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Agrociencia

versión On-line ISSN 2521-9766versión impresa ISSN 1405-3195

Agrociencia vol.52 no.1 México ene./feb. 2018

 

Protección Vegetal

Ciclo de vida y fecundidad de Dactylopius opuntiae (Hemiptera: Dactylopiidae) en Opuntia ficus-indica (Caryophyllales: Cactaceae)

J. Antonio Palafox-Luna1 

Esteban Rodríguez-Leyva1  * 

J. Refugio Lomeli-Flores1 

A. Lilia Vigueras-Guzmán2 

J. Manuel Vanegas-Rico1 

1Fitosanidad, Entomología y Acarología, Colegio de Postgraduados, Carretera México-Texcoco km 36.5, Montecillo, C.P. 56230 Texcoco, Estado de México, México.

2Departamento de Botánica y Zoología. Centro Universitario de Ciencias Biológicas y Agropecuarias, Universidad de Guadalajara, Carretera Nogales Km 15.5, Camino Ramón Padilla Sánchez #2100, Nextipac, C.P. 45220 Zapopan, Jalisco.

Resumen

Dactylopius opuntiae es la plaga principal del nopal (Opuntia ficus-indica) en varios países, pero su biología se ha estudiado sólo en Opuntia megacantha. La hipótesis de este estudio fue que la fecundidad de D. opuntiae está influenciada por la disponibilidad de alimento durante la evaluación. El objetivo fue describir la biología y parámetros poblacionales de D. opuntiae en O. ficus-indica. El ciclo de vida, fecundidad y longevidad se evaluaron a 25±1 °C y fotoperiodo 12:12 h. El periodo de incubación se evaluó en una cohorte de 100 huevos, el ciclo se describió de una cohorte de 150 individuos; Para comparar fecundidad, con y sin fuente de alimento, se usaron hembras individuales como unidad experimental (n=40 hembras). En todos los casos el diseño experimental fue completamente al azar. El periodo de incubación fue 61.78±24 min y representó menos de 3 % de la duración del ciclo. La ninfa I duró 7.68±1.49 d en hembras y 8.59±1.54 d en machos. La ninfa II duró 9.07±1.98 d en hembras y 7.74±0.79 d en machos; únicamente los machos presentaron un estado pupal (8.18±1.05 días). El desarrollo de D. opuntiae en O. ficus-indica se completó en 16.78±2.69 d en hembras y 24.48±2.23 d en machos. La fecundidad de hembras con alimento (establecidas en cladodios) fue mayor (567.58±164.67 individuos) respecto a las hembras sin alimento (351.25±131.98). En este estudio se mostró que la fecundidad de D. opuntiae está influenciada por la disponibilidad de alimento y eso influye la capacidad reproductiva de la especie.

Palabras clave: nopal; cochinilla silvestre del nopal; biología; parámetros poblacionales

Introducción

Los frutos y cladodios de Opuntia ficus-indica (Caryophyllales: Cactaceae) son de mejor calidad que los de otras especies de Opuntia y tienen menos espinas, lo que se relaciona con los procesos de domesticación y selección en México (Griffith, 2004). La especie O. ficus-indica es originaria de México, tiene importancia alimenticia, forrajera e industrial (Kiesling, 1998; Griffith, 2004) y se cultivan alrededor de 60,000 ha para obtener cladodios inmaduros que se consumen como vegetales (nopalitos) y para obtener frutos (SIAP, 2016). En Argentina, Bolivia, Chile, España, Italia, Perú e Israel se cultiva para la obtención de frutos (Githure et al., 1999; Portillo y Vigueras, 2008; Silva et al., 2013; Spodek et al., 2014) y en algunos países de África y en Brasil se cultivan superficies extensas para forraje (Githure et al., 1999; Silva et al., 2013). Una superficie menor se usa para cultivar grana cochinilla (Dactylopius coccus Costa) y obtener ácido carmínico para producir carmín (Vigueras y Portillo, 2001; SIAP, 2016).

La lista de artrópodos asociados a O. ficus-indica incluye 167 especies (Mann, 1969), de las cuales sólo 11 especies de insectos se consideran plagas primarias en alguna región o temporada de cultivo en México (Mann, 1969; Pacheco-Rueda et al., 2011; Cerón-González et al., 2012). De estos insectos, Dactylopius opuntiae (Cockerell) (Hemiptera: Dactylopiidae) es una plaga primaria en México, Brasil, España, Turquía, Israel y Marruecos (Githure et al., 1999; Portillo y Vigueras, 2006; Vanegas-Rico et al., 2010; Silva et al., 2013; Spodek et al., 2014).

Dactylopius opuntiae ocasiona daño por alimentación (succión de savia) lo que produce clorosis y disminución en el rendimiento de nopal; una infestación de este insecto mayor al 75 % en la superficie de los cladodios causa la muerte de la planta (Mann, 1969; Vanegas-Rico et al., 2010). Aunque no hay cifras exactas de pérdidas ocasionadas por D. opuntiae, en Brasil, de donde no es nativa, se reportaron alrededor de 100,000 ha dañadas por este insecto (Silva et al., 2013). También en Líbano e Israel se reportó como plaga exótica, que requiere un programa de control para proteger áreas naturales cubiertas por O. ficus-indica (Spodek et al., 2014).

Aunque D. opuntiae es una plaga de importancia mundial, la información disponible de su biología es insuficiente. Solo se encontró un estudio (Flores-Hernández et al., 2006) donde se describió la biología básica del insecto en O. megacantha, especie que tiene relevancia en el norte de México por su uso como forraje y para recolecta de frutos (Flores-Hernández et al., 2006). Pero en la mayoría de los países la especie cultivada es O. ficus-indica (Griffith, 2004; Portillo y Vigueras, 2008; Silva et al., 2013). La fecundidad en el género Dactylopius se evalúa de dos formas: la fecundidad de individuos mantenidos sobre cladodios de Opuntia (Moran y Cobby, 1979; Sullivan, 1990) y retirando los insectos de los cladodios (Flores-Hernández et al., 2006; Mathenge et al., 2009).

En Israel y Brasil se iniciaron programas de control biológico clásico de D. opuntiae y hasta ahora están caracterizados algunos de sus enemigos naturales (Vanegas-Rico et al., 2010, 2016; Pacheco-Rueda et al., 2011); además, hay algunas ventajas del complejo de enemigos naturales de esta especie en México (Cruz-Rodríguez et al., 2016; Vanegas-Rico et al., 2016). Sin embargo, se desconoce el potencial reproductivo de D. opuntiae sobre su principal hospedante en el mundo. Por lo tanto, la hipótesis de este estudio fue que la fecundidad de D. opuntiae está influenciada por la disposición de alimento durante la evaluación, y el objetivo fue describir el ciclo de vida de D. opuntiae y determinar parámetros biológicos en O. ficus-indica en condiciones controladas.

Materiales y Métodos

Material biológico y cría de D. opuntiae

Los cladodios de O. ficus-indica de 24 meses de edad, sin síntomas de enfermedades, se obtuvieron de la zona productora de nopalitos en Tlalnepantla, estado de Morelos, México, y se dejaron cicatrizar 15 d para prevenir desarrollo de patógenos. Los cladodios se establecieron en macetas de 20 cm de diámetro con una mezcla de arena de tezontle y turba (Premier®, Quebec, Canadá) en proporción 2:1.

La cría de D. opuntiae se estableció con ejemplares recolectados del mismo sitio (Tlalnepantla) y colocados en cajas Petri, las cuales se transportaron al Colegio de Postgraduados en Montecillo, Estado de México. Las hembras grávidas se identificaron por la presencia de una gota color amarillo-ámbar en la parte posterior del abdomen (Marín y Cisneros, 1977). El método de infestación y cría se realizó de acuerdo con Portillo y Vigueras (2008): 12 hembras grávidas se colocaron dentro de sobres de papel (5x5 cm) que permanecieron dos semanas fijas al cladodio. Este material se mantuvo en condiciones de invernadero (23±7 °C y 60±20 % de humedad relativa). El seguimiento de ciclo de vida y el experimento de fecundidad se realizaron en cámara de cría (25±1 °C y 40±10 % de humedad relativa).

Biología y ciclo de vida

La incubación se evaluó en cinco grupos de 20 huevos (cada grupo se consideró una repetición) en un diseño experimental completamente aleatorio. Cada grupo de 20 huevos, menores a 30 min de edad, se colocó en una caja Petri de 9 cm de diámetro con algodón húmedo en el fondo, encima de éste se colocó una malla metálica y papel filtro seco. Los huevos se colocaron sobre el papel filtro seco y se realizaron observaciones cada 15 min hasta eclosión (Mathenge et al., 2009).

Para determinar el ciclo de vida se colocaron cinco cladodios dentro de una cámara de cría; cada cladodio se desenraizó un día antes de iniciar el experimento y sobre cada uno se colocaron 10 hembras grávidas. Las hembras se mantuvieron allí 12 h para obtener ninfas I, después se retiraron las hembras y sólo se mantuvieron las ninfas I. Los cladodios se observaron cada 12 h hasta que se fijaron 30 ninfas I por cladodio y las ninfas restantes se eliminaron. El sitio de establecimiento al cladodio de cada ninfa se marcó con tinta indeleble y las observaciones para el resto del ciclo se realizaron cada 24 h. El cambio de ínstar se determinó con la presencia de muda en ninfa I y ninfa II en hembras, muda de ninfa I y desarrollo de pupa en machos. Además, se registró el periodo de preoviposición, oviposición y proporción sexual. Para estimar el tiempo de desarrollo se consideró la evaluación de 150 individuos (30 por cladodio) y cada individuo se consideró una repetición, pero sólo se incluyeron los datos de los individuos que alcanzaron el estado adulto.

Para describir la biología básica de D. opuntiae en O. ficusindica se observaron la forma, el color y la producción de cera en 50 individuos, 2 min por individuo, en cada estado de desarrollo (huevos, ninfas I, ninfas II, hembras adultas en madurez sexual, pupas y machos adultos).

Fecundidad y longevidad

La preoviposición de D. opuntiae se midió con 80 hembras establecidas en cinco cladodios, 16 hembras por cladodio, desprendidos de la planta y confinados en cámara de cría. Para asegurar apareamiento se colocaron dos machos por hembra en los cladodios. El final de preoviposición se determinó observando diariamente cada hembra, levantando ligeramente a ésta, en busca de huevos o ninfas.

La fecundidad se evaluó con dos metodologías: acceso a alimento manteniendo a las hembras fijas a los cladodios (n=40) (Moran y Cobby, 1979; Sullivan, 1990) o sin alimento; y retirándolas de los cladodios y colocándolas individualmente en cajas Petri (n=40) (Flores-Hernández et al., 2006; Mathenge et al., 2009). Las hembras fijas al cladodio se aislaron individualmente con un dispositivo removible de fomi (polímero termoplástico) y tela organza (tela ligera de algodón color blanco) para evitar el escape de las ninfas y favorecer ventilación. Ambos grupos se observaron cada 24 h para contar ninfas y huevos retirándolos en cada observación. Para registrar supervivencia en hembras, estas permanecieron en observación desde el retiro de los cladodios (sin alimento) o se dejaron en ellos (con alimento) hasta finalizar el periodo de oviposición. Para los machos se registró su longevidad sobre los cladodios. La fecundidad y supervivencia se evaluaron por tratamiento en hembras individuales, 40 hembras para cada tratamiento, es decir 40 repeticiones, distribuidas de manera aleatoria en los cladodios y en las cajas Petri. Con los datos de supervivencia de D. opuntiae, así como con la fecundidad y proporción sexual se construyó una tabla de vida y fertilidad para obtener los parámetros poblacionales.

Análisis de datos

Los valores promedio y las desviaciones estándar se calcularon para la duración de cada estado de desarrollo (huevo, ninfa, pupa y total), para la fecundidad y para la supervivencia. El tiempo de desarrollo de hembras y machos se comparó para cada ínstar mediante la prueba t de Student (SAS Institute, 2000). La misma prueba estadística se utilizó para comparar la fecundidad entre hembras con alimento o sin él. La supervivencia de hembras por tratamiento se comparó con la prueba de Logrank (Vera et al., 2002). Los valores de fecundidad de edad específica por hembra se utilizaron para elaborar una tabla de vida y fertilidad.

Los parámetros de la tabla de vida y fertilidad de D. opuntiae se estimaron mediante el método de Birch (1948). La tasa neta de reproducción (Ro), el tiempo de generación (T), la tasa intrínseca de incremento natural (rm) y la tasa finita de incremento (() se obtuvieron mediante el programa de Maia et al. (2000) en el programa Lifetable SAS (SAS Institute, 2000), el cual incluye prueba de Jackknife para estimar intervalos de confianza para todos los parámetros. Además, realiza pruebas t de Student para grupos apareados.

Resultados y Discusión

Biología y ciclo de vida

Los huevos presentaron forma oval y tonalidad rojo brillante característica de especies de la familia Dactylopiidae (Moran y Cobby, 1979; Mathenge et al., 2009). La oviposición puede ser individual o en grupo, unidos en forma de cadena. Es común que los huevos se alternen en distinto estado de desarrollo e inclusive con ninfas I completamente desarrolladas. El 78 % de los huevos eclosionaron y su periodo de incubación fue 61.78±24 min, lo que representó menos de 3 % del total del ciclo. La variación en el periodo de incubación se atribuye en parte a la metodología, que es similar para las especies de Dactylopius, donde no es posible determinar el grado de desarrollo de los embriones cuando se recolectan los huevos porque los insectos dactilópidos presentan ovoviviparidad (Marín y Cisneros, 1977; Gilreath y Smith, 1987; Mathenge et al., 2009). El periodo de incubación de D. coccus es de 15 a 20 min (Marín y Cisneros, 1977) lo que representa un tercio de lo observado en este estudio; en contraste, Mathenge et al. (2009) reportan un periodo de incubación de 17 d en D. tomentosus. En los casos de D. opuntiae y D. coccus es probable que los tiempos de incubación estén subestimados; sin embargo, no se han desarrollado metodologías para estimar el tiempo real de incubación en otras especies de dactilópidos. Esta acción se debe realizar para establecer con más precisión este periodo.

Las ninfas I comenzaron a producir cera inmediatamente después de fijarse al cladodio y no fue posible diferenciar sexos por medio de características morfológicas, solo hasta después del segundo ínstar. El primer ínstar ninfal tuvo una duración de 8.59±1.54 d en machos, fue más largo que en hembras (t=2.68, p≤0.01), pero la diferencia fue menor a 24 h (Cuadro 1). Esta duración contrasta con lo reportado para el mismo ínstar en D. coccus (20-23 d) (Marín y Cisneros, 1977) y D. tomentosus (18 d) (Mathenge et al., 2009). El segundo ínstar presentó una duración mayor en hembras que en machos (t=5.32, p≤00.0001), con una diferencia de 1.5 d (Cuadro 1). Dactylopius ceylonicus tiene un tiempo similar de desarrollo para el mismo ínstar (7 d a 26 °C) según Sullivan (1990), pero otras especies como D. coccus requieren hasta 18 d para ese mismo estado de desarrollo (Marín y Cisneros, 1977).

Cuadro 1 Tiempo de desarrollo en días (± desviación estándar) de Dactylopius opuntiae sobre Opuntia ficus-indica a 25±1 °C y 40±10 % de humedad relativa. 

Sexo n Ninfa I* Ninfa II* Pupa Total*
Hembra 103 7.68±1.49 9.07±1.98 16.78±2.69
Macho 27 8.59±1.54 7.74±0.79 8.18±1.05 24.48±2.23

Los tiempos de desarrollo entre sexos indicados con * son estadísticamente diferentes (p≤0.01).

Después del segundo ínstar solo los machos pueden retraer el aparato bucal, tener movilidad y buscar un sitio para desarrollar la pupa; en contraste, la hembra permanece inmóvil toda su vida con el aparato bucal inserto en el cladodio. El tiempo de desarrollo de la pupa fue menor a 10 d (Cuadro 1). Por lo tanto, el ciclo de las hembras fue menor que el de los machos (t=15.12, p≤0.0001) (Cuadro 1). La duración del tiempo de desarrollo en ambos sexos difiere alrededor de 15 d para hembras, respecto a la duración reportada por Flores-Hernández et al. (2006) para la misma especie.

Es probable que el tiempo de desarrollo menor en nuestro estudio se relacione con el hospedante (O. ficus-indica) y con la temperatura constante (25±1 °C), ya que la investigación de Flores-Hernández et al. (2006) se desarrolló en O. megacantha y con variaciones mayores en temperatura (19-23 °C); pero no se descartan otros factores como las condiciones nutricionales de la especie sobre la que se desarrollaron. Una concentración mayor de cristales de oxalato de calcio que de potasio dificulta que las ninfas inserten sus estiletes y se establezcan en los cladodios (Tovar y Pando, 2010). Otro factor no considerado en este estudio fue la población de D. opuntiae, porque las poblaciones de insectos en cada localidad pudieran estar adaptadas a la especie y variedad de nopal sobre la que se desarrollaron las investigaciones de manera independiente. Volchansky (1999) indicó que esas diferencias en poblaciones ocasionan variación en el tiempo de desarrollo.

En estado adulto, las hembras producen cera de aspecto algodonoso que aumenta en volumen hasta cubrirlas por completo. Las hembras maduras sexualmente se aparearon y aumentaron el volumen de su cuerpo, probablemente por la acumulación de huevos en las ovariolas. El aspecto de las hembras adultas es similar al mencionado por Sullivan (1990), Flores-Hernández et al. (2006) y Mathenge et al. (2009). Durante el periodo de preoviposición, 17.49±2.73 d, fue evidente una gota de una substancia, presente en la parte dorsal, que aparece cristalina y después cambia a amarillo claro y ámbar. Esta sustancia es similar a la descrita en D. coccus (Marín y Cisneros, 1977) y podría tener un atrayente sexual en esa especie (Rodríguez et al., 2005), pero no existe información de esta característica en otras especies de la familia Dactylopiidae.

En este estudio, la proporción sexual fue de 3.7:1 (hembras: machos) y fue diferente de la proporción 1:1 reportada por Flores-Hernández et al. (2006) para la misma especie. De acuerdo con Nur et al. (1987), el sexo en escamas de la familia Pseudococcidae puede modificarse por factores fisiológicos del huevo y condiciones ambientales. Los autores del presente estudio han observado que en campo, la proporción sexual de esta especie varía en ciertas temporadas del año, aunque no existe registro formal de esos cambios.

Fecundidad y supervivencia de hembras

La fecundidad en hembras de D. opuntiae (huevos y ninfas) tuvo una respuesta relacionada con el alimento y con la edad. Las hembras con alimento fueron más fecundas (567.58±164.67) que sin alimento (351.25±131.98) (t=6.48, p≤0.005). Además, la mayor parte de las hembras comenzaron a poner huevos o ninfas después de la segunda semana como adultas y la oviposición se extendió siete o nueve semanas dependiendo de la disponibilidad de alimento (Figura 1).

Figura 1 Fecundidad semanal de D. opuntiae (Media±error estándar) con o sin alimento (fijas o retiradas de los cladodios de O. ficus-indica) a 25±1 °C y 40±10 % de humedad relativa. 

Ambos grupos de hembras produjeron mayor número de huevos y ninfas en la cuarta semana, en la cual se acumuló el 52 % de la fecundidad total en hembras sin alimento y 39.92 % en hembras con alimento. Las hembras sin alimento colocaron la mayor cantidad de huevos y ninfas de la semana dos a la semana seis (98 % acumulado). Las hembras con alimento necesitaron dos semanas más para colocar el 98 % del total de huevos y ninfas (Figura 1).

La fecundidad difiere de lo reportado por Flores-Hernández et al. (2006) para la misma especie, quienes mencionan un promedio de 131 individuos por hembra sin alimento (retiradas de los cladodios). Esta diferencia se atribuye a un hospedante diferente antes de retirar las hembras del cladodio, pero existen situaciones como calidad, nutrición y estrés de los cladodios antes de retirar las hembras.

Otras dos especies de dactilópidos evaluados con hembras fijas a los cladodios tuvieron mayor fecundidad, en D. austrinus la descendencia fue 1,145 individuos hembra-1 (Moran y Cobby, 1979) y en D. ceylonicus 1,200 individuos hembra-1 (Sullivan, 1990). La capacidad reproductiva entre especies de Dactylopius que se desarrollan en el género Opuntia, y las diferencias posibles entre la relación insecto-hospedera, requieren más estudios para entender cómo se manifiesta el potencial reproductivo en cada especie.

Las hembras con alimento tuvieron una supervivencia mayor (53.97±5.19 d) respecto a las hembras sin alimento (36.55±2.78 d) (X2 =41.29, p≤0.001). Esta diferencia en supervivencia de cada grupo de hembras puede relacionarse con la disponibilidad de alimento, pero probablemente también con la demanda fisiológica que representó la fecundidad.

Tabla de vida y fertilidad

La supervivencia de huevo a adulto de D. opuntiae fue 64.7 %, del cual, 17 % de mortalidad sucedió en huevo y 17.5 % en ninfa I; con estos valores más la fecundidad y proporción sexual, se establecieron los parámetros poblacionales de la especie (Cuadro 2). El potencial reproductivo de D. opuntiae sobre O. ficus indica fue mayor al reportado sobre O. megacantha (Flores-Hernández et al., 2006), pero los experimentos se desarrollaron en condiciones diferentes.

Cuadro 2 Parámetros poblacionales e intervalos de confianza (95 %) de D. opuntiae con alimento o sin él (cladodios de O. ficusindica) a 25±1 °C y 40±10 % de humedad relativa. 

Parámetros Hembras con alimento Hembras sin alimento Diferencia
Tasa neta de reproducción (Ro) 290.105 (263.188-317.021) 179.534 (157.959-201.110) **
Tasa intrínseca de crecimiento (rm) 0.1385 (0.1362-0.1408) 0.1378 (0.1352-0.1403) ns
Tiempo de generación (T) (día) 40.9442 (40.4030-41.4854) 37.6881 (37.1004-38.2759) **
Tiempo de duplicación (DT) (día) 5.0039 (4.9214-5.0865) 5.0309 (4.9391-5.1228) ns
Tasa finita de incremento (λ) (día) 1.1486 (1.1459-1.1512) 1.1477 (1.1448-1.1506) ns

**p≤0.0001; ns=no significativa.

Con los parámetros poblacionales se estableció el potencial reproductivo de D. opuntiae en su principal hospedera en el mundo. Las hembras con alimento tuvieron una tasa neta reproductiva (descendencia de hembras) y un tiempo de generación mayor (p≤0.0001) que las hembras sin alimento, pero eso no hizo diferente su tasa intrínseca de crecimiento (Cuadro 2). Esta contradicción aparente en el potencial reproductivo puede explicarse porque las hembras sin alimento colocaron en un tiempo menor la totalidad de huevos y ninfas. Esto es, la disponibilidad de alimento favoreció la tasa neta de reproducción pero aumentó el tiempo de generación (Cuadro 2). Estos valores serán un referente para compararlos con sus enemigos naturales Hyperaspis trifurcata Schaeffer (Coleoptera: Coccinellidae) y Leucopis bellula Williston (Diptera: Chamaemyiidae). Pero en estudios de ecología de poblaciones, el potencial reproductivo de los depredadores tendrá otros parámetros que podrían influenciar la respuesta total del enemigo natural; por ejemplo, se debe adicionar la capacidad depredadora, voracidad y capacidad de búsqueda para estimar su potencial como agentes de control biológico de D. opuntiae (Vanegas-Rico et al., 2016).

Conclusiones

La fecundidad de D. opuntiae está influenciada por la disponibilidad de alimento y fue mayor cuando las hembras se mantuvieron fijas a los cladodios de nopal. El potencial reproductivo de D. opuntiae en O. ficus-indica es mayor a lo que se conocía en la literatura. Además, representa el potencial que podría suceder en cultivos de nopal en campo, ya que O. ficus-indica es el principal hospedero cultivado en el mundo.

Agradecimientos

Se agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la beca otorgada para realizar este trabajo y al Colegio de Postgraduados por brindar la oportunidad para realizar la investigación.

Literatura Citada

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Recibido: Octubre de 2016; Aprobado: Abril de 2017

*Autor responsable: esteban@colpos.mx

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