Estímulos usados en el reconocimiento del hospedero por Phymastichus coffea, un parasitoide de la broca del café

Cues used during the host recognition by Phymastichus coffea, a parasitoid of the coffe berry borer

Marcela Chiu–Magaña, Alfredo Castillo*, Julio C. Rojas

El Colegio de la Frontera Sur (ECOSUR). Carretera Antiguo Aeropuerto km 2.5. 30700. Tapachula, Chiapas, México *Autor responsable: (acastill@ecosur.mx)

Resumen

La avispita Phymastichus coffea LaSalle (Hymenoptera: Eulophidae) es un parasitoide que ataca a los adultos de la broca del café, Hypothenemus hampei (Ferrari) (Coleoptera: Curculionidae), considerada la plaga más importante de este cultivo. El objetivo de esta investigación fue evaluar la función de los estímulos físicos y químicos durante el reconocimiento del hospedero por P. coffea. Los bioensayos fueron realizados usando tubos de vidrio como arenas experimentales, en laboratorio. Se observó que la locomoción del hospedero no parece estar involucrada en su reconocimiento. Las hembras adultas de la broca, individuos de mayor tamaño, fueron más aceptadas que los machos como hospederos de P. coffea. El uso de modelos esféricos de plástico, en lugar de brocas, permitió confirmar que esta especie puede discriminar a su hospedero por su tamaño. El color no afectó el tiempo usado por los parasitoides para contactar al hospedero, pero los colores obscuros fueron manipulados por mayor tiempo por P. coffea. Los compuestos cuticulares no están involucrados en el reconocimiento del hospedero por P. coffea. Estas evidencias sirven de base para futuros estudios orientados a conocer aspectos relacionados con la eficiencia de este enemigo natural.

Palabras clave: Hypothenemus hampei, Phymastichus coffea, búsqueda del hospedero, control biológico.

Abstract

The wasp Phymastichus coffea LaSalle (Hymenoptera: Eulophidae) is a parasitoid of the adults of the coffee berry borer (CBB), Hypothenemus hampei (Ferrari) (Coleoptera: Curculionidae), considered the most important pest of this crop. A previous study has shown that P. coffea uses long–range chemical cues during the host location process. The objective of this study was to investigate the role of physical and chemical cues at short range during the host recognition by P. coffea. The assays were performed with glass vials used as experimental arenas under laboratory controlled conditions. The results showed that the movement of the host did not influence the recognition process. CBB females were better accepted than males by P. coffea, mostly because they are bigger than males. The use of spherical plastic models, instead of borers, allows confirming that size is an important cue for host recognition by P. coffea. Color did not affect the time spent by parasitoids in contacting the host, though dark colors were handled longer by P. coffea. Our results seem to suggest that cuticular compounds were not involved in host recognition by P. coffea.

Key words: Hypothenemus hampei, Phymastichus coffea, host–finding behavior, biological control.

INTRODUCCIÓN

La broca del café, Hypothenemus hampei (Ferrari) (Coleoptera:Curculionidae), es la plaga mundial más importante del café (Coffea arabica) (Le Pelley, 1968). Este insecto logra penetrar hasta la pulpa de frutos jóvenes, ocasionando su pudrición y consecuente caída. La broca del café usa los frutos consistentes para reproducirse, destruyéndolos parcial o totalmente (Murphy y Moore, 1990). Una alternativa para combatir a esta plaga es el control biológico con parasitoides. La avispita Phymastichus coffea LaSalle (Hymenoptera:Eulophidae) es el único endoparasitoide del adulto de la broca del café hasta ahora conocido. Es una especie gregaria porque sus hembras depositan generalmente dos huevos dentro de cada hospedero, de los que se genera una progenie constituida por un macho y una hembra, que se desarrollan en el protórax y abdomen del hospedero (Castillo et al., 2004). La longevidad de una hembra adulta de P. coffea no es mayor a tres días, aunque posee características biológicas deseables en un agente de control biológico efectivo, como un ciclo de vida más corto que su hospedero, alta actividad parasitaria (Feldhege, 1992), capacidad de discriminación (Castillo et al., 2004) y breve período de pre–oviposición (Infante et al., 1994). De todos los enemigos naturales de la broca del café, P. coffea posee el mayor potencial para ser usada como un agente regulador de las poblaciones de H. hampei (Gutiérrez et al., 1998).

La efectividad de los parasitoides como agentes de control biológico depende ampliamente de su capacidad de localización del hospedero. Según Weseloh (1976), la localización del hospedero es determinante para el éxito reproductivo de los parasitoides, por lo que muchas especies han desarrollado mecanismos efectivos de orientación y detección. El proceso de localización se divide en localización del hábitat del hospedero, localización del hospedero y reconocimiento–aceptación del hospedero (Vinson, 1998). Durante la localización, los parasitoides usan estímulos complejos de corto y largo alcance, los cuales incluyen señales visuales, químicas, auditivas y táctiles (Godfray, 1994).

Poco se conoce acerca de los estímulos que usa P. coffea durante la localización de su hospedero. Las hembras de P. coffea son atraídas a compuestos volátiles emitidos por frutos de café dañados mecánicamente e infestados por la broca del café, que son usados como señales de localización del hábitat del hospedero (Rojas et al., 2006). Además, una parte de esta actividad proviene de los desechos alimenticios y fecales de la broca, aunque no se aislaron a los compuestos responsables (Rojas et al., 2006). Se requieren más estudios para completar la información referente a los estímulos que usa P. coffea para localizar a la broca del café, imprescindible para desarrollar estrategias que puedan favorecer la capacidad de parasitismo de P. coffea. Por tanto, el objetivo de esta investigación fue evaluar la función de los estímulos físicos y químicos durante el reconocimiento del hospedero por P. coffea.

MATERIALES Y MÉTODOS

Material biológico

Las brocas adultas se obtuvieron de frutos de café infestados, recolectados en cafetales cercanos a Tapachula, Chiapas, México.

Los frutos se cortaron por la mitad y las brocas separadas de los residuos con un tamiz y se colocaron en recipientes de plástico (3X5 cm) tapados con malla fina, hasta su uso en los ensayos. Se usaron hembras de P. coffea recién emergidas, obtenidas de una cría descrita por Infante et al. (1994). En los bioensayos se observaron por 1 h los insectos dentro de tubos de vidrio, usados como arenas experimentales. Estas observaciones se hicieron de 09:00 a 12:00 h, a 27±2 °C, humedad relativa de 70±5 % e iluminación de 712 lx suministrada por dos lámparas de 39 Watts colocadas a 50 cm de las arenas experimentales. Los insectos fueron usados una sola vez en los bioensayos.

La influencia del movimiento del hospedero para su localización y reconocimiento por el parasitoide usando brocas vivas y brocas muertas por enfriamiento (—10 °C por 1 h), fue evaluada en pruebas de no elección y de doble elección. En pruebas de no elección se confinó a una broca (viva o muerta) con una hembra del parasitoide dentro de un tubo de vidrio de 12X48 mm, con 50 repeticiones por tratamiento. En pruebas de doble elección, se colocaron dos brocas (una viva y una muerta) con una hembra del parasitoide dentro de un tubo de vidrio de 15 X75 mm. Se realizaron 50 repeticiones. En ambas pruebas se registró el número de parasitoides que contactó por primera vez al hospedero, el tiempo de contactó (período transcurrido desde la liberación del parasitoide en el tubo hasta que éste se contactó con su hospedero) y el tiempo de manipulación (tiempo que tardó el parasitoide sobre el hospedero después de contactarlo). Cada repetición finalizó al momento que el parasitoide abandonó a su hospedero.

Influencia del tamaño del hospedero en el comportamiento de P. coffea

La influencia de este factor fue investigado en dos experimentos. En el primero se evaluó el comportamiento de P. coffea a hospederos naturales de diferente tamaño, para lo cual se usaron hembras y machos de la broca del café muertas por congelación. Las brocas hembras son aproximadamente el doble en tamaño que las brocas machos. Este experimento se realizó en pruebas de no elección y de doble elección. En la de no elección se ofreció una broca hembra o una broca macho al parasitoide dentro de un tubo de 12x48 mm, realizando 50 repeticiones para cada sexo de la broca. En la prueba de doble elección se confinó, dentro de un tubo de vidrio de 15x75 mm, a dos brocas (hembra y macho) con el parasitoide, con 50 repeticiones. En el segundo experimento se ofreció al parasitoide una esfera de vidrio negro (1 mm o 2 mm diámetro), en una prueba de no eleccion. La esfera se colocó dentro de un tubo de vidrio (15x75 mm) y se introdujó el parasitoide, realizando 50 repeticiones para cada tipo de esfera. En ambos experimentos se registró el número de parasitoides que contactó por primera vez a cada hospedero, el tiempo de contactó y el tiempo de manipulación. Cada repetición finalizó al momento que el parasitoide abandonó a su hospedero.

Influencia del color del hospedero en el comportamiento de P. coffea

La influencia del color en el comportamiento del parasitoide se evaluó en una prueba de no elección usando modelos esféricos de plástico (2 mm diámetro), en lugar de brocas adultas, colocados en tubos de vidrio de 12x48 mm. Los colores evaluados fueron: azul fuerte (RGB = 25, 25, 112), turquesa (RGB = 0, 195, 205), verde limón (RGB = 50, 205, 50) y negro (RGB = 0, 0, 0). Se realizaron 50 repeticiones por cada color. En ambos experimentos se registró el número de parasitoides que contactó por primera vez a cada hospedero, el tiempo de contactó y el tiempo de manipulación. Cada repetición finalizó al momento que el parasitoide abandonó a su hospedero.

Influencia del estímulo químico de la broca en el comportamiento de P. coffea

Se realizaron pruebas de no elección para evaluar el estimulo que representa una broca hembra previamente lavada con 1 mL de tres distintos disolventes (hexano, acetona o metanol). Las brocas vivas se sumergieron por 1 min dentro del disolvente, y antes de ofrecerlas a los parasitoides se dejaron escurrir por 30 min a 28–30 °C para permitir la evaporación del disolvente. Todas las brocas murieron por efecto del tratamiento y se ofrecieron individualmente a los parasitoides dentro de tubos de vidrio de 12x48 mm. Se incluyó un grupo testigo con brocas no tratadas, muertas por enfriamiento. Se realizaron 50 repeticiones por tratamiento. En ambos experimentos se registró el número de parasitoides que contactó por primera vez a cada hospedero, el tiempo de contactó y el tiempo de manipulación. Cada repetición finalizó al momento que el parasitoide abandonó a su hospedero.

Análisis estadístico

Para detectar diferencias en el número de parasitoides que contactaron por primera vez a los hospederos ofrecidos en los experimentos, se usó una prueba G con corrección de Williams. Los datos del tiempo de contacto y tiempo de manipulación se describieron con la mediana y se analizaron con una prueba de Mann–Whitney cuando se compararon dos tratamientos o una prueba de Kruskal–Wallis cuando se compararon más de dos tratamientos. Los análisis se realizaron con el programa Statistica versión 6.1 (Statsoft Inc, 2003).

RESULTADOS

Influencia del movimiento del hospedero en el comportamiento de P. coffea

El número de parasitoides que contactó por primera vez a las brocas vivas no fue diferente estadísticamente de aquel que contactó a las brocas muertas en ambas pruebas (Cuadro 1). Los resultados de las pruebas de no elección muestran que el movimiento del hospedero no influye en el tiempo de localización ni en el tiempo de manipulación del hospedero (Cuadro 1). Un resultado similar se encontró en las pruebas de doble elección debido a que el movimiento del hospedero tampoco influyó en el tiempo de localización y el tiempo de manipulación del hospedero (Cuadro 1).

Influencia del tamaño del hospedero en el comportamiento de P. coffea

En el primer experimento, el número de parasitoides que contactó por primera vez a brocas hembras no fue diferente del que contactó a brocas machos en ambas pruebas (Cuadro 2). En ambas pruebas, el tamaño del hospedero no influyó en el tiempo usado por el parasitoide para localizar a su hospedero; pero P. coffea tardó más tiempo manipulando a las hembras que a los machos (Cuadro 2).

En el segundo experimento, el número de parasitoides que contactó por primera vez a las esferas de 2 mm fue mayor comparado con el que contactó a las esferas de 1 mm (Cuadro 3). No se encontraron diferencias en el tiempo empleado por el parasitoide para localizar a las esferas negras de 1 y 2 mm de tamaño, pero si en el tiempo de manipulación (Cuadro 3).

Influencia del color del hospedero en el comportamiento de P. coffea

No se encontraron diferencias en el número de parasitoides que contactaron por primera vez a las esferas de diferente color (Cuadro 4). No se observó diferencia en el tiempo que tardó el parasitoide para contactar a los diferentes modelos de colores (Cuadro 4). En contraste, el tiempo de manipulación fue variable en modelos de diferente color. Los modelos azul fuerte y negro fueron manipulados por mayor tiempo en comparación con el modelo turquesa. El tiempo que el parasitoide manipuló el modelo verde fue intermedio entre el tiempo para manipular los modelos azul fuerte, negro y turquesa (Cuadro 4).

Influencia del estímulo químico de la broca en el comportamiento de P. coffea

DISCUSIÓN

Norlund et al. (1981) mencionan que el tamaño, forma y textura del hospedero son estímulos físicos importantes usados por los parasitoides durante el reconocimiento y su aceptación. Algunas especies de parasitoides son estimuladas por el movimiento de su hospedero, para que estos sean localizados y aceptados (Stireman, 2002; Cournoyer y Boinvin, 2005). Otras especies de parasitoides son atraídas a vibraciones emitidas por su hospedero durante su localización (Ryan y Rudinsky, 1962; Meyhöfer et al., 1997, Godfray, 1994). Los presentes ensayos no muestran una preferencia de P. coffea por los insectos vivos o muertos, sugiriendo que la movilidad o las vibraciones emitidas por las hembras de H. hampei no están involucradas en el reconocimiento del hospedero por este parasitoide. Estos resultados coinciden con la biología natural de este parasitoide, que ataca a las brocas justo en el momento que penetran al fruto de café. Durante esta fase la broca presenta menor movilidad y por tanto está más expuesta al ataque del parasitoide.

En el presente trabajo P. coffea reconoció a su hospedero en función de su tamaño. En el primer experimento el parasitoide tardó mas tiempo manipulando a las hembras que a los machos, los cuales difieren en tamaño. La sustitución de brocas por esferas de plástico, permitió confirmar que el tamaño del hospedero es un estímulo importante durante el reconocimiento por P. coffea. El efecto del tamaño del hospedero en este proceso ha sido observado en otras especies de parasitoides (Morehead y Freener, 2000; Demas et al., 2002). Estos resultados coinciden con antecedentes de que el tamaño del hospedero influencia la aptitud de un parasitoide y determina la disponibilidad de alimento para su progenie (Godfray, 1994). P. coffea deposita generalmente dos huevos sobre su hospedero y sus larvas se alimentan de los tejidos internos de la broca. La larva más pequeña (macho) se ubica en el pro–torax y la más grande (hembra) en el abdomen, donde se transforman a pupas (Castillo et al., 2004). Por tanto, la discriminación del hospedero con base en su tamaño es importante para P. coffea, ya que reduce la competencia larval y aumenta la posibilidad de supervivencia de su progenie.

Los datos del primer experimento sobre la influencia del tamaño del hospedero no muestran una relación entre este factor y el tiempo que usó P. coffea para contactarlo. En el segundo experimento sí se observó una diferencia significativa ya que los parasitoides contactaron más frecuentemente a las esferas grandes que a las pequeñas. La diferencia entre ambos experimentos sugiere que la forma, además del tamaño, puede influenciar el comportamiento del parasitoide como se ha observado en otros insectos (Bernays y Chapman, 1995).

El color no afectó el tiempo usado por los parasitoides para contactar al hospedero, pero los colores obscuros fueron manipulados por mayor tiempo por P. coffea, lo que sugiere que el color sí influye en el proceso de reconocimiento. En otras especies de parasitoides se ha observado la importancia del color en la selección de un hospedero (Fischer et al., 2004; Lobdell et al., 2005). Sin embargo, es indispensable evaluar otros colores para entender mejor el significado biológico de los resultados encontrados en el presente trabajo.

Para la localización y reconocimiento de un hospedero, un parasitoide puede requerir estímulos químicos que pueden ser de largo o corto alcance o de contacto. Sin embargo, en el presente trabajo no hubo evidencias de que los parasitoides usen compuestos químicos provenientes de la broca para su reconocimiento. Rojas et al. (2006) tampoco observaron la atracción a larga distancia de P. coffea hacia compuestos volátiles liberados por los adultos de la broca del café. En contraste, Cephalonomia stephanoderis Betrem y Prorops nasuta Waterston, ectoparasitoides de larvas de la broca del café, son atraídos a larga y corta distancia hacia los estados inmaduros y adultos de dicho insecto (Felipe–Silvestre et al., 2005; Chiu–Alvarado y Rojas, 2008; Chiu–Alvarado et al., 2009). El uso de hidrocarburos cuticulares como estímulos para el reconocimiento de su hospedero se ha evidenciado en varias especies de parasitoides (Morehead y Feener, 2000; Muratori et al., 2006). El análisis de los resultados del presente estudio indica que las hembras de P. coffea manipularon por menos tiempo a las brocas lavadas con hexano, en comparación con las brocas no lavadas. Adicionalmente, P. coffea puede discriminar a su principal hospedero entre varias especies de escolítidos, algunas del mismo color y tamaño de la broca, lo que sugiere la posibilidad de que un estímulo químico pueda estar involucrado en esta discriminación (Castillo et al., 2004). En este sentido, se requieren más estudios, para esclarecer la funcióndel estímulo químico durante el reconocimiento del hospedero por P. coffea.

CONCLUSIONES

AGRADECIMIENTOS

A Enrique López Pascasio y Javier Valle Mora por el apoyo en la cría del material biológico usado en el presente estudio y por el análisis estadístico de los datos. Al CONACYT por el apoyo financiero al Proyecto de Investigación Básica SEP–CONACYT, No. 40338.

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