Water storage and osmotic pressure influences on the water relations of a dicotyledonous desert succulent

Abstract Water storage and nocturnal increases in osmotic pressure affect the water relations of the desert succulent Ferocactus acanthodes, which was studied using an electrical circuit analog based on the anatomy and morphology of a representative individual. Transpiration rates and osmotic pressures over a 24-h period were used as input variables. The model predicted water potential, turgor pressure and water flow for various tissues. Plant capacitances, storage resistances and nocturnal increases in osmotic pressure were varied to determine their role in the water relations of this dicotyledonous succulent. Water coming from storage tissues contributed about one-third of the water transpired at night: the majority of this water came from the nonphotosynthetic, water storage parenchyma of the stem. Time lags of 4 h were predicted between maximum transpiration and maximum water uptake from the soil. Varying the capacitance of the plant caused proportional changes in osmotically driven water movement but changes in storage resistance had only minor effects. Turgor pressure in the chlorenchyma depended on osmotic pressure, but was fairly insensitive to doubling or halving of the capacitance or storage resistance of the plant. Water uptake from the soil was only slightly affected by osmotic pressure changes in the chlorenchyma. For this stem succulent, the movement of water from the chlorenchyma to the xylem and the internal redistribution of water among stem tissues were dominated by nocturnal changes in chlorenchyma osmotic pressure, not by transpiration.     

Protein and cDNA sequences of Bowman-Birk protease inhibitors from the cowpea (Vigna unguiculata Walp.)

The protein and gene sequences of the cowpea Bowman-Birk type trypsin inhibitor which confers enhanced insect resistance to transgenic tobacco plants, and of cowpea trypsin/chymotrypsin inhibitors are presented. There are regions of high conservation and high divergence within the 5 leader, mature protein and 3 non-coding regions of the Bowman-Birk inhibitors and in the genes which encode them in different members of this family within the Leguminosae. The practical implications of this finding for studies on the evolution of plants and the utilization of these genes for enhancing insect resistance is discussed.     

Corrosion casts as a method for investigation of the insect tracheal system

Summary The tracheal systems of five insect species (two species of ants, worker bee, housefly and the cabbage butterfly) have been studied by scanning electron microscopy of corrosion casts. This technique, which is commonly used for the investigation of vertebrate vasculature, is adapted to demonstrate the ultrastructure of the insect respiratory organ. The problem of filling a blind ending system was solved by injecting the resin Mercox into the evacuated tracheae through a thoracal spiracle. After polymerization of the resin, the tissue was digested enzymatically and chemically. The three-dimensional structure of the tracheal system was investigated by scanning electron microscopy. The technique used here displays for the first time the complex morphology of the entire tracheal system in fine detail, especially the structure of spiracles, airsacs, tracheae and tracheoles. Smooth-walled terminal tracheoles show up in flight muscles. The finest tracheoles that could be identified have diameters of approximately 70 nm. This approaches the finest tracheoles portrayed by transmission electron micrographs.     

Heritability estimates of phenthoate resistance in the diamond-back moth

Realized heritabilities were estimated for the character of phenthoate resistance in two local strains of the diamond-back moth, Plutella xylostella L. (Lepidoptera: Yponomeutidae), by performing artificial laboratory selection for resistance and susceptibility to phenthoate. Heritability estimates indicated that such traits are moderately heritable ( ²=0.42 and 0.41 in the resistant selection and ²=0.31 and 0.21 in the susceptible selection), and give an experimental basis accounting for rapid evolutionary changes of phenthoate resistance observed in field populations of this insect.The observed changes in variances of phenthoate susceptibility are discussed in relation to the additive genetic variance eliminated by directional selection. The explanation stresses the importance on the underlying genetic system.

---

Résumé L'héritabilité de la résistance au phenthoate obtenue chez deux souches locales de P. xylostella L. (Lep.; Yponomeutidae) a été calculée en procédant au laboratoire à des sélections artificielles pour la résistance et pour la sensibilité à cet insecticide. Les calculs de l'héritabilité ont montré que de tels caractères sont moyennement héritables ( ²=0,42 et 0,41 lors de la sélection pour la résistance, et ²=0,31 et 0,21 lors de la sélection pour la sensibilité), et ont fourni la base expérimentale rendant compte des changements évolutifs rapides observés pour la résistance au phenthoate chez des populations naturelles de cet insecte.Les changements observés de la variance de la sensibilité au phenthoate sont discutés en fonction de la variance génétique additive éliminée par la sélection orientée. L'explication insiste sur l'importance du système génétique souligné.

     

Glandular trichome exudate is the critical factor in geranium resistance to foxglove aphid

Resistance to the foxglove-aphid (Acyrthosiphon solani Kaltenbach) has been demonstrated in some inbred geranium lines (Pelargonium Xhortorum Bailey). To establish more definitively the cause/effect relationship between tall glandular trichome exudate and resistance, an intact plant bioassay was performed comparing a resistant plant line, a resistant plant line from which the tall glandular trichome exudate had been removed using a basic buffer solution, a susceptible line and a susceptible line treated with the buffer wash. After 5 days of isolation on the respective surfaces, the number of surviving adult aphids as well as the number of nymphs produced and remaining alive were determined. Aphids on the buffer washed, resistant line exhibited mortality and fecundity which was not significantly different from that produced by the susceptible line. In contrast, the untreated resistance line was clearly resistant with lower adult survival and fewer living nymphs. The tall glandular trichome exudate must therefore be a critical factor in geranium resistance to the foxglove aphid.

---

Zusammenfassung Widerstandsfähigkeit dem Fingerhut-Blattlaus (Acyrthosiphon solani Kaltenbach) gegenüber wurde in einigen durch Inzucht erzeugten Pelargonie-Linien (Pelargonium Xhortorum Bailey) gezeigt. Um das Verhältnis von Ursache und Wirkung zwischen dem hochgewachsenen glandulären Trichom-Exudat und Widerstandsfähigkeit genauer zu bestimmen, wurde eine Bio-Untersuchung an intakten Pflanzen unternommen. Dabei wurden eine widerstandsfähige Pflanzenlinie, eine widerstandsfähige Pflanzenlinie, von der das hochgewachsene glanduläre Trichom-Exudat durch eine basische Pufferlösung entfernt worden war, eine anfällige Linie und eine mit Pufferlösung behandelte Linie verglichen. Zwei erwachsene weibliche Blattläuse wurden fünf Tage durch ein engmaschiges Netz auf den zu untersuchenden dritten und vierten Knotenblättern eingesperrt. Bei jeder Pflanze wurde die Untersuchung an einem nichtbehandelten Blatt und an einem Blat, von dem das Exudat durch Waschen mit der Pufferlösung entfernt worden war, durchgeführt. Für jede Linie wurden fünf Pflanzen gebraucht, und der ganze Versuch wurde sechsmal wiederholt. Nach einer fünftägigen Isolierung auf den jeweiligen Oberflächen wurden die Blätter von der Pflanze entfernt, und sowohl die Zahl der überlebenden erwachsenen Blattläuse wie auch die der produzierten und noch am Leben gebliebenen Nymphen festgestellt. Mit einer niedrigeren Überlebensrate der Erwachsenen und weniger noch lebenden Nymphen war die nichtbehandelte widerstandsfähige Linie deutlich widerstandsfähig. Im Gegensatz dazu zeigten die Blattläuse auf der mit Puffer gewaschenen widerstandsfähigen Linie eine Sterblichkeit und Fruchtbarkeit, die nicht erheblich höher waren, als die auf der anfälligen Linie, was beweist, daß das Waschen mit der Pufferlösung den Widerstandsfaktor entfernt hatte. Das hochgewachsene glanduläre Trichom-Exudat muß deshalb ein kritischer Faktor in der Widerstandsfähigkeit gegen Pelargonie-Schädlinge sein.

     

Stylet penetration by two aphid species on susceptible and resistant lettuce

The probing behavior of two aphid species, Myzus persicae (Sulz.) and Nasonovia ribisnigri (Mosley), was electronically monitored on susceptible and resistant lettuce lines using a DC amplifier. A waveform pattern associated with extracellular stylet pathway activities, pattern C, occurred for longer periods when either aphid species probed resistant plants. This pattern is usually regularly interrupted by drops in electrical potential lasting a few seconds, reflecting cell membrane punctures followed by rapid withdrawal of the stylet tips. For M. persicae on resistant lettuce a large increase in pattern C without these potential drops accounted for the increased duration of this pattern. For N. ribisnigri the increase in pathway activity on resistant plants was due to an increase in the more typical pattern C with potential drops, as well as to an increased duration of pattern F, associated with a curious type of stylet penetration within cell walls. Both aphids made more but shorter probes on resistant than on susceptible plants, and these probes led less frequently to periods of sieve element contact and ingestion. The effects of resistance appear to involve both mesophyll and phloem factors. The underlying mechanisms, however, remain unclear. The results indicate which stylet penetration activities or waveform patterns are of interest for further investigation of resistance mechanisms.

---

Résumé Le comportement de sondage de variétés sensibles et résistantes de laitues par deux espèces de pucerons, Myzus persicae (Sulz.) et Nasonovia ribisnigri (Mosley), a été enregistré électroniquement en utilisant un amplificateur DC. Les deux espèces de pucerons ont présenté une amplification de l'onde de type C associée au cheminement extracellulaire des stylets lors du sondage des variétés résistantes. Cette onde est normalement interrompue par des chutes de quelques secondes du potentiel électrique, traduisant des ponctions de la membrane cellulaire suivies par un rapide retrait de l'extrémité des stylets. La forte augmentation de l'onde C mais sans chutes de potentiel rend compte de la plus longue durée de cette onde chez M. persicae sur laitue résistante. L'accroissement du cheminement des stylets chez N. ribisnigri sur plantes résistantes est dû à une augmentation de l'onde C typique avec chutes de potentiel, ainsi qu'à une prolongation de l'onde F liée à la pénétration des stylets dans les parois cellulaires. Les deux espèces font des sondages plus brefs et plus nombreux sur variétés résistantes, et ces sondages entraînent des contacts moins fréquents avec les éléments criblés et débouchent moins souvent sur de l'ingestion. Les effects de la résistance semblent impliquer des facteurs liés à la fois au mésophylle et au phloème. Les mécanismes sous-jacents, cependant, ne sont pas encore clairs. Ces résultats Montrent que l'examen des ondes liées à la pénétration des stylets est important pour des études ultérieures sur les mécanismes de résistance.

     

Host plant resistance in Brachiaria grasses to the spittlebug Zulia colombiana

Twelve forage grass accessions including 11 accessions of Brachiaria Griseb, were evaluated in a glasshouse for host plant resistance to nymphs and tolerance to feeding damage caused by adults of Zulia colombiana (Lallemand) (Homoptera: Cercopidae). Resistance to nymphs was evaluated with a technique that provided uniform environmental conditions and abundant feeding sites. B. brizantha Stapf (cv. Marandú) was the most resistant of the accessions tested based on nymphal mortality, duration of nymphal stadia, and weight of adult females. Andropogon gayanus Kunth, resistant to spittlebug attack in the field, was susceptible under the conditions of this study. While growth habit and rooting characteristics may contribute to field resistance, other resistance factors are present within the genus Brachiaria, particularly in the case of B. brizantha cv. Marandú. The number of insect-days causing severe damage in the most tolerant species (B. dictyoneura Stapf and B. humidicola Schweick) was approximately six times greater than that necessary to cause the same level of damage to the most susceptible species (B. ruziziensis Germain & Evrard and B. decumbens Stapf). No difference was found in regrowth capacity between infested and noninfested plants within accessions. There was a significant positive correlation between number of insect-days causing severe damage (tolerance) and regrowth of infested plants.

---

Résumé Brachiaria est une graminée fourragère prometteuse pour les sols tropicaux acides, saturés d'aluminium. Z. colombiana est un Cercopidae très répandu, limitant l'utilisation de Brachiaria en Amérique Latine. La résistance (antibiose et tolérance) à Z. colombiana, de Brachiaria d'origines diverses a été examinée. B. brizantha cv. Marandù s'est révélé le plus résistant d'après la forte mortalité larvaire, la prolongation du développement larvaire, et le poids réduit des femelles adultes de Z. colombiana. Andropogon gayanus, résistant dans la nature, s'est révélé sensible. Ces résultats suggèrent que cette résistance de A. gayanus dans la nature pourrait être due à la structure du végétal et à son mode de croissance. Dans le cas de B. brizantha cv. Marandù, des facteurs supplémentaires de résistance, mis en évidence à partir de différents modes de croissance, ont été éliminés, de façon à identifier les mécanismes de l'antibiose présents chez Brachiaria. Une grande gamme de résistance aux attaques alimentaires a été observée chez Brachiaria. Les plus résistants ont besoin de 6 fois plus de jours d'attaque par Z. colombiana pour provoquer les dégâts observés sur individus sensibles.

     

High-dose mode of death in Tribolium

This study reports the first demonstration within a single insect genus (Tribolium) of both the acute, or lethal-midlethal, dose-independent pattern of mortality, and the hyperacute, dose-dependent pattern, after appropriate doses of ionizing radiation. This demonstration provides resolution of apparently contradictory reports of insect responses in terms of doses required to cause lethality and those based on survival time as a function of dose. A dose-dependent mortality pattern was elicited in adult Tribolium receiving high doses, viz., 300 Gy or greater; its time-course was complete in 10 days, before the dose-independent mortality began. Visual observations of heavily-irradiated Tribolium suggested neural and/or neuromuscular damage, as had been previously proposed by others for lethally-irradiated wasps, flies, and mosquitoes. Results of experiments using fractionated high doses supported the suggestion that the hyperacute or high-dose mode of death is the result of damage to nonproliferative tissues. Relative resistance of a strain to the hyperacute or high-dose mode of death is not necessarily correlated with resistance to the midlethal mode, which is believed to be the result of damage to the proliferative cells of the midgut.

---

Résumé Les résultats de nombreuses études des réactions des insectes adultes de différents groupes à l'irradiation s'opposent quant à l'importance de la dose provoquant la létalité et quant aux modalités de la mort. Les diptères et les guèpes impliquent des doses très élevées,-des centaines de Gy-, ne présentent aucune période caractérisant la mort par irradiation, et décèdent de plus en plus tôt avec l'augmentation des doses. Beaucoup d'autres insectes succombent à des doses (milétalelétale) beaucoup plus faibles,-de quelques Gy à des dizaines-, et quelle que soit la dose meurent au bout d'un temps voisin.Au cours de cette étude, nous avons pu observer que ces deux types de mortalité peuvent être provoqués chez le même genre d'insecte (Tribolium), avec des doses convenables d'irradiation . Un syndrôme caractéristique a été provoqué avec des doses très élevées, de 300 Gy ou plus,-à ces doses la mort est obtenue en 10 jours après l'irradiation. L'absence de syndrôme caractéristique se produit avec des doses inférieures ou égales à 80 Gy; la mort a lieu alors entre 10 et 16 jours en fonction de la dose.Les différences entre les deux types de décès indiquent deux processus de mort par irradiation. La manifestation d'une désorientation et d'une perte de coordination motrice chez les Tribolium fortement irradiés suggère des altérations neurales et/ou neuromusculaires comme cause/s de ce type de mort provoquée par des doses élevées. L'implication de tissus sans prolifération a été confortée par les résultats d'expériences utilisant de hautes doses fractionnées. Le type de mort milétal est considéré après de nombreuses observations indépendantes, comme le résultat d'atteintes à la prolifération des cellules de l'intestin moyen.Les données contradictoires sur les réactions des insectes aux irradiations proviennent d'abord de l'absence de connaissances sur le lieu des dégâts. Les diptères sont connus maintenant, après différentes études, comme perdant complètement l'aptitude au renouvellement cellulaire, et présentent ainsi un type de mort avec dose élevée. Beaucoup d'autres insectes adultes ont un renouvellement cellulaire de l'intestin moyen limité, et ainsi présentent le type de mort milétal. Le type de mort, dit haute dose, peut être induit dans cette dernière catégorie d'insectes par une irradiation suffisamment forte, et, dans le cas du Tribolium le déroulement de la mort se produit alors de deux façons bien distinctes.

     

Upstream-downstream movements of aquatic invertebrates in a Rocky Mountain stream

Simultaneous collections of drift and organisms moving either upstream or downstream in association with the substrate were made using a specially designed sampler. Samples were taken in a diel series along a transect across the study riffle of a Colorado foothills stream on six dates over an annual cycle. In addition to longitudinal movements, taxonomic composition and diel periodicity were evaluated. The insect-dominated fauna showed a net downstream displacement. Only the caddisflies Helicopsyche borealis and Hesperophylax occidentalis exhibited net upstream movement, primarily a result of low drift frequencies. The taxonomic composition of moving invertebrates differed from that of the benthos. Drift resembled downstream moving substrate-associated invertebrates in composition, but differed from that of the upstream directed fauna. Taxa collectively exhibited four types of diel patterns: 1) similar downstream (drift and substrate-associated movements) patterns, which generally differed from the upstream pattern; 2) similar benthic (upstream and downstream) patterns, which differed from that of drift; 3) aperiodic patterns; and 4) independent patterns for each type of directional movement. Analysis of size classes based on head capsule width for the mayfly Baetis tricaudatus showed significantly smaller size in stationary individuals compared with moving individuals in the population and revealed that nymphs moving during the day were smaller than those moving at night.     

Effect of Moniliformis moniliformis density on distribution within the definitive host population (Rattus norvegicus)

The population dynamics of Moniliformis moniliformis was studied in ‘free-ranging’ laboratory rats, Rattus norvegicus, presented with different relative density levels of M. moniliformis in cockroaches, Periplaneta americana. Changes in selected population parameters of the negative binomial distribution were evaluated as indicators of changes in aggregation. A significant increase in the degree of aggregation of parasites occurred as a result of the increase in relative density of infective stages available to the rats. This increase in aggregation was due to the increase in over-dispersion that occurred in female rats only. The degree of aggregation in females was found to be significantly higher than that in males at both treatment levels. The best indicators of the degree of aggregation were found to be the ratio of the variance to the relative density and the ratio of the log-variance to log-relative density. Changes in k were not correlated with changes in over-dispersion or the relative density.