Blattduftstoffmuster verschiedener Wirtsbaumarten der Rosskastanien-Miniermotte (Cameraria ohridella DESCHKA & DIMIC 1986) Eine chemische und biologische Analyse als Beitrag zur biotechnischen Schädlingsbekämpfung
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The focus of the present study was the research on the olfactory host plant finding of the horse chestnut leafminer Cameraria ohridella in view of developing a biotechnological pest control method. For this purpose in the first part of the study the fresh leaf scents of A. hippocastanum, A. × carnea, A. pavia, A. flava, A. glabra and A. parviflora as well as Acer pseudoplatanus and A. platanoides were analyzed using Headspace-SPME/GC/MS. In the same way the leaf odors of the hazel (Corylus avellana) and a non-host plant, the common oak (Quercus robur), were characterized. To evaluate the in vitro SPME sampling technique a comparison was carried out via closed loop stripping analysis (CLSA) in situ. A total of 67 volatiles were identified in the leaf odors of the host plants and the non-host plant. The compounds could be assigned to the following classes: green leaf volatiles (GLVs), terpenoids and benzenoids. The leaf scent of uninfested foliage of A. hippocastanum comprised a high amount of GLVs (> 97%). Terpenoids were included to a maximum of 3% and benzenoids to less than 0.2%, respectively. An increase in infestation level correlated with the rise in concentration of terpenoids and the fall of GLV amount in the odor pattern. Characteristic of mined leaves was further the detection of oxygen-containing sesquiterpenes. Wilted leaves could be distinguished from infested leaves with chemical cues, because the first ones released only terpenoids after 24 h and the others emitted high amounts of terpenoids as well as GLVs. The leaf odor patterns of the investigated species of the genera Aesculus, Acer, Corylus and Quercus showed qualitative and semiquantitative differences, but they were not always immediately visible by comparing the gas chromatograms. Therefore all leaf scents were specified using a cluster analysis. As a result, it can be seen that the leaf odor of a species is hardly influenced by its habitat. Infested leaves of A. hippocastanum release an odor, which differs more significant from all other uninfested species (with one exception) than the scents of the uninfested species among each other. The leaf scents of the closely related species A. hippocastanum and A. × carnea are very similar to each other. Nevertheless the similarities in the odor patterns not always conform to the phylogeny of the species, but usually correspond with infestation levels. In the second part of the study bioassays were performed with a selection of the newly identified compounds in order to investigate their bioactivities on C. ohridella. Using electroantennogram (EAG) recordings non-sex-specific perceptions were established for all applied GLVs, benzenoids and terpenoids, but the electroantennogram (EAG) responses showed significant differences in the pulse heights of each compound. The only exception was (E,E)-alpha-farnesene, which elicited nearly twice as strong responses of male moths at 10 mg stimulus level as the remaining terpenoids. This result could be explained with a structural similarity of (E,E)-alpha-farnesene with the sex pheromone of the leafminer. After recording the EAG responses of the leaf volatiles the behavior-modifying effects of these compounds on C. ohridella were surveyed in field trials for developing a sustainable pest control method. Therefore the selected volatiles were integrated in dispensers of newly designed traps, which were hung up into the treetops of horse chestnuts. The investigations were carried out at two sites in Fürth and at three different habitats in Forchheim. Although the location factors, for example the soil conditions and the surrounding flora, statistically and visibly affected the leaf damage, it could be shown, that the attraction of leaf volatiles to C. ohridella is too weak for a mass trapping outdoor. Hence these compounds can not be recommended for an effective pest control. Nevertheless the higher infestation values of the horse chestnuts with leaf odor traps compared with untreated trees support an olfactory host plant finding of the leafminer. A further evidence for this assumption provided the repellent tests, which were subsequently used for masking the native scent of the horse chestnut leaves. The application of the repellents resulted in reduced infestations by the horse chestnut leafminer on A. hippocastanum by an average of 59%. Finally the odor pattern of a mildew (Erysiphe flexuosa), which commonly occurs on the leaves of A. × carnea and decreases the number of mines of C. ohridella, was analyzed qualitatively and semiquantitatively for the first time.
Abstract
Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit standen Untersuchungen zur olfaktorischen Wirtsbaumfindung der Rosskastanien-Miniermotte (Cameraria ohridella) im Hinblick auf die Entwicklung einer biotechnischen Bekämpfungsmethode gegen den Schädling. Hierfür wurden im ersten Teil der Arbeit die frischen Blattduftstoffmuster der Aesculus-Arten A. hippocastanum, A. × carnea, A. pavia, A. flava, A. glabra und A. parviflora sowie der beiden Acer-Arten A. pseudoplatanus und A. platanoides mittels Headspace-SPME/GC/MS analysiert. Gleichermaßen wurden die Blattduftbouquets von Corylus avellana und einer Nichtwirtspflanze, Quercus robur, charakterisiert. Zur Evaluierung der in vitro SPME-Probenahmetechnik erfolgte ein Vergleich mittels CLSA in situ. In den Blattdüften der Wirtsbäume und der Nichtwirtspflanze konnten insgesamt 67 flüchtige Verbindungen identifiziert werden, die den Substanzklassen Grüne Blattduftstoffe (GLV), Terpenoide und Benzolderivate zuzuordnen sind. Das Duftbouquet unbefallener Blätter von A. hippocastanum zeichnete sich durch einen hohen Gehalt an GLV (> 97%) aus; Terpenoide und Benzolderivate waren darin maximal zu 3% bzw. unter 0,2% enthalten. Ein Anstieg des Befallsgrades der Blätter korrelierte mit einer Zunahme der Terpenoidkonzentration bzw. einer Abnahme des GLV-Anteils im Gesamtbouquet. Charakteristisch für minierte Blätter war auch die Detektion von sauerstoffhaltigen Sesquiterpenen. Welkende Blätter konnten von befallenen chemisch differenziert werden, da zuerst genannte nach 24 h ausschließlich Terpenoide freisetzten, befallene Blätter hingegen sowohl hohe Terpenoid- als auch GLV-Konzentrationen emittierten. Die Blattduftstoffmuster der untersuchten Vertreter der Gattungen Aesculus, Acer, Corylus und Quercus wiesen zwar qualitative und semiquantitative Unterschiede auf, jedoch waren diese nicht immer sofort anhand eines optischen Vergleichs der Chromatogramme zu erkennen. Daher wurden alle Blattdüfte einer Clusteranalyse unterzogen. Im Ergebnis wurde Folgendes festgehalten: Der Blattduft einer Art wird kaum vom Standort beeinflusst. Befallene Blätter von A. hippocastanum emittieren einen Duft, der sich mit einer Ausnahme deutlicher von den Düften aller anderen unbefallenen Blattarten unterscheidet als diese untereinander. Die Duftbouquets der nah verwandten Arten A. hippocastanum und A. × carnea ähneln sich sehr stark, jedoch stimmen Gemeinsamkeiten im Duftprofil nicht immer mit der Phylogenie der Arten, dafür aber in der Regel mit ihren Befallsgraden überein. Im zweiten Teil der Arbeit standen Biotests mit einer Auswahl der neu identifizierten Verbindungen an, um deren biologische Aktivitäten auf C. ohridella zu überprüfen. Mittels elektrophysiologischer Ableitungen an den Antennen beider Geschlechter wurde eine geschlechtsunspezifische Perzeption für alle eingesetzten GLV, Benzolderivate und Terpenoide, jedoch mit signifikant unterschiedlichen Potentialdifferenzen für die einzelnen Komponenten, nachgewiesen. Die einzige Ausnahme bildete (E,E)-alpha-Farnesen, das beim männlichen Geschlecht bei ca. 10 mg Reizquellenbeladung ungefähr doppelt so große Signale im Elektroantennogramm (EAG) generierte wie die übrigen getesteten Terpenoide. Diskutiert wurde diese Beobachtung mit einer Strukturähnlichkeit des (E,E)-alpha-Farnesens zum Sexualpheromon des Minierers. Nachdem die Wahrnehmung der Blattduftstoffe auf neuronaler Ebene nachgewiesen wurde, galt es ihre verhaltensmodifizierenden Wirkungen im Freiland im Hinblick auf eine nachhaltige Bekämpfung von C. ohridella zu bestimmen. Dafür wurden die ausgewählten flüchtigen Verbindungen in Dispensersysteme integriert und mittels neu entwickelter Fallenmodelle in die Baumkronen der Rosskastanien aufgehängt. Getestet wurde die Wirkung an zwei Standorten in der Stadt Fürth sowie in drei Biotopen der Stadt Forchheim. Wenngleich die Standortfaktoren (z.B. Beschaffenheit des Bodens nebst Begleitflora) den Blattbefall statistisch und optisch signifikant beeinflussten, so konnte dennoch im Ergebnis festgehalten werden, dass die Lockwirkung der Blattduftstoffe in den Fallen für einen Massenfang von C. ohridella im Freiland, und somit für eine effektive Schädlingsbekämpfung, zu schwach ist. Höhere Befallszahlen der Bäume mit Blattduftstofffallen im Vergleich zu unbehandelten Kontrollbäumen sprechen jedoch für eine olfaktorische Wirtsbaumfindung der Rosskastanien-Miniermotte. Einen weiteren Beleg für diese Hypothese lieferten anschließend durchgeführte Repellent-Tests mit denen das kastanieneigene Blattduftprofil ausgeblendet wurde. Als Resultat war eine Befallsreduzierung an A. hippocastanum um durchschnittlich 59% festzuhalten. Für die Erforschung weiterer Repellentien gegen C. ohridella wurde am Ende der Arbeit erstmalig das Duftbouquet von Erysiphe flexuosa analysiert.