3-carene, ratio 14:29:14:43 (quaternary mixture); mixture of 1-pentanol, (E)-2-octenal and nonanal, ratio 25:25:50 (ternary mixture 1); mixture of 3-carene, nonanal, and (E)-2-octenal, ratio 50:33:17 (ternary mixture 2), mixture of nonanal (10-5 w/w and (E)-2-octenal (10-6 w/w), ratio 67:33 (binary mixture 1); mixture of nonanal and (E)-2-octenal at 10-6 w/w either, ratio 67:33 (binary mixture 2). Males were attracted only to two binary mixtures consisting exclusively of aldehydes, the binary mixture 1 and binary mixture 2. Our results showed that the mixture of alcohols (1-pentanol and 1-octen-3-ol, ratio 50:50) caused male and female C. maculatus to respond negatively, and was thus regarded as repellent. It was also found that the compound 3-carene might have an antagonistic effect against the attractiveness of other compounds in the mixtures tested since when present it caused a repellent effect in male C. maculatus but not in female. Further experiments in natural storage conditions need to be carried out with the attractive mixtures before using them in integrated pest management. The behavioural bioassays of P. interpunctella in an empty room using mixtures of compounds and a sticky trap showed that male and female P. interpunctella were mostly attracted to the mixture of substances identified in roasted almond and to that found in dried apricot in comparison to the control. The highest numbers of moths trapped were observed in mid-July and early August when high temperatures prevailed. However, compared to the initial number of active moths present in the room, the attractiveness was rather low. This could be due to many reasons such as the variability in response within individuals, the fluctuation of the temperature and relative humidity, the quick evaporation of the tested volatiles, or simply the naturally weak attractiveness of the mixtures tested in the formulation with paraffin oil. In addition, the odour perceived when mixing EAG-active VOCs from one substrate might not be the same as that perceived by the moth when exposed to the crude substrate itself. P. interpunctella might need more complex odour to respond to. The least attraction was found when excluding alcohols from the mixture of substances found in roasted almond, indicating an eventual importance of alcohols in the mixture of volatiles used by the moth for its orientation. Further investigations should be carried out at conditions with controlled optimum temperature and relative humidity, using a slow-release dispenser, mixing all EAG-active VOCs together for a better synergic effect, or combining dried fruits and nuts volatiles with cereal volatiles to form a “müsli-odour” in order to improve the mixtures before using them in lures or traps for the monitoring and / or control of stored-product insects. Upon author request this thesis is available as printed version only.
Das Ziel der vorliegenden Studie bestand einerseits in der Identifizierung flüchtiger organischer Verbindungen in getrockneter Aprikose, Apfel und Mandel und ihrer attraktiven Wirkung auf die Dörrobstmotte, Plodia interpunctella (Hübner, 1813) (Lepidoptera: Pyralidae), andererseits in der Bestimmung der flüchtigen Inhaltstoffe in getrockneten Augenbohnen und grünen Erbsensamen und deren Wirkung auf den vierfleckigen Bohnenkäfer, Callosobruchus maculatus (Fabricius, 1775) (Coleoptera: Chrysomelidae). Die Antenne der Dörrobstmotte wurde als biologischer Detektor in einer Gaschromatographie-Massenspektrometrie / Elektroantennographie-Technik verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass die Dörrobstmotte acht flüchtige Verbindungen aus getrocknetem Apfel wahrnehmen konnte, 10 Substanzen aus getrockneten Aprikosen, und 10 Substanzen aus gerösteten Mandeln. Unter all diesen Verbindungen wurden 12 zum ersten Mal als elektrophysiologisch aktiv für P. interpunctella festgestellt, nämlich 3-Methyl-1-butanol-Acetat, 1-Butanol, 1-Methoxy-2-propanol, 2-Methyl-1-butanol, 2, 6,11-Trimethyldodecane, 3-Hydroxy-2-butanon, 2,5-Dimethylpyrazin, (E)-2-heptenal, 2,3,5-Trimethylpyrazin, Essigsäure, Furfural und Ethylbenzoat. Unter den in den hier voliegenden Versuchen gewählten Bedingungen konnte die Antenne des vierfleckigen Bohnenkäfers insgesamt 6 Verbindungen wahrnehmen, fünf aus getrockneten grünen Erbsensamen, 3-Caren, 1-Pentanol, 1-Octen-3-ol, Nonanal und (E)-2-Octenal und eine aus dem Augenbohnen-Samen, Essigsäure. Alle diese EAG-aktiven Verbindungen wurden erstmalig für den vierfleckigen Bohnenkäfer beschrieben. Verhaltensversuche mit C. maculatus und einzelnen Verbindungen in Petrischalen ergaben, dass für alle Verbindungen außer 1-Octen-3ol der Attraktivitätsindex mit zunehmender Konzentration abnahm, was anzeigt, dass diese Verbindungen anziehend bei niedrigerer Konzentration und eher repellierend bei höheren waren. 1-Octen-3-ol ergab ein Anziehungsindex geringer als der der Nullkontrolle in allen getesteten Konzentrationen, und dies zeigt, dass 1-Octen-3ol unter diesen Bedingungen nicht attraktiv wirkte. Versuche mit Mischungen der Subtanzen im Y-Olfaktometer ergaben, dass Weibchen von fünf Mischungen angelockt wurden, nämlich Mischungen aus 1-Pentanol, Nonanal, (E)-2-Octenal und 3-Caren, Anteil 14:29:14:43 (quaternäre Mischung); Mischung aus 1-Pentanol, (E)-2-Octenal und Nonanal, Anteil 25:25:50 (ternäre Mischung 1); Mischung aus 3-Caren, Nonanal und (E)-2- Octenal, Anteil 50:33:17 (ternäre Mischung 2); Mischung aus Nonanal (10-5) und (E)-2-Octenal (10-6), Anteil 67:33 (binäre Mischung 1), und die Mischung aus Nonanal und (E)-2-Octenal in 10-6 jeweils, Anteil 67:33 (binäre Mischung 2). Männchen wurden nur von zwei Mischungen angelockt, die ausschließlich aus Aldehyden bestanden. Die übrigen Mischungen wirkten repellierend auf den vierfleckigen Bohnenkäfer. So führte die binäre Mischung aus Alkoholen (1-pentanol und 1-Octen-3-ol, Anteil 50:50) zu einer negativen Reaktion der Männchen und wurde daher als Repellent angesehen. Außerdem wurde gefunden, dass 3-Caren in Verbindung mit anderen Verbindungen stets eine abstoßende Wirkung auf männliche C. maculatus verursachte, aber nicht auf Weibchen. Weitere Experimente müssen im Labor und unter natürlichen Lagerbedingungen mit verschiedenen attraktiven Mischungen durchgeführt werden, bevor die Verwendung in den integrierten Pflanzenschutz gelingen kann. Verhaltensversuche mit der Dörrobstmotte in leeren Räumen unter Verwendung der Substanzmischungen und einer Klebefalle zeigten, dass Weibchen und Männchen der Dörrobstmotte im Vergleich zur Kontrolle verstärkt durch Mischungen von Substanzen aus gerösteter Mandel und getrockneter Aprikose angelockt wurden. Die höchsten Zahlen gefangener Motten wurden Mitte Juli und Anfang August beobachtet, als hohe Temperaturen herrschten. Allerdings war im Vergleich zur Gesamtzahl der eingesetzten Falter im Raum die Attraktivität eher gering. Hierfür könnte es eine Reihe verschiedener Gründe geben, wie den Umstand, dass die Summe der in Paraffinöl gelösten EAG-aktiven Einzelsubstanzen nicht dem Geruch des Substrates selbst entspricht, dass es eine Variabilität in der Reaktion von Individuen gibt, dass Schwankung der Temperatur und relativen Luftfeuchtigkeit zu unterschiedlichen Gehalten von Reinsubstanzen in der Luft führten oder zur schnellen Verdampfung bestimmter flüchtiger Stoffe. Schließlich könnten auch die untersuchten Mischungen in ihrer Zusammensetzung und der Formulierung mit Paraffinöl einfach nur eine schwache Attraktivität gezeigt haben. Die geringste Attraktivität wurde gefunden, wenn Alkohole aus der Mischung der Substanzen in gerösteten Mandeln entfernt wurden. Dies zeigt eine relative Bedeutung der Alkohole in den getesteten Mischungen für die Dörrobstmotte. Zukünftige Untersuchungen sollten unter kontrollierten optimalen Temperaturen und relativer Luftfeuchtigkeit durchgeführt werden und die Verwendung eines Dispensers mit langsamer aber gleichmäßiger Freisetzung der Einzelkomponenten in gleichem Mischungsverhältnis beinhalten. Untersucht werden könnte die Mischung aller gefundenen EAG-aktiven Substanzen aus allen Substraten (z.B. getrocknete Aprikose + getrockneter Apfel + geröstete Mandel), oder auch die Mischung der gefundenen Duftstoffe aus getrockneten Früchten und Nüssen mit denen aus Getreide um einen "Müsli-Geruch" nachbilden zu können, und so die Attraktivität der aktuellen Mischungen für die Zielinsekten zu verbessern. Erst dann könnte eine Verwendung dieser Substanzen in Ködern und Fallen für die Überwachung oder die Bekämpfung der vorratsschädlichen Insekten zum Erfolg führen. Auf Wunsch des Autors / der Autorin ist diese Dissertation nur als Druckausgabe verfügbar.
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