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Doctoral Thesis
2018
The role of pollen as alternative food for predatory mites (Acari: Phytoseiidae)
The role of pollen as alternative food for predatory mites (Acari: Phytoseiidae)
Abstract (English)
Predatory mites of the family Phytoseiidae (order Acari) are important biological control agents of various greenhouse pests. Their successful establishment in greenhouses depends on abiotic and biotic factors, and on different adaptation levels of the different mite species, which must be considered before practical implementation.
In this study, the suitability and effect of pollen as alternative food was assessed for the predato-ry mites A. swirskii, A. limonicus, and A. cucumeris (Acari, Phytoseiidae). Besides lifetable and demographic parameters, body weight and size was included into the descriptive parameters, which has not been done before to obtain more detailed information on pollen quality for these mite species.
In the first study (Goleva and Zebitz 2013), the suitability of pollen of 21 plant species as alternative food for A. swirskii was tested. Preimaginal mortality and developmental time have been assessed, followed by a life-table analysis of the emerged adults and a calculation of demographic parameters. Amblyseius swirskii was able to feed on 18 pollens, but the nutritional properties of the pollen differently affected mite performance. Pollen of Lilium martagon and Hippeastrum sp. were found to be toxic for the mites, probably due to secondary plant compounds in this pollen. Amblyseius swirskii was absolutely not adapted to feed on Hibiscus syriacus because of the external morphology of pollen grains, leading also to 100 % preimaginal mortality. The best pollen resulting in superior mite performance in all parameters tested were: Aesculus hippocastanum, Crocus vernus, Echinocereus sp. and Paulownia tomentosa. No or low mortality was observed when mites fed on other pollen tested. Developmental time, adult longevity, and reproduction parameters, were significantly affected, probably because of differences in pollen nutrient or non-toxic secondary compound composition. Commercial bee pollen was of very poor quality for the mites leading to low egg production, which excludes this pollen for practical use. Pollen of Helianthus annuus, Corylus avellana and a Poaceae-mix were of inferior quality, causing high mortality rates, low egg production and short adult longevity. For practical implementation in greenhouses, pollen of Ricinus communis, Zea mays, A. hippocastanum and Betula pendula pollen appeared suitable to improve predatory mite performance, either provided by banker plants or in form of dispersible pollen.
The objective of the second study (Ranabhat et al. 2014) was to assess the suitability of seven pollen (castor bean, tulip, apple, Christmas cactus, horse-chestnut, maize, and birch) for Neoseiulus cucumeris (Acari: Phytoseiidae), and to scrutinize potential effects of these pollen on reproduction and life history parameters of this mite. Neoseiulus cucumeris accepted six pollen sources as alternative food, pollen of castor bean plants, however, caused 100 % mortality. Highest fecundity was observed when feeding on pollen of tulip and horse chestnut, resulting in the shortest preimaginal development compared with all pollen tested. Pollen of birch, tulip, maize, and apple had a positive effect on longevity, whereas pollen of horse-chestnut and Christmas cactus was significantly inferior.
Our study suggests that birch, tulip, horse-chestnut, apple, and maize pollen may serve as alter-native food in the field, and birch and maize pollen have a good potential in practical use as banker plants or dusts in the greenhouse to guarantee mite establishment in periods of prey scar-city.
The aim of the third study (Goleva et al. 2014) was to investigate the role of pollen of differing quality (tested previously in first study (Goleva and Zebitz 2013) on size and weight of A. swirskii. These parameters were considered from the physical aspect of predator-prey relations because predatory mites are not able to conquer prey individuals bigger than themselves and any deviation from normal size may negatively affect predation success. Biomass and body size of freshly emerged, 1, 3, and 30 days old adult A. swirskii continuously reared on pollen of B. pendula, H. annuus, P. tomentosa, and Zea mays revealed, regardless of pollen source, that females were bigger than males. Both parameters weight and size were affected by pollen tested. Females fed on pollen of P. tomentosa and Z. mays were significantly bigger than on B. pendula or H. annuus pollen. Increase of female biomass was observed until the adult age of 3 days, remaining constant or slightly decreased until the age of 30 days. This can be explained by particularly high nutritional requirements of females for egg production especially in the beginning of their repro-duction period. Males also reached their weight maximum at day 3 of adult life, then decreasing until day 30. Congruent with biomass, adult body length and width differed significantly depending on sex and age showing females bigger than males and 30 day old adults bigger than 1 day old adults irrespective of the pollen fed. While sunflower pollen was of poor quality for A. swirskii, causing small size and low weight of both sexes, pollen of P. tomentosa was significantly superior in both parameters. No reasonable correlation was found between body length and width, but body weight was significantly correlated with body length in females whereas there was no correlation at all in males.
In a fourth study (Goleva et al. 2015), adult body weight of the generalist mites A. swirskii, A. limonicus, and N. cucumeris reared on 22, 12, and 6 pollen species, respectively, was assessed. In addition, A. swirskii and A. limonicus were reared on codling moth (Cydia pomonella) eggs.In addition, A. swirskii and A. limonicus were reared on codling moth (Cydia pomonella) eggs. In addition, A. swirskii and A. limonicus were reared on codling moth (Cydia pomonella) eggs.In addition, A. swirskii and A. limonicus were reared on codling moth (Cydia pomonella) eggs. In all mite species, female body weight was higher than that of males.Nutritional quality of pollen was neither consistent among the mite species nor among sex, revealing superior quality of Quercus macranthera pollen for females of A. swirskii and T. gesneriana pollen for males, Alnus incana pollen for females of A. limonicus and Ae. Hippocastanum pollen for males, and Ae. Hippocastanum pollen for both sexes of N. cucumeris.
Pollen affected predatory mite species in our studies in various ways. Besides lifetable parame-ters, pollen also affected adult weight and size of predatory mites and these parameters should therefore be considered additionally in future studies to obtain more exhaustive information on nutritional biology and physiology of predatory mites.
The differences in the parameters assessed and the mite species performance may be explained by different adaptations of mite species to pollen compounds. Knowledge in the chemical composition of pollen, however, particularly the nutritive substances, is poor or even lacking. Any correlation of performance parameters with nutrients is more or less theoretical unless the pollen constituents are known. Even then, nutritional physiology of predatory mites and their adaptation to various food sources must be improved and include mite’s enzymatic activity to metabolize secondary plant compounds in pollen. The results presented in this thesis open the door to future research on mite nutritional biology.
Abstract (German)
Räuberische Milben aus der Familie der Phytoseiidae (Ordnung Acari) spielen eine wichtige Rolle in der biologischen Bekämpfung verschiedener Gewächshausschädlinge. Die Anforderungen der verschiedenen Milbenarten an biotische und abiotische Umweltfaktoren, bestimmen ihre erfolgreiche Etablierung in Gewächshäusern, und müssen vor einer praktischen Anwendung untersucht werden.
In dieser Studie wurden die Eignung und die Wirkung von Pollen als alternative Nahrungsquelle für die räuberischen Milben A. swirskii, A. limonicus und A. cucumeris (Acari, Phytoseiidae) geprüft.
Neben demographischen Daten und Lebenstafeln gehörten das Körpergewicht und die Größe zu den berücksichtigten Parametern. Eine solche Untersuchung zur Gewinnung genauerer Informationen über die Qualität von Pollen für diese Milbenarten wurde bisher noch nicht durchgeführt.
In der ersten Arbeit (Goleva und Zebitz 2013) wurde die Eignung von Pollen 21 verschiedener Pflanzenarten als alternative Nahrung für A. swirskii geprüft. Präimaginale Mortalität und Entwicklungsdauer wurden erfasst, gefolgt von einer Lebenstafel-Analyse der geschlüpften Adulten und der Berechnung demographischer Parameter. Amblyseius swirskii war in der Lage, an 18 Pollensorten zu fressen, aber die Inhaltsstoffe des Pollens beeinflussten die Leistungsfähigkeit der Milben unterschiedlich. Pollen von Lilium martagon und Hippeastrum sp. erwiesen sich als giftig für die Milben, vermutlich aufgrund darin enthaltener sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe. Amblyseius swirskii war aufgrund der äußeren Form der Pollenkörner überhaupt nicht in der Lage, an Hibiscus syriacus zu fressen, was ebenfalls zu 100% präimaginaler Mortalität führte. Die besten Pollensorten, welche in allen erhobenen Parametern zu herausragender Leistungsfähigkeit der Milben führten, waren: Aesculus hippocastanum, Crocus vernus, Echinocereus sp. und Paulownia tomentosa. Wenn die Milben an anderen Pollensorten fraßen wurde keine oder geringe Mortalität beobachtet; die Entwicklungsdauer, Lebensdauer der Adulten und Parameter zur Fortpflanzung wurden jedoch signifikant beeinflusst, wahrscheinlich aufgrund des unterschiedlichen Gehalts der Pollensorten an Nährstoffen oder ungiftigen sekundären Pflanzeninhaltsstoffen. Im Handel erhältlicher Bienenpollen war für die Milben von sehr geringer Qualität und führte zu niedriger Eiproduktion, was eine praktische Verwendung des Pollens ausschließt. Pollen von Helianthus annuus, Corylus avellana und eine Poaceen-Mischung waren von minderwertiger Qualität, führte zu hoher Sterblichkeit, niedriger Eiproduktion und einer niedrigen Lebensdauer der adulten Tiere. Für eine praktische Verwendung im Gewächshaus erschienen Pollen von Ricinus communis, Zea mays, A. hippocastanum, und Betula pendula, angeboten als Futterpflanzen oder in Form ausgebrachten Pollens, geeignet, die Leistungsfähigkeit von räuberischen Milben zu verbessern.
Das Ziel der zweiten Arbeit (Ranabhat et al. 2014) war es, die Eignung von sieben Pollenarten (Rizinus, Tulpe, Apfel, Weihnachtskaktus, Roßkastanie, Mais und Birke) für Neoseiulus cucumeris (Acari: Phytoseiidae) zu erfassen und mögliche Wirkungen dieser Pollen auf die Fortpflanzung und Entwicklungsparameter dieser Milbe zu prüfen. Neoseiulus cucumeris nahm sechs Pollenarten als alternative Nahrungsquelle an, jedoch verursachte Rizinuspollen eine Sterblichkeit von 100%. Die höchste Fruchtbarkeit wurde bei Fütterung mit Tulpe und Roßkastanie beobachtet, welche von allen getesteten Pollen zur kürzesten Entwicklungsdauer führten. Pollen von Birke, Tulpe, Mais und Apfel hatten eine positive Wirkung auf die Lebensdauer; dagegen waren Pollen von Roßkastanie und Weihnachtskaktus signifikant ungünstiger.
Unsere Untersuchung legt nahe, daß Pollen von Birke, Tulpe, Roßkastanie, Apfel und Mais im Freiland als alternative Nahrungsquellen dienen könnten und Birken- oder Maispollen als Futterpflanzen oder verstäubt eine praktische Möglichkeit darstellen, im Gewächshaus eine Ansiedlung der Milben in Phasen der Beuteknappheit zu gewährleisten.
Das Ziel der dritten Arbeit (Goleva et al. 2014) war es, die Rolle von Pollen unterschiedlicher Eignung (vorhergehend in der ersten Arbeit (Goleva und Zebitz 2013) geprüft) auf Größe und Gewicht von A. swirskii zu untersuchen. Diese Parameter wurden unter dem Aspekt physischer Räuber-Beute-Beziehungen betrachtet, da räuberische Milben nicht in der Lage sind, Beutetiere, die größer sind als sie selbst, zu überwältigen und jede Abweichung von der normalen Größe den Fangerfolg beeinträchtigen kann.
Das Gesamtgewicht und die Körpergröße frisch geschlüpfter und ein, drei und 30 Tage alter erwachsener Tiere von A. swirskii, die dauerhaft auf Pollen von B. pendula, H. annuus, P. tomentosa und Zea mays gezogen wurden, ergaben unabhängig von der Pollensorte, daß Weibchen größer waren als Männchen. Beide Parameter, Gewicht und Größe, wurden durch den getesteten Pollen beeinflusst. Weibchen, die mit Pollen von P. tomentosa oder Zea mays gefüttert wurden, waren signifikant größer als solche auf Pollen von B. pendula oder H. annuus. Bis zu einem Alter der Adulten von drei Tagen wurde ein Anwachsen des Lebendgewichtes der Weibchen beobachtet; danach blieb es bis zum Alter von 30 Tagen konstant oder nahm leicht ab. Dies läßt sich durch den besonders hohen Nährstoffbedarf der Weibchen für die Eiproduktion, insbesondere zu Beginn ihrer Fortpflanzungsphase, erklären. Auch die Männchen erreichten am dritten Tag als Adulte ihr Maximalgewicht, danach nahm es bis zum dreißigsten Tag ab. In Übereinstimmung mit dem Lebendgewicht unterschieden sich Körperlänge und -breite der erwachsenen Tiere in Abhängigkeit von Geschlecht und Alter; dabei waren Weibchen größer als Männchen und dreißig Tage alte Adulte größer als einen Tag alte, unabhängig vom verfütterten Pollen. Während Sonnenblumenpollen für A. swirskii wenig geeignet war und bei beiden Geschlechtern zu geringer Größe und niedrigem Gewicht führte, war Pollen von P. tomentosa bei beiden Parametern signifikant überlegen. Zwischen Körperlänge und -breite war kein nachvollziehbarer Zusammenhang zu erkennen, aber das Körpergewicht war bei Weibchen signifikant mit der Körperlänge korreliert; bei Männchen dagegen gab es keinerlei Korrelation.
In einer vierten Arbeit (Goleva et al. 2015) wurde das Körpergewicht von erwachsenen Milben der Arten A. swirskii, A. limonicus und N. cucumeris, gezogen auf 22, 12, beziehungsweise 6 Pollenarten, erfasst. Zusätzlich wurden A. swirskii und A. limonicus auch auf Eiern des Apfelwicklers gehalten. Bei allen Milbenarten war das Körpergewicht der Weibchen höher als das der Männchen.Die Nahrungsqualität des Pollenswar weder zwischen den Milbenarten noch den Geschlechtern eindeutig; Pollen von Quercus macranthera erwies sich als überlegen für Weibchen, solcher von T. gesneriana dagegen für Männchen von A. swirskii, Pollen von Alnus incana für Weibchen und von Ae. hippocastanum für Männchen von A. limonicus und solcher von Ae. hippocastanum für beide Geschlechter von N. cucumeris.
Pollenarten beeinflussten räuberische Milbenarten in unseren Arbeiten unterschiedlich. Neben den Lebenstafelparametern wirkten sie sich auch auf das Gewicht und die Größe der adulten räuberischen Milben aus; diese zusätzlichen Parameter sollten daher in zukünftigen Studien einbezogen werden um umfassendere Informationen über die Ernährungsbiologie und Physiologie räuberischer Milben zu erhalten.
Die Unterschiede in den erhobenen Parametern und der Leistungsfähigkeit der Milben können erklärt werden durch unterschiedliche Anpassung der Milbenarten an Polleninhaltsstoffe. Das Wissen über die chemische Zusammensetzung verschiedener Pollen, insbesondere der Nährstoffe, ist lückenhaft oder fehlt gänzlich.
Jedwede Korrelation von Leistungsparametern mit Nährstoffgehalten bleibt weitgehend theoretisch solange die Bestandteile des Pollens nicht bekannt sind. Selbst dann müssen die Kenntnisse der Ernährungsphysiologie räuberischer Milben und ihrer Anpassung an unterschiedliche Nahrungsquellen verbessert und um solche der enzymatischen Aktivität zur Verdauung sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe in Pollen erweitert werden.
Die Ergebnisse dieser Dissertation schaffen dieVoraussetzung zu zukünftiger Forschung über die Ernährungsbiologie von Milben.
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Faculty of Agricultural Sciences
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Institute of Phytomedicine
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2018-01-23
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English
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630 Agriculture
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Sustainable Development Goals
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url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6333},
author = {Schreiber, Irina},
title = {The role of pollen as alternative food for predatory mites (Acari: Phytoseiidae)},
year = {2018},
school = {Universität Hohenheim},
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