Doctoral thesis (Dissertations and theses)
Volatile Organic Chemicals in the Rhizosphere of Barley, and their Role on the Foraging Behavior of Wireworms (Coleoptera: Elateridae)
Barsics, Fanny
2015
 

Files


Full Text
Thèse.pleintext.2015.02.11.pdf
Publisher postprint (11.85 MB)
Download

All documents in ORBi are protected by a user license.

Send to



Details



Keywords :
insect-plant interactions; crop protection; soil pest; chemical ecology; olfactometry; HS-SPME DHS; interactions plantes-insectes; protection des cultures; ravageurs du sol; écologie chimique; olfactométrie
Abstract :
[en] Many species of wireworms, the larvae of click beetles (Coleoptera: Elateridae), are known as worldwide belowground pests of a large range of crops including cereals. Pesticide based agricultural practices seem to have allowed significant population reduction in the past, but there is an increasing need for alternative control methods. In the first Chapter of this work, we review the current knowledge concerning 1) Integrated Pest Management (IPM) of wireworms and 2) their chemical ecology. These reviews shed light on promising approaches to develop new management strategies, as well as gaps of knowledge to be filled in that purpose. One of them is investigated here. The research aim of this PhD thesis (detailed in Chapter II) is the identification of the volatile organic compounds (VOC) released by the roots and used by wireworms to locate their food source. To achieve this goal, we defined three objectives: 1) developing a behavioral assay suitable for the study of wireworm orientation behavior under exposure to root-produced VOC; 2) profiling VOC released in the rhizosphere, according to different growth conditions; and 3) evaluating the role of the identified VOC on wireworm foraging behavior. Our experimental model involved Agriotes sordidus Illiger wireworms and Hordeum distichon L. (spring barley). In Chapter III, we report on the developmental steps of an adequate olfactometric method for wireworms. This includes an initial setup, the “Y-shaped” olfactometer, and dual-choice pipes gathering the necessary upgrades to efficiently observe the behavior of wireworms exposed to a VOC source. By resorting to live roots in a variety of features, we attempted to highlight appropriate abiotic and biotic experimental parameters, as well as the limits to the use of our olfactometric devices. The bioassays confirmed the attraction of wireworms towards VOC emitted by live roots. With a first sampling method on excised roots, Solid – Phase Micro – Extraction (SPME – semi-quantitative), coupled to Gas Chromatography – Mass Spectrometry (GC-MS), we detected a high number of molecules that might act as semiochemicals on wireworms, notably in our bioassays. In the fourth Chapter, the bioassays were performed with selected VOC, detected during the chemical profiling. Firstly, we assessed if wireworms were attracted towards 2 pentylfuran, the main VOC highlighted with SPME. The molecule was submitted to the larvae by encapsulation in alginate beads. An adequate formulation allowed reaching an emission rate matching quantification estimates. In the aim to improve the VOC profiling, we also used Dynamic Head-Space Sampling (DHS), on roots ground in liquid nitrogen. It highlighted four volatile aldehydes. Their biological activity on wireworms was evaluated thanks to glass wool/triacetin-based dispensers, inserted in the dual-choice pipes. Through this work, we show that VOC produced by barley roots carry information useable by foraging wireworms. The two sampling methods indicate two different modalities of root-VOC production and are encouraging for further understanding of belowground VOC production and emission. The developed olfactometric method and related results open new perspectives to increase knowledge on wireworm ecology. Combined to other developments in research on their management, they could lead to interesting, innovative and ecological management practices.
[fr] Les « vers fils-de-fer » sont les larves des taupins (Coléoptères, Elateridae). Beaucoup d’espèces se développent dans le sol et sont reconnues comme ravageurs de multiples cultures dont des céréales. Les pesticides semblent avoir mené à la réduction des populations par le passé, mais il existe un besoin croissant de méthodes de lutte alternatives. Dans le Chapitre I de ce travail, nous révisons les connaissances actuelles 1) en matière de Lutte Intégrée contre les Ravageurs (LIR) appliquée aux larves de taupins, et 2) au sujet de leur écologie chimique. Nous dévoilons les approches prometteuses pour le développement de nouvelles stratégies de gestion, et les manques de connaissance à endiguer pour y parvenir. Nous investiguons l’une de ces voies dans cette thèse. Notre objectif de recherche (détaillé au Chapitre II) est l’identification des composés organiques volatils (COV) émis par les racines, et utilisés par les larves pour localiser leur source de nourriture. Cela se décline en trois sous-objectifs : 1) développer un système d’observation du comportement d’orientation des larves de taupins soumises à des COV racinaires ; 2) définir les COV émis par des racines sous différentes conditions de croissance ; et 3) évaluer leur rôle sur le comportement des larves. Le modèle expérimental implique le taupin Agriotes sordidus Illiger et l’orge de printemps, Hordeum distichon L. Dans le Chapitre III, nous développons une méthode olfactométrique adaptée aux vers fils-de-fer. Ceci inclut l’utilisation d’olfactomètres « en Y », et de tubes à choix double pourvus des améliorations nécessaires pour observer efficacement l’orientation de larves exposées à des COV. Par recours à des racines vivantes produites sous diverses conditions expérimentales, nous identifions les paramètres expérimentaux biotiques et abiotiques adéquats, ainsi que les limites d’utilisation des tubes. Nous montrons que les larves sont attirées par les COV issus de racines vivantes. Une méthode d’échantillonnage, la Micro-Extraction sur Phase Solide (SPME – méthode semi-quantitative), couplée à la Chromatographie en Phase Gazeuse – Spectrométrie de Masse (GC-MS), permet la détection de nombreuses molécules à caractère potentiellement sémiochimique, notamment dans nos tests biologiques. Dans le Chapitre IV, les tests biologiques sont réalisés avec des COV détectés durant le profilage chimique des racines. Nous déterminons si les larves sont attirées par le 2 pentylfurane, un composé détecté par SPME. Il est diffusé dans les tubes à choix double grâce à une encapsulation en billes d’alginate. Une formulation adéquate permet un taux d’émission proche des quantités estimées émises lors des prélèvements par SPME. Pour améliorer le profilage de COV, nous utilisons l’Échantillonnage Dynamique en Espace de tête (DHS), sur des racines broyées en azote liquide. Cela montre quatre aldéhydes volatils. Leur activité biologique sur les taupins est testée grâce à des diffuseurs basés sur un mélange en triacétine intégré dans de la laine de verre. Ce travail démontre que les COV racinaires sont porteurs d’informations utilisées par les larves de taupins. Les méthodes d’échantillonnage de COV montrent des aspects différents de leur production et sont encourageantes pour la compréhension future de l’émission de COV souterrains. Notre méthode olfactométrique et les résultats y afférent ouvrent de nouvelles perspectives d’amélioration des connaissances écologiques sur les larves de taupins. Combinées à d’autres développements dans la recherche sur leur gestion, cela pourrait mener à des méthodes de lutte intéressantes, innovantes et écologiques.
Disciplines :
Entomology & pest control
Author, co-author :
Barsics, Fanny ;  Université de Liège - ULiège > Sciences agronomiques > Entomologie fonctionnelle et évolutive
Language :
English
Title :
Volatile Organic Chemicals in the Rhizosphere of Barley, and their Role on the Foraging Behavior of Wireworms (Coleoptera: Elateridae)
Alternative titles :
[fr] Les Composés Organiques Volatils de la Rhizosphère de l'Orge et leur Rôle sur le Comportement des Larves de Taupin (Coleoptera : Elateridae)
Defense date :
12 February 2015
Number of pages :
182
Institution :
ULiège - Université de Liège
Degree :
Docteur en Sciences Agronomiques et Ingénierie Biologique
Promotor :
Verheggen, François  ;  Université de Liège - ULiège > Département GxABT > Gestion durable des bio-agresseurs
Haubruge, Eric  ;  Université de Liège - ULiège > GxABT : Services généraux du site > Site GxABT - Cabinet du Vice-recteur
President :
Francis, Frédéric  ;  Université de Liège - ULiège > GxABT : Services généraux du site > Site GxABT - Relations internationales
Jury member :
Delaplace, Pierre  ;  Université de Liège - ULiège > Département GxABT > Plant Sciences
Fauconnier, Marie-Laure  ;  Université de Liège - ULiège > Département GxABT
Lognay, Georges ;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences et gestion de l'environnement (Arlon Campus Environnement) > Surveillance de l'environnement
Thibord, Jean-Baptiste
Traugott, Michael
Funders :
F.R.S.-FNRS - Fonds de la Recherche Scientifique [BE]
Available on ORBi :
since 11 February 2015

Statistics


Number of views
379 (57 by ULiège)
Number of downloads
754 (61 by ULiège)

Bibliography


Similar publications



Contact ORBi