Induced defenses of loblolly pine, Pinus taeda: potential impact on Dendroctonus frontalis within-tree mortality

Loblolly pine (Pinus taeda L.) produces an induced defensive hypersensitive response in inner bark colonized by the southern pine beetle, Dendroctonus frontalis Zimm. (Coleoptera: Scolytidae), and its associated fungi. Adult beetles forced to colonize the induced response tissue in a laboratory study constructed galleries that were the same length as adults boring in normal phloem. However, each female laid fewer eggs in the induced tissue. Larval and pupal mortality were also higher in this tissue when compared to surrounding phloem. Beetles colonizing trees in response to pheromone baits constructed less gallery and laid fewer eggs in induced tissue than in surrounding normal phloem. These results suggest that the lesions produced by the induced defense system in conifers may not only contain the growth of fungi inoculated into trees during the attack phase of beetle colonization, but may also affect survival of bark beetle progeny.

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Résumé Une réaction hypersensible de défense a été induite dans les couches profondes de l'écorce de P. taeda colonisée par D. frontalis et le champignon qui lui est associé. Au laboratoire, des adultes, contraints de coloniser les tissus où une réaction hypersensible e été induite, ont foré des galeries de même longueur que celles creusées dans du phloème sain. Cependant les femelles ont pondu moins d'oeufs dans les tissus induits; les mortalités larvaires et nymphales étaient aussi plus fortes dans ce tissu que dans le phloème voisin. Les scolytes, ayant colonisé les arbres après attraction par des pièges à phéromones, forent moins de galeries et pondent moins d'oeufs dans le tissu induit que dans le phloème sain voisin. Ces résultats suggèrent que les lésions, provoquées par le système de défense induit des conifères, peuvent non seulement limiter la croissance du champignon inoculé dans l'arbre au cours de la colonisation des scolytes, mais aussi affecter la survie des descendants dans l'écorce.

     

Mitochondrial phylogeography and population history of pine martens Martes martes compared with polecats Mustela putorius

The flora and fauna of Europe are linked by a common biogeographic history, most recently the Pleistocene glaciations that restricted the range of most species to southern refugial populations. Changes in population size and migration, as well as selection, have all left a signature on the genetic differentiation. Thus, three paradigms of postglacial recolonization have been described, inferred from the patterns of DNA differentiation. Yet some species, especially wide-ranging carnivores, exhibit little population structuring between the proposed refugia, although relatively few have been studied due to the difficulty of obtaining samples. Therefore, we investigated mitochondrial variation in pine martens, Martes martes, in order to understand the extent to which they were affected by glacial cycles, and compared the results with an analysis of sequences from polecats, Mustela putorius. A general lack of ancient lineages, and a mismatch distribution that is consistent with an expanding population, is evidence that the present-day M. martes and Mu. putorius in central and northern Europe colonized from a single European refugium following a recent glaciation. There has also been interspecific mitochondrial introgression between M. martes and the sable M. zibellina in Fennoscandia.     

Effects of a juvenile hormone analogue on the eggs, post-embryonic development, metamorphosis and diapause induction of the Colorado potato beetle, Leptinotarsa decemlineata

The effect of a juvenile hormone analogue, S-71639, was tested on the eggs, four larval instars and adults of the Colorado potato beetle, Leptinotarsa decemlineata Say, by topical application or after treatment of the foodplant. The last larval instar is very sensitive to S-71639. Treatment of this instar delayed the onset of pupation and prevented adult emergence. Treated animals showed severe abnormalities, but they were not immediately killed at the doses used in this study. Treatment of larvae also interfered with the photoperiodic induction of diapause. Adults, kept under diapausing conditions, started to lay eggs after treatment with S-71639. The ovicidal effect of the compound was rather weak. The implications for practical use of S-71639 in control of the Colorado potato beetle are being discussed.

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Résumé L'effet d'un analogue de l'hormone juvénile, S-71639, a été testé sur les oeufs, les quatre stades larvaires et les adultes du doryphore, Leptinotarsa decemlineata Say, par application topique ou après traitement de la plante-hôte. Le dernier stade larvaire est très sensible au S-71639. Le traitement de ce stade retarde le début de la métamorphose et empêche l'émergence adulte. Les animaux traités montrent de graves anomalies, mais ne sont pas immédiatement tués par les doses utilisées dans cette étude. Le traitement des larves perturbe aussi l'induction photopériodique de la diapause. Les adultes placés dans des conditions de diapause, commencent à pondre après traitement au S-71639. L'effet ovicide de la substance est plutôt faible. Les implications pour l'utilisation pratique du S-71639 dans la lutte contre le doryphore sont discutées.

     

The effect of glucosinolates on responses of young Phyllotreta nemorum larvae to non-host plants

All recorded host plants of Phyllotreta nemorum L. (Coleoptera: Chrysomelidae) contain glucosinolates and belong to the plant families Brassicaceae (Cruciferae), Resedaceae and Capparaceae. The acceptability of 56 plant species from 28 other plant families (non-hosts) for young larvae has been studied in the laboratory. None of these species were fully acceptable for initiations of leaf mines when intact untreated leaves were presented, and only one species, Malva silvestris L. (Malvaceae), was partially acceptable. The acceptability of some species increased when leaf discs were presented instead of intact leaves; but the highest percentages of mine initiations occurred in leaf discs treated with the glucosinolate, sinigrin. A stimulatory effect of sinigrin could be demonstrated in experiments with 7 plant species: Papaver dubium L., Papaver rhoeas L., Fumaria officinalis L., Malva silvestris L., Pisum sativum L., Campanula latifolia L. and Lactuca sativa L. The majority of species remained unacceptable even after treatment with glucosinolates.The main causes for these differences between plant species are supposed to be differences in contents of deterrents and/or other stimulants for mine initiation. These possibilities are discussed in relation to the content of allelochemicals in acceptable plants and the position of these plants in botanical classifications.

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Zusammenfassung Phyllotreta nemorum L. ist ein oligophager Erdfloh, der an Cruciferen und anderen Glukosinolat-haltigen Pflanzenarten gebunden ist. Die Imagines fressen Löcher in die Blätter und die Weibchen legen ihre Eier in den Boden. Die Larven sind Blattminierer. Nach dem Schlüpfen im Boden klettern sie an die Pflanzen hoch, und die Einbohrung und der Anfang der Minierung erfolgt in eines der unteren Blätter der Wirtspflanze.Die Wirkung von Glukosinolaten auf die Einbohrung von Junglarven in Pflanzenarten, die keine natürliche Inhalt von Glukosinolaten haben, ist in Laborexperimenten untersucht worden. 56 Pflanzenarten aus 28 Familien wurden präsentiert teils als unbehandelte Blätter und teils als Glukosinolatbehandelte Blattscheiben. Unbehandelte Blätter von nicht-Glukosinolathaltigen Arten waren immer unbefriedigend für die Larven. Nur in eine Art, Malva silvestris L. war die Frequenz der Einbohrung ein bisschen höher als 10%. Eine signifikante Erhöherung der Anzahl eingebohrten Larven nach der Sinigrin-behandlung erfolgte in 7 Pflanzenarten: Papaver dubium L., P. rhoeas L., Fumaria officinalis L., Malva silvestris L., Pisum sativum L., Campanula latifolia L. und Lactuca sativa L. Doch blieben die meisten Pflanzenarten (84%) auch nach der Sinigrin-Behandlung unbesiedelt.Pflanzenarten, die nach der Sinigrin-Behandlung nicht besiedelt werden enthalten vielleicht frasshemmende Stoffe, oder ihnen fehlen noch weitere Frass-stimulierende Stoffe. Diese Möglichkeiten werden diskutiert in Zusammenhang mit den Inhalt von Allelochemikalien in besiedelten Pflanzenarten und mit ihrer taxonomischer Position.

     

Relation of light and nitrogen source to growth, nitrate reductase and glutamine synthetase activity of jack pine seedlings

Two-month-old jack pine ( Pinus banksiana Lamb.) seedlings were placed in a greenhouse where both nitrogen source and light level were varied. After 4 months, whole seedling biomass, leaf biomass and relative growth rate were greatest in seedlings grown with NH⁺₄/NO/NO⁻₃-N and full light (FL) and least in seedlings grown with NO ⁻₃-N and low light (LL). NO ⁻₃-seedlings grown under full light and NH⁺₄/NO⁻₃-seedlings grown under low light were approximately equal. This indicates that the extra carbon costs of assimilating only NO⁻₃-N were similar to the reduction of carbon fixation resulting from a 50% decrease in photon flux density. Percentage and total nitrogen content of needles were greater in seedlings grown under low light independent of nitrogen fertilization. Percentage and total nitrogen content of roots were higher under low light and lower when fertilized with NO⁻₃.
Nitrate reductase (NR) activity was higher in roots than in needles, while glutamine synthetase (GS) activity was higher in needles than in roots. Low light resulted in decreased NR activity (mg N)⁻¹ in needles, but not in roots. However, no nitrate was detected in the needles in any treatment. GS activity, on the other hand, was greater under low light in both needles and roots. GS activity in needles is most likely involved with the reassimilation rather than the initial assimilation of ammonium. Some implications of these shifts in enzymatic activity for ecological phenomena in forests are discussed.     

Sperm utilization and post-copulatory female-guarding in the Colorado potato beetle, Leptinotarsa decemlineata

Crosses between white and black color morphs of the Colorado potato beetle, Leptinotarsa decemlineata Say, used as genetic markers, showed that male beetles ride and guard females to achieve the three copulations required to fill the spermatheca. Multiple matings are necessary for the females to realize their full reproductive potential. Sperm mixing occurs in the spermatheca providing partial sperm precedence. The data support the competitive mate searching theory.

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Résumé Différentes combinaisons d'accouplements entre des mutants noirs et blancs du doryphore de la pomme de terre, Leptinotarsa decemlineata, servirent à étudier le comportement de guarde de la femelle par le mâle après un premier accouplement. Les résultats indiquent que le sperme de deux mâles accouplant la même femelle se mélange dans la spermathèque assurant ainsi un certain niveau de précédence du sperme du dernier mâle.La masse de sperme dans la spermathèque était inférieure à sa capacité chez les femelles ayant été accouplées une ou deux fois. Le doryphore mâle aurait donc avantage à demeurer sur la femelle après un premier accouplement afin d'obtenir le minimum de trois accouplements requis pour remplir la spermathèque avant que les autres mâles puissent accoupler cette femelle. Les autres mâles ont avantage à essayer de dérober cette femelle pour remplir eux mêmes la spermathèque ou tout au moins profiter d'une certaine précédence du sperme du dernier mâle pour fertiliser une partie des oeufs.Sans accouplements multiples, la femelle ne possède pas suffisamment de sperme pour féconder tous ses oeufs. II semble aussi que les accouplements répétés puissent augmenter sa fécondité.Les résultats supportent une stratégie reproductive de compétition plutôt qu'une simple maximisation du nombre d'accouplements.

     

Age-specific flight behavior in relation to body weight and lipid content of Ips calligraphus reared in slash pine bolts with thick or thin inner bark (phloem)

Rearing larvae of Ips calligraphus (Germar) (Coleoptera: Scolytidae) in bolts of typical slash pine, Pinus elliottii Engelm. var. elliottii, with thin (TN; 0.5–1.5 mm) phloem (inner bark) relative to adult beetle body width significantly reduced body weight and lipid content of emerging adults compared with thick (TK; 2.5–3.5 mm) phloem-reared adults. Unmated (pre-nuptial) TK beetles averaged 2-fold longer daily and life-time flight duration than TN beetles. Daily flights were highly variable, averaging <20 min (longest daily flight=173 min). TK and TN beetles initiated flight, and the greatest number flew, on the first or second day after emergence form their rearing bolt; % of beetles flying and survival gradually declined to zero by day 9. Males (both TK and TN) averaged 2.5 days of flight, ca. 1 day longer than females. Fliers lived ca. 2-fold longer than non-fliers. Among TK and TN fliers, significant but weak positive correlations occurred between body weight and lifetime flight duration. Poor correlation between lifetime flight duration and longevity suggests little physiological cost to flight, but effects on fecundity were not assessed. Flight by mated, egg-laying (post-nuptial) beetles was substantially delayed (peaking on day 6), suggesting degeneration and subsequent regeneration of flight muscles.

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Résumé Le comportement de vol d'Ips calligraphus GERMAR (Scolytidae) a été examiné au laboratoire par une technique de vol captif. La génération parentale avait été artificiellement introduite, suivant la taille des adultes (1,6 à 2,1 mm) dans des morceaux de Pinus elliottii Engelm. variété elliottii au phloeme épais (TK=2,5 à 3,5 mm) ou fin (TN=0,5 à 1,5 mm) les larves se sont développées dans ces morceaux de pin. Le poids et la teneur en lipide des adultes obtenus à partir de TN étaient significativement inférieure à ceux de TK. Le poids des mâles les plus gros a été plus réduit que celui des femelles; les mâles les plus petits semblaient être moins efficaces dans l'initiation des attaques sur les arbres, et les femelles les plus petites ont eu une fécondité réduite.Les durées de vol quotidiennes pendant la vie des mâles TK vierges étaient en moyenne deux fois plus longues que celles des mâles TN. Les durées de vol quotidiennes étaient très variables: en moyenne moins de 20 minutes, mais la plus longue a été de 173 mn. En moyennes les adultes TN et TK ont commencé à voler, et volaient en plus grand nombre, le premier et le second jour après l'émergence. Ensuite la fréquence d'adultes volants et le pourcentage de surviveants, ont graduellement diminué jusqu'à tomber à zéro le neuvième jour. Les mâles TN et TK avaient des vols quotidiens plus longs et volaient environ 1 jour de plus que les femelles. L'activité de vol accrue des mâles reflète leur besoin de trouver dans la nature des arbres convenables; les vols des femelles peuvent généralement être plus brefs, étant plus directement orientés comme une réponse aux phéromones mâles.Les voiliers ont vécu environ 2 fois plus longtemps que les non-voiliers. Parmi les voiliers TK et TN il y avait une corrélation positive étroite entre le poids du corps et la durée totale des vols. Il n'y en a qu'une faible corrélation entre cette durée totale des vols et la longévité, suggérant un faible coût physiologique du vol. L'influence de cette durée des vols et du prélèvement consécutif de lipides sur la fécondité n'a pas été examinée. L'initiation au vol chez les individus fécondés a été sérieusement retardée (maximum le sixième jour) par rapport aux vierges, ce qui suggère un dégénérescence des muscles du vol associée à la reproduction, suivie d'une régénération importante, comme cela a été signalé chez d'autres Scolytes.Ces résultats contribuent à notre compréhension des facteurs conditionnant le comportement de vol et d'autres aspects fondamentaux de la biologie des insectes des pins. Une telle connaissance est nécessaire au développement d'une politique efficace de protection.

     

Changes in leaf expansion and epidermal screening effectiveness in Liquidambar styraciflua and Pinus taeda in response to UV-B radiation

Absorption or screening of ultraviolet-B (UV-B) radiation by the epidermis may be an important protective method by which plants avoid damage upon exposure to potentially harmful UV-B radiation. In the present study we examined the relationships among epidermal screening effectiveness, concentration of UV-absorbing compounds, epidermal anatomy and growth responses in seedlings of loblolly pine (Pinus taeda L.) and sweetgum (Liquidambar styraciflua L.). Seedlings of each species were grown in a greenhouse at the University of Maryland under either no UV-B radiation or daily supplemental UV-B radiation levels of 4, 8 or 11 kJ m^?2 of biologically effective UV-B (UV-B_BE) radiation. Loblolly pine seedlings were subsequently grown in the field under either ambient or supplemental levels of UV-B radiation. At the conclusion of the growing season, measurements of epidermal UV-B screening effectiveness were made with a fiber-optic microprobe. In loblolly pine, less than 0.5% of incident UV-B radiation was transmitted through the epidermis of fascicle needles and about 1% was transmitted in primary needles. In contrast, epidermal transmittance in sweetgum ranged from about 20% in leaves not preconditioned to UV-B exposure, to about 10% in leaves grown under UV-B radiation. The concentration of UV-absorbing compounds was unaffected by UV-B exposure, but generally increased with leaf age. Increases in epidermal thickness were observed in response to UV-B treatment in loblolly pine, and this accounted for over half of the variability in UV-B screening effectiveness. In spite of the low levels of UV-B penetration into the mesophyll, delays in leaf development (both species) and final needle size (loblolly pine) were observed. Seedling biomass was reduced by supplemental UV-B radiation in loblolly pine. We hypothesize that the UV-induced growth reductions were manifested by changes in either epidermal anatomy or epidermal secondary chemistry that might negatively impact cell elongation.