Reproduction, longevity and life table parameters of Monosteira unicostata (Hemiptera: Tingidae) at constant temperatures

Information on the effect of temperature on biological parameters of phytophagous insects is one of the tools in IPM programs, as it allows prediction of risk situations in the field. This work reports the effect of temperature on reproductive parameters and longevity of one of the most important current pests of almond orchards in the Mediterranean basin, the poplar lace bug, Monosteira unicostata (Mulsant & Rey) (Hemiptera: Tingidae). The temperatures tested were 22, 25, 28, 31, 34 and 37ºC, always at 60 ± 10% relative humidity and under a L16:D8 photoperiod. Extreme temperatures had an adverse effect on preoviposition period, total fecundity and daily fecundity while increasing values of oviposition period and adults longevity were registered for decreasing temperatures. Male longevity was higher than female longevity, and mortality pattern differed between sexes for all temperatures but 37ºC. The nonlinear Lactin model described accurately the effect of temperature on the intrinsic rate of natural increase of M. unicostata populations and predicted the optimum temperature for population increase at 34.1ºC, at which the population doubling time is 3.6 days. Produced values of lower and upper thresholds for M. unicostata populations were 14.8 and 38.8ºC, respectively. This characterizes the poplar lace bug as a very important pest in the Mediterranean basin, with an increasing potential risk in a global warming scenario

Influences of a Microcystis aeruginosa Kützing bloom on zooplankton populations in Jacarepaguá Lagoon (Rio de Janeiro, Brazil)

AbstractJacarepaguá Lagoon is a shallow, hypereutrophic, coastal lagoon located in Rio de Janeiro (RJ, Brazil), with recurrent blooms of cyanobacteria. This study was carried out with the aim to detect the effects of the cyanobacterium Microcystis aeruginosa on zooplankton populations (especially cladocerans) in the lagoon. At two sampling stations we measured temperature, pH, salinity, dissolved oxygen and transparency, and collected water samples for chemical analyses of particulate organic carbon (POC), chlorophyll-a and toxins (microcystins), and plankton samples for phytoplankton and zooplankton analyses, from August 1996 to September 1997. Laboratory experiments were also performed to test for toxicity of both natural assemblages and cultured Microcystis. The results showed that temperature, salinity and cyanobacteria biomass were the best descriptors of the population dynamics of Cladocera. In spite of high levels of microcystins in seston, toxins were not generally correlated with the density of Cladocera. Laboratory experiments, however, showed strong evidence of the toxicity of seston to Cladocera. Also, high levels of toxins in seston were associated with a collapse of cladoceran populations in the lagoon, suggesting toxic effects of mycrocystins on these organisms. Rotifers and copepods were less affected by cyanobacteria, maintaining high densities in the lagoon throughout the bloom. We conclude that blooms of Microcystis aeruginosa are potentially harmful for cladoceran populations in nature

Florações de Cianobactérias tóxicas no Reservatório do Funil: dinâmica sazonal e consequências para o zooplâncton

revista vol 13 nº 2.indd The Funil water reservoir, located in the Paraíba do Sul River Valley in the municipality of Resende (Rio de Janeiro State, Brazil), has become eutrophic during the last two decades and undergone recurrent blooms of cyanobacteria. This study presents temporal series of physical, chemical and biological data from the reservoir encompassing an overall period of four years (from June/02 to March/06). Monthly, measurements of conductivity, transparency, temperature, pH, dissolved oxygen, and water samples for the analyses of nutrients (N and P), chlorophyll-a, phytoplankton and zooplankton composition and cyanotoxins in seston and in net plankton were performed. Toxicity tests with native and temperate cladocerans species were also performed. The results showed that the high input of N and P favored the persistent dominance of cyanobacteria. A temporal pattern was observed mainly related to changes in water temperature, characterizing two distinct periods: a warm-wet period with cyanobacterial bloom, and a cold-dry period with general reduced biomass. Cyanobacteria included potential hepatotoxins (microcystins) producers like Microcystis spp., and potential neurotoxins (saxitoxins) producers like Anabaena circinalis and Cylindrospermopsis raciborskii. In fact, elevated concentrations of microcystins and saxitoxins were found in the phytoplankton, and high levels of microcystins in the zooplankton, suggesting that these toxins may be transferred through the food chain. The toxicity tests revealed that the cyanobacterial blooms had toxic effects on cladocerans, causing death, reduction in the rate of population increase (r), and paralysis, in agreement with the mechanism of action of the cyanotoxins present.revista vol 13 nº 2.indd El Embalse de Funil, localizado en el valle del Río Paraíba do Sul, municipio de Resende (RJ), se convirtió en un ambiente eutrófico a lo largo de las últimas dos décadas, con floraciones recurrentes de cianobacterias. Este estudio presenta una serie temporal de datos físicos, químicos y biológicos del embalse abarcando un período de cuatro años (Junio/02 a Marzo/06). Durante dicho período, se tomaron mensualmente medidas de conductividad eléctrica, transparencia de la columna de agua, temperatura, pH, oxigeno disolvido, muestras de agua para análisis de nutrientes (N y P), clorofila-a, de la composición de la comunidad fitoplanctônica y zooplanctónica y cianotoxinas en el seston y colectas en red de plancton. También fueron realizados ensayos de toxicidad con cladóceros nativos así como también con una especie de zonas templada. Los resultados encontrados evidencian que el elevado y constante aporte de N y P favorece la ocurrencia de cianobacterias durante todo el año. Sin embargo, los patrones temporales están principalmente relacionados con el cambio en la temperatura, caracterizando dos períodos diferentes: cálido-húmedo, con floraciones de cianobacterias, y frío-seco, con una biomasa reducida. Entre las cianobacterias presentes están las especies potencialmente productoras de hepatotoxinas (microcistinas), como Microcystis spp., y de neurotoxinas (saxitoxinas), como Anabaena circinalis e Cylindrospermopsis raciborskii. Fueron encontradas concentraciones elevadas de microcistinas y saxitoxinas en el fitoplancton y microcistinas en el zooplancton, sugiriendo que puede existir transferencia trófica de dichas toxinas en la cadena alimenticia. Los ensayos de toxicidad revelaron que las floraciones de cianobacterias ejercieron efectos tóxicos sobre los cladóceros, como alta mortalidad, reducción de la tasa de crecimiento poblacional (r) y parálisis de los movimientos natatorios, que parecen estar relacionados con el mecanismo de acción de las cianotoxinas presentes.O Reservatório do Funil, situado no vale do Rio Paraíba do Sul, município de Resende (RJ), tornou-se ao longo das últimas duas décadas um ambiente eutrófico, com florações recorrentes de cianobactérias. Este estudo apresenta uma série temporal de dados físicos, químicos e biológicos do reservatório, abrangendo um período amostral de quatro anos (junho/02 a março/06). Mensalmente, foram realizadas medidas de condutividade elétrica, transparência da coluna d'água, temperatura, pH, oxigênio dissolvido, e coletas de água para análise de nutrientes (N e P), clorofila-a, cianotoxinas do seston e do plâncton de rede, e da composição da comunidade fitoplanctônica e zooplanctônica. Foram também realizados testes de toxicidade com cladóceros nativos e de origem temperada. Os resultados mostraram que o elevado e constante aporte de N e P favorece a ocorrência de cianobactérias durante todo ano. Entretanto, a variabilidade temporal está principalmente relacionada às alterações de temperatura, caracterizando dois períodos distintos: quente-chuvoso, com floração de cianobactérias e frio-seco, com reduzidas biomassas. Entre as cianobactérias presentes estão espécies potencialmente produtoras de hepatotoxinas (microcistinas), como Microcystis spp., e de neurotoxinas (saxitoxinas), como Anabaena circinalis e Cylindrospermopsis raciborskii. Foram encontradas concentrações elevadas de microcistinas e saxitoxinas no fitoplâncton e microcistinas no zooplâncton, sugerindo que pode haver transferência trófica destas toxinas na cadeia alimentar. Os testes de toxicidade revelaram que as florações de cianobactérias exerceram efeitos tóxicos para os cladóceros, como alta mortalidade, redução da taxa de crescimento populacional (r) e paralisia dos movimentos natatórios, que parecem estar relacionados ao mecanismo de ação das cianotoxinas presentes

Estimation of the intrinsic rate of natural increase and its error by both algebraic and resampling approaches

The intrinsic rate of natural increase or Malthusian parameter plays a key role fields as diverse as ecology, genetics, demography and evolution. It characterizes the growth of a population in a determinate environment. Since its rigorous statistical estimation requires of intensive calculation, the use of a computer becomes essential. The two main approaches to the calculation of the Malthusian parameter, its error and confidence intervals have been implemented in a program and have been compared by means of an example. © 1993, Oxford University Press. All rights reserved

Respostas multigeracionais em Daphnia magna: exposição a pulsos e misturas

Mestrado em BiologiaO aumento da população humana tem levado a um drástico desenvolvimento nos setores da indústria e agricultura. Consequentemente, quantidades elevadas de químicos, incluindo pesticidas, são diariamente produzidos e utilizados, levando à sua inevitável libertação no ambiente. Uma vez nos ecossistemas aquáticos, os organismos podem estar expostos a químicos por períodos de tempo curtos ou longos. O carbendazim, um fungicida extensivamente utilizado nos campos agrícolas, e o triclosan, um composto antibacteriano usado numa variedade de produtos de higiene pessoal, foram escolhidos para o presente trabalho como químicos representantes de origem antropogénica. Vários estudos demonstraram que ambos os químicos estão presentes nas águas superficiais e são prejudiciais para várias espécies aquáticas. Ademais, num cenário real é mais provável que os organismos estejam expostos a misturas de químicos do que a um químico individualmente. Considerando o anteriormente exposto, um dos objetivos do presente estudo foi determinar os efeitos individuais e em mistura do carbendazim e triclosan utilizando o cladócero Daphnia magna, uma espécie modelo amplamente utilizada em ecotoxicologia. Além disso, e considerando que os organismos aquáticos podem estar continuamente expostos a compostos químicos, uma abordagem multigeracional deverá ser considerada. Por este motivo, o presente estudo tem também como objetivo perceber como uma exposição contínua a uma concentração ambientalmente relevante de carbendazim afeta a aptidão da descendência. Para isso, duas experiências multigeracionais foram realizadas, uma até à décima segunda geração (F12) e outra até à décima terceira geração (F13). Adicionalmente, e considerando a libertação dos pesticidas para o ambiente aquático por pulsos, outro objetivo foi perceber como é que a descendência de dáfnias previamente expostas ao carbendazim iria responder a novos pulsos de pesticidas diferentes: a triclosan e à mistura de triclosan e carbendazim. Vários parâmetros individuais, como a sobrevivência, longevidade, imobilização, reprodução e alimentação foram avaliados, assim como alguns parâmetros subcelulares, incluindo genotoxicidade (dano no DNA avaliado pelo ensaio do cometa), diferentes biomarcadores bioquímicos (colinestarase, catalase, glutationa S-transferase e peroxidação lipídica), parâmetros energéticos (lípidos, carboidratos, proteínas e energia disponível e consumida) e, por último, alterações na expressão genética (utilizando um microarray personalizado para D. magna). Na exposição individual, o carbendazim mostrou-se mais tóxico do que o triclosan para a D. magna, e ambos os compostos causaram dano no DNA. Relativamente à exposição a misturas, diferentes parâmetros seguiram diferentes padrões de resposta, desde aditividade: modelo de ação independente (inibição alimentar e reprodução), até desvios dependentes do nível da concentração da mistura (imobilização) e desvios dependentes da razão entre os componentes da mistura, com sinergismo causado principalmente pelo triclosan (dano no DNA). Os impactos multigeracionais do carbendazim para a D. magna foram mais notórios ao nível do dano no DNA (aumentou ao longo das gerações), mudanças na expressão genética e diminuição na longevidade depois de doze gerações. Nas gerações F0 e F12, o carbendazim afetou genes envolvidos na resposta ao stress, replicação e reparação do DNA, neurotransmissão, embriogénese, biossíntese de proteínas, produção de ATP e metabolismo dos lípidos e carboidratos. Considerando os demais parâmetros avaliados, não foi observado um padrão claro de tolerância ao longo das gerações expostas ao carbendazim. No global, as dáfnias em meio limpo e as dáfnias expostas ao carbendazim durante algumas gerações mostraram uma sensibilidade semelhante depois da exposição ao triclosan e também padrões de mistura semelhantes após exposição à mistura binária (carbendazim e triclosan) na experiência por pulsos. O presente estudo realça a importância de usar abordagens multigeracionais (com mais de três gerações) juntamente com múltiplos parâmetros na análise de toxicidade de pesticidas com o objetivo final de melhorar a avalição de risco ambiental.The human population increase led to a drastic evolution in agricultural and industrial sectors. As a result, high quantities of chemicals, including pesticides, are daily produced and used, leading to their inevitable release into the environment. Once in aquatic ecosystems, organisms can be exposed to chemicals for short and/or long-term periods. Carbendazim, a fungicide used extensively in agricultural fields, and triclosan, an antibacterial compound used in a wide number of personal care products, were chosen in the present work as representative of the man-made chemical disposal. Several studies reported that both chemical compounds are present in surface waters and are harmful to several aquatic species. Additionally, in a real scenario it is most likely for organisms to be exposed to chemical mixtures rather than to single compounds. Taking the above statements into consideration, one of the aims of the present study was to determine the effects of single and combined mixtures of carbendazim and triclosan to the cladocera Daphnia magna, a test-model species widely used in ecotoxicology. Moreover, bearing in mind that aquatic organisms might be continuously exposed to compounds, a multigenerational approach should be considered. Therefore, the present work also aimed at understanding how a continuous exposure to an environmental relevant concentration of carbendazim affects offsprings´ fitness. For that, two multigenerational experiments were conducted, one testing until the twelfth (F12) generation and other testing until the thirteenth (F13) generation. Additionally, and considering the release of pesticides into the aquatic environment by pulses, another challenge was to understand how offspring from daphnids previously exposed to carbendazim respond to new pesticide inputs in two different situations: triclosan alone and the mixture of carbendazim and triclosan. Several individual endpoints, such as survival, longevity, immobilisation, reproduction and feeding activity, were evaluated and also several subcellular endpoints, including genotoxicity (DNA damage evaluated through the comet assay), several biochemical biomarkers (cholinesterase, catalase, glutathione S-transferase and lipid peroxidation), energy-related parameters (lipids, carbohydrates, proteins and available and consumed energy) and finally changes in gene expression (using a D. magna custom microarray). In the single exposure, carbendazim was more toxic to D. magna than triclosan, and both compounds caused DNA damage. Concerning mixture exposures, different endpoints followed different patterns of response, from additivity: Independent Action model (feeding inhibition and reproduction), to deviations for dose level dependency (immobilisation) and dose ratio dependency, with synergism mainly caused by triclosan (DNA damage). Multigenerational impacts of carbendazim to D. magna were mainly observed in terms of DNA damage (increased throughout generations), changes in gene expression and a decrease in longevity after twelve generations. In both F0 and F12 generation, carbendazim affected genes involved in response to stress, DNA replication/repair, neurotransmission, embryogenesis, protein biosynthesis, ATP production, lipids and carbohydrates metabolism. No clear pattern towards tolerance was found throughout the generations exposed to carbendazim regarding the other ecotoxicological endpoints. Overall, daphnids in clean medium and daphnids exposed to carbendazim for some generations showed similar sensitivity after exposure to triclosan and also similar mixture patterns after the binary mixture (carbendazim and triclosan) exposure in the pulse experiment. This research highlights the importance of using multigenerational approaches (with more than three generations) along with multiple endpoints to understand pesticide toxicity with the ultimate goal of improving the environmental risk assessment

Selection and genetic improvement of relevant biological traits in Orius laevigatus (Fieber) (Hemiptera: Anthocoridae) to increase its effectiveness in pest control

[SPA] A principios de la década de los noventa, el cultivo de pimiento dulce de invernadero del Campo de Cartagena atravesaba una situación fitosanitaria insostenible, con dificultades en el control químico del trips Frankliniella occidentalis Pergande (Thysanoptera: Thripidae), vector del virus del bronceado del tomate, que ponía en peligro la rentabilidad de este cultivo. En un intento de revertir la situación, se iniciaron una serie de bioensayos con base en el control biológico aumentativo, que culminaron con un cambio total en la estrategia de control, mejorando la situación fitosanitaria de todo el agroecosistema de la región. Uno de los principales contribuyentes a este cambio fue el chinche depredador Orius laevigatus Fieber (Hemiptera: Anthocoridae), un enemigo natural de gran éxito en el cultivo de varias especies vegetales, incluyendo el pimiento de invernadero, siendo esencial para el control del trips. Sin embargo, al igual que ocurre con otros agentes de control biológico, su establecimiento en los cultivos, y por tanto su eficacia en el control de la plaga, se ven limitados en ocasiones por algunos factores, como la escasez de presas, las bajas temperaturas o el efecto nocivo de los tratamientos fitosanitarios. En el desarrollo de agentes de control biológico, los esfuerzos se han centrado tradicionalmente en la búsqueda de nuevas especies de enemigos naturales más eficaces. Sin embargo, la acción beneficiosa de las especies autóctonas puede optimizarse mediante la mejora genética, explotando la variabilidad intraespecífica de aquellos rasgos que dificultan el establecimiento a largo plazo del depredador en el cultivo. Así, en esta tesis doctoral se desarrollan dos razas de O. laevigatus genéticamente mejoradas con un rendimiento superior en condiciones de alimentación óptima (mayor tamaño corporal) y subóptima (mayor tolerancia al polen), evaluando su eficacia antes de su uso en la protección de cultivos. Diferentes características de los enemigos naturales pueden afectar a su rendimiento en los programas de control biológico. Entre ellas, el tamaño del cuerpo puede desempeñar un papel decisivo, ya que se ha asociado a un mayor rendimiento ecológico. No existen en la bibliografía estudios específicos sobre el tamaño del cuerpo en ninguna especie de Orius previo a esta tesis doctoral. Así pues, uno de los objetivos de este trabajo consistió en estudiar la variación del tamaño corporal en poblaciones silvestres y comerciales de O. laevigatus, así como seleccionar artificialmente una cepa con mayor tamaño corporal. A continuación, se estimaron los parámetros de la tabla de vida en comparación con los de una serie de poblaciones con un rango amplio de tamaños diferentes. En primer lugar, encontramos una variabilidad significativa en el tamaño corporal entre las poblaciones silvestres de O. laevigatus, con las poblaciones comerciales situadas dentro del rango natural de la propia especie. Sobre la base de esta variación, iniciamos un exhaustivo programa de mejora genética, obteniendo con éxito una cepa con un tamaño corporal significativamente mayor. Además, esta línea seleccionada mostró una mayor fecundidad cuando se le suministró un alimento nutricionalmente superior (huevos de Ephestia), así como una mayor fecundidad y longevidad con una dieta más pobre (polen de abeja). A pesar de presentar un tiempo de desarrollo ligeramente más corto, el potencial reproductivo general fue similar o incluso superior al de las poblaciones comerciales y sin seleccionar. Nuestra hipótesis es que las características mejoradas de la cepa seleccionada de gran tamaño se basan en una capacidad superior para explotar los recursos nutricionales, lo que le confiere una mayor capacidad de recuperación en situaciones de estrés (baja calidad o cantidad de alimento) típicas de los ecosistemas agrícolas, mejorando su rendimiento como agente de control biológico. A pesar de que esta cepa de gran tamaño mostró una aptitud reproductiva superior, la selección continuada hacia un carácter específico puede tener como consecuencia el coste negativo de una reducción de la capacidad depredadora, lo que a su vez afectaría a la eficacia del control biológico. Por ello, pusimos a prueba la capacidad depredadora de nuestra línea de gran tamaño antes de su utilización en programas de control biológico. Paralelamente, un mayor tamaño corporal puede desembocar en una ampliación del rango de presas, incluyendo a especies de mayor tamaño o a diferentes estadios de vida de las presas. En este sentido, nuestra cepa de mayor tamaño de O. laevigatus podría tener una tasa de depredación y un rango de presas superiores a los de las poblaciones comerciales y silvestres. Para comprobar ambas cuestiones, se estudió la respuesta funcional a diferentes densidades de Frankliniella occidentalis (adultos y larvas) y Myzus persicae Sulzer (Hemiptera: Aphididae) (ninfas) en nuestra variedad de O. laevigatus de gran tamaño, en comparación con una población comercial. Como resultado, el tamaño del depredador estaba significativamente relacionado con los parámetros de la respuesta funcional (tasa de ataque y tiempo de manipulación). La población mejorada genéticamente para un tamaño corporal más grande mostró una capacidad de depredación notablemente superior tanto sobre las larvas de trips como especialmente sobre los trips adultos, aunque no sobre los pulgones. Por tanto, el mayor tamaño corporal de nuestra raza seleccionada le ha permitido aumentar su eficacia como agente de control biológico de los trips. Por otro lado, en muchos cultivos protegidos, el control biológico aumentativo depende en gran medida de los depredadores generalistas, cuya presencia continua en el cultivo permite una respuesta temprana a la inmigración y los brotes de la plaga. Su persistencia es posible gracias a su capacidad para alimentarse de alimentos alternativos como el polen, ya sea proporcionado por la planta o suplementado artificialmente. Sin embargo, la aptitud de estos depredadores disminuye cuando se alimentan de alimentos alternativos, lo que dificulta su rendimiento sobre la plaga. Este es el caso de O. laevigatus. Se han llevado a cabo numerosas investigaciones sobre diferentes alimentos alternativos y suplementarios. En esta tesis se presenta un nuevo enfoque para hacer frente a este reto: la mejora genética para aumentar el rendimiento con una alimentación subóptima. Así, se planteó un proceso de mejora genética partiendo de la exploración de una amplia variabilidad intraespecífica en cuanto a la fecundidad durante los diez primeros días en los que las hembras alimentaban exclusivamente de polen deshidratado de abeja (14.2 - 37.9 huevos / hembra para treinta poblaciones silvestres y comerciales). Finalmente se compararon los caracteres del ciclo vital entre dos líneas seleccionadas con una elevada tolerancia al polen y tres poblaciones de referencia: una comercial, una de origen silvestre y otra aclimatada al polen, pero sin seleccionar, todo ello tanto con una dieta rica (huevos de Ephestia) como con una alimentación subóptima (polen). Las líneas seleccionadas mostraron valores considerablemente mejorados en cuanto a longevidad (1.5 veces), fecundidad temprana (1.3 veces) y durante toda la vida (1.9 veces), supervivencia de las ninfas (3.5 veces), tasa intrínseca de incremento natural (rm) (7.3 veces) y tasa reproductiva neta (R0) (6.7 veces), en comparación con las poblaciones de referencia cuando fueron alimentadas con polen, aunque estos valores aún no alcanzaban a los registrados con la dieta óptima basada en Ephestia. Las poblaciones seleccionadas, a pesar de que se alimentaron a base de polen, no dieron lugar a ningún coste ecológico cuando se alimentó de la dieta óptima. Esta mejora adquirida tiene su origen en la ganancia genética y no en la plasticidad fenotípica de la propia especie para tolerar la restricción nutricional. Una situación de escasez de presas tras la liberación de un enemigo natural o en determinadas condiciones a lo largo del ciclo del cultivo suele afectar negativamente a su establecimiento y, por tanto, perjudica la eficacia del control biológico aumentativo. Los depredadores omnívoros, capaces de alimentarse de una amplia gama de recursos tanto animales como vegetales, constituyen un enfoque adecuado para superar esta situación. Así, una vez demostrado que nuestra línea genética de O. laevigatus con una tolerancia superior a la alimentación sin presa presentó registros reproductivos y de longevidad mejorados en condiciones de alimentación restringida, es necesario estudiar las posibles contrapartidas que la selección haya podido llevar aparejadas. Un posible coste ecológico como consecuencia de la adaptación a la restricción nutricional podría ser la reducción de la capacidad depredadora del insecto sobre sus presas naturales, lo que podría perjudicar a su eficacia de control. Sin embargo, su rendimiento superior con una dieta subóptima podría derivarse de una capacidad superior para explotar cualquier recurso nutricional disponible, lo que proveería a este depredador de un rango más amplio de presas. Para dilucidar estas cuestiones, se examinó la tasa de depredación y la amplitud del rango de presas de nuestra población tolerante al polen antes de su uso potencial en programas de control biológico de plagas. Para ello, se estudió la respuesta funcional a diferentes densidades de F. occidentalis (adultos y larvas) y M. persicae (ninfas) en nuestra cepa mejorada de O. laevigatus en comparación con una población comercial. Así pues, no se observó coste ecológico alguno en las tasas de depredación sobre los adultos o sobre las larvas del trips en nuestra población tolerante al polen. Y lo que es más importante, esta línea mejorada también mostró una mayor capacidad de depredación sobre las ninfas de pulgón, demostrando así un rango de presas ampliado y, por tanto, una capacidad superior para explotar recursos de calidad subóptima. Los depredadores omnívoros obtienen sus recursos de más de niveles tróficos diferentes, y eligen su alimento en función de la cantidad y la calidad de estos recursos. Por ello, suelen entablar relaciones de depredación intragremial cuando las presas se vuelven escasas. O. laevigatus, por ejemplo, se comporta normalmente como depredador omnívoro, pero se convierte en depredador superior del ácaro depredador Amblyseius swirskii Athias-Henriott (Acari: Phytoseiidae) cuando se libera en un sistema combinado con niveles bajos de su presa preferida, el trips F. occidentalis. En esta tesis hemos ensayado nuestras dos poblaciones de O. laevigatus mejoradas genéticamente para un mayor tamaño y para una mejor aptitud reproductiva con polen (para las cuales hemos demostrado una mayor diversificación en la dieta) con el fin de dilucidar los efectos potenciales de la especialización trófica en la preferencia de presas y en la depredación intragremial sobre el ácaro depredador, todo ello en comparación con una población comercial. Para ello, se registró la tasa de depredación sobre fitoseidos adultos, ya sea solos o en una situación de elección con diferentes ratios de disponibilidad de trips adultos, en condiciones de laboratorio. También se examinó el efecto de la adición de polen como alimento suplementario sobre la depredación intragramial y la preferencia de presas. Así, encontramos que las dos líneas mejoradas mataban hasta un 9% menos de ácaros depredadores y se alimentaban sobre todo de trips adultos, en comparación con la población disponible comercialmente. Concretamente, mientras que la población con un tamaño corporal más grande mostró una tasa de depredación total significativamente mayor, matando hasta un 150% más de trips adultos de lo esperado como consecuencia del mayor tamaño adquirido, la línea más tolerante al polen se ha definido como un eficaz explotador de recursos, dado que su capacidad para alternar eficazmente entre diferentes presas y el polen le permite someter al trips adulto sin apenas necesidad de incurrir en la depredación intragremial. Por otro lado, la suplementación con polen tuvo un efecto significativo en la reducción de la depredación intragremial, pero sólo en el caso de la población tolerante al polen el efecto sobre la preferencia de presas fue significativo. Asimismo, se discute en esta tesis la teoría de la depredación intragremial y el impacto de la alternancia de presas en las redes tróficas y en las estrategias de control biológico. Finalmente, y para ambas poblaciones mejoradas, ya sea en condiciones de alimentación óptima (tamaño más grande) como con una dieta subóptima (tolerancia superior a la alimentación sin presa), se discuten en esta tesis las implicaciones de la mejora en el desempeño de O. laevigatus como depredador generalista en cuanto a la dependencia de la densidad de su presa favorita, el trips de las flores, así como los posibles beneficios y aplicaciones agronómicas e industriales que éstas líneas mejoradas pueden presentar.[ENG] In the early nineties, the greenhouse sweet-pepper crops of Campo de Cartagena were going through an unsustainable phytosanitary situation, with difficulties in the chemical control of the thrips Frankliniella occidentalis Pergande (Thysanoptera: Thripidae), vector of the tomato spotted wilt virus, which endangered the profitability of this crop. In an attempt to reverse this situation, a series of augmentative biocontrol-based surveys were launched, resulting in a total change in the control strategy which improved the phytosanitary situation of the entire agro-ecosystem in the area. One of the main contributors to this change was the predatory bug Orius laevigatus Fieber (Hemiptera: Anthocoridae), a successful natural enemy in several crop species, including greenhouse sweet-pepper, being essential for thrips control. However, as with other biological control agents, its establishment in crops, and therefore its effectiveness in pest control, is sometimes limited by some factors, such as prey shortage, low temperatures or the harmful effect of phytosanitary treatments. In the development of biocontrol agents, efforts have traditionally focused on the search for new and more effective natural enemy species. However, the beneficial action of native species can be optimized by genetic improvement, exploiting the intraspecific variability of those traits that hamper the long-term establishment of the predator in the crop. Thus, in this PhD thesis, two genetically improved O. laevigatus strains with superior performance under optimal (larger body size) and suboptimal (higher pollen tolerance) feeding conditions are developed and tested prior to their use in crop protection. A number of different characteristics of natural enemies can affect their performance in biological control programs. Among them, body size can play a key role, as it has been associated with higher ecological performance. No specific studies on body size in any Orius species prior to this PhD thesis exist in the literature. Thus, one of the goals of this work was to study body size variation in wild and commercial O. laevigatus populations, as well as to artificially select a strain with larger body size. We then examined their life table parameters in comparison with a series of populations exhibiting a range of body sizes. First, we found significant variability in body size among wild O. laevigatus populations, with commercial strains falling within the natural range of the species. Based on this variation, we launched a comprehensive selective breeding program, successfully obtaining a strain with significantly larger body size. In addition, this improved genetic line showed higher fecundity when fed a nutritionally superior food (Ephestia eggs), as well as higher fecundity and longevity when fed an inferior diet (honey bee dehydrated pollen). Despite a slightly slower development time, overall reproductive potential was similar or even superior to that of the commercial and unselected populations. We hypothesize that the improved characteristics of the large selected strain are based on a superior ability to exploit nutritional resources, giving it a higher resilience under stressful situations (low food quality or quantity) typical of agricultural ecosystems, improving its performance as a biological control agent. Although this large strain showed superior reproductive fitness, continued selection for a specific trait may result in the cost of reduced predatory fitness, which in turn would affect the efficacy of biological control. Therefore, the predatory ability of our bigger line was tested prior to its use in biological control programs. In parallel, a larger body size can lead to a broadening of the prey range, including larger species or different life stages of prey. Thus, our larger O. laevigatus strain could have a higher predation rate and prey range than commercial and wild populations. In order to elucidate both issues, the functional response to different densities of F. occidentalis (adults and larvae) and Myzus persicae Sulzer (Hemiptera: Aphididae) (nymphs) was studied in our larger O. laevigatus strain compared to a commercial population. As a result, predator size was significantly related to functional response parameters (attack rate and handling time). The population genetically improved for larger body size showed a markedly superior predation ability, both on thrips larvae and especially on adult thrips, although not on aphids. Therefore, the larger body size of our selected strain may increase its efficacy as a biological control agent for thrips. On the other hand, in many protected crops, augmentative biological control heavily relies on generalist predators, whose continued presence in the crop allows an early response to pest immigration and outbreaks. Their persistence is made possible by their ability to feed on alternative foods such as pollen, either provided by the plant or artificially supplemented. However, the fitness of these predators decreases when they feed on alternative foods, thus hindering their performance on the pest. This is the case of O. laevigatus. Extensive research has been carried out on different alternative and supplementary foods. In this thesis, a new approach to cope with this challenge is presented: genetic improvement to increase efficiency under suboptimal nutrition. Therefore, a genetic breeding process is proposed based on the exploration of a wide intraspecific variability in terms of fecundity during the first ten days feeding with pollen (14.2 - 37.9 eggs/female for thirty wild and commercial populations). Finally, life history traits were compared between two selected lines with high pollen tolerance and three reference populations: one commercial, one with a wild origin and one acclimated to pollen feeding but unselected, on both rich (Ephestia eggs) and suboptimal (pollen) diets. The selected lines showed considerably enhanced scores for longevity (1.5-fold), early (1.3-fold) and lifetime fecundity (1.9-fold), nymph survival (3.5-fold), intrinsic rate of natural increase (rm) (7.3-fold) and net reproductive rate (R0) (6.7-fold), compared to the reference populations, when fed with pollen, although these values still did not reach those recorded with the optimal Ephestia eggs-based diet. The selected populations, although having been fed on pollen, did not give rise to any ecological cost when fed the optimal diet. This acquired improvement is due to genetic gain and not to the phenotypic plasticity of the species itself to tolerate nutritional restriction. A situation of prey scarcity after the release of a natural enemy or under certain conditions throughout the crop cycle often negatively affects its establishment. Omnivorous predators, capable of feeding on a wide range of both animal and plant resources, are a suitable approach to overcome this situation. Thus, having demonstrated that our genetic line of O. laevigatus with superior tolerance to non-prey feeding exhibited improved reproductive and longevity records under restricted feeding conditions, it is necessary to study the potential trade-offs that selection may have brought. A possible fitness cost of adaptation to nutritional restriction could be the reduction of the insect's predatory capacity on its natural prey, which could be detrimental to its control efficiency. However, the superior performance observed in our selected strain with a suboptimal diet could derive from a superior ability to exploit any available nutritional resource, which would provide this predator with a wider range of prey. To elucidate these inquiries, we examined predation rate and prey range extent of our pollen-tolerant population. To this end, the functional response to different densities of F. occidentalis (adults and larvae) and M. persicae (nymphs) was studied in our pollen-tolerant improved population of O. laevigatus compared to a commercial population. Hence, no trade-offs were observed in predation rates on either thrips adults or larvae in our pollen-tolerant strain. More importantly, it also showed a higher predation capacity on aphid nymphs, thus demonstrating an expanded prey range and thus a superior ability to exploit suboptimal quality resources. Omnivorous predators obtain their resources from more than one trophic level, and choose their food based on the quantity and quality of these resources. Therefore, they often engage in intraguild predation relationships when prey become scarce. O. laevigatus, for example, typically behaves as an omnivorous predator, but becomes a top predator of the predatory mite Amblyseius swirskii Athias-Henriott (Acari: Phytoseiidae) when released into a combined system with low levels of its preferred prey, F. occidentali

Biología y control de "Tyrophagus putrescentiae" (Schrank, 1781) (Astigmata : Acaridae), plaga de productos almacenados

Los ácaros astigmáticos constituyen una de las principales plagas de los productos alimenticios almacenados, infestando entre otros alimentos uno de los productos más típicos y valiosos de nuestra gastronomía como es el jamón curado. Dentro de las especies que potencialmente pueden constituirse como plagas Tyrophagus putrescentiae (Schrank, 1781) es sin duda la más importante. Se ha estudiado el efecto de la temperatura y la humedad relativa en el desarrollo de los estados inmaduros así como en la reproducción y supervivencia de los adultos. Para ello se han aplicado diversos modelos que predicen la evolución de las poblaciones de este ácaro respecto a los factores considerados, lo que es de gran interés para el control integrado de la plaga. Se ha evaluado la actividad acaricida por fumigación de diferentes monoterpenos componentes de acites esenciales de plantas, obteniéndose las rectas de regresión probit para la respuesta mortalidad vs dosis de aquellos compuestos que resultaron más activos. También se ha determinado el efecto del sexo y el estado de desarrollo en la mortalidad. Cuatro de los monoterpenos ensayados se mostraron muy efectivos en el control de este ácaro. Se ha ensayado el efecto de plaguicidas con mecanismos de acción distintos de los convencionales sobre la supervivencia y el desarrollo de los estados inmaduros y sobre la reproducción de los adultos. Sólo el piriproxifén y el halofenocida mostraron efecto acaricida y este último a su vez a la fecundidad y supervivencia de los adultos. Sin embargo, las elevadas dosis requeridas hacen inviable el uso de estos productos para el control de este ácaro. Finalmente se ha evaluado el efecto de inhibidores de proteasas digestivas y de lecitinas en el desarrollo y supervivencia de los estados de desarrollo de este ácaro, habiéndose obtenido tan sólo ligeros retrasos en el desarrollo para determinados tipos de inhibidores

Bioassay assessment of mine pit lake water for aquaculture and biodiversity conservation

For decades, researchers have been working to better understand the effects of acid and metal toxicity to aquatic organisms and to develop ways to effectively mitigate these detrimental effects. Acid mine drainage (AMD) causes environmental pollution that affects many countries having historic or current mining industries. Both surface and underground mining have the potential to create AMD and therefore adversely affect the local and adjacent environments. Through malignant mining and farming practices, damming rivers and the changing climate, surface freshwater resources are rapidly being reduced in Australia. Mine pit lakes offer a large freshwater resource that if managed correctly may sustain significant environmental, social and economic benefits from selected end uses for the future. However, assessment of mine pit lakes needs to be achieved to validate end use options. The Collie Basin located in the southwest of Western Australia is a coal mining area with many abandoned open cast mines (OCM). Some of these OCM have filled with water forming mine pit lakes that are affected by AMD. The result is large freshwater bodies with moderate to high concentrations of metals and a low pH. High concentration of metals combined with low pH is of environmental concern to both the aquatic and terrestrial ecosystem. Nevertheless, remediation techniques for AMD are available and applicable to these acidic lakes. However, the lakes in the Collie Basin are low in sulphatic compounds, therefore, restricting the use of the most common remediation treatment of bioremediation with sulphate reducing bacteria. Three remediation treatments were assessed for there efficacy in toxicity amelioration to three mine pit lakes. The treatments assessed were Limestone addition, phosphorus addition and a Rapid Catalytic Oxidation (RCO) treatment.Toxicity assessment was achieved by means of comparing physico-chemical data to guideline trigger values and biological assessment. Biological assessment was achieved with three commonly used but ecologically and geographically relevant species. The bioassay species were the alga Chlorella protothecoides, the crustacean Ceriodaphnia cf dubia and the protozoa Tetrahymena thermophila. Aquaculture is being trialled adjacent to one of the pit lakes in limestone treated mine pit lake water. Therefore, the aquaculture fish species Bidyanus bidyanus early life stages were also used to assess residual toxicity from treated mine pit lake water. Limestone remediation of pit lake water demonstrated good reduction of dissolved metal concentrations with the exception of Zn and the ability to increase pH to circum-neutral. Biological assessment of limestone treated pit lake water showed that toxicity was removed to the three bioassay species and to the aquaculture species B. bidyanus early life stages. A larger field- scale mesocosm experiment with limestone treatment in situ is recommended. Assessment of the mesocosm experiment with biological and chemical analysis will confirm the efficacy of this treatment for full scale use