Semiochemical-mediated attraction and oviposition in pyralid moths

Abstract

Moths use chemical signals emanating from food to find sites for oviposition and subsequent larval feeding. By identifying these odours, novel approaches to pest management can be developed, such as monitoring of females in pest populations. The pyralid moths studied in this thesis, the almond moth (Ephestia cautella), the Mediterranean flour moth (E. kuehniella) and the Indian meal moth (Plodia interpunctella) are severe worldwide pests of a variety of stored products. The aim was to find food-derived chemical signals that are attractive to and mediate oviposition behaviour in females.



Both sexes of E. cautella and P. interpunctella were attracted to and landed on three chocolate products in a flight tunnel. Chocolate is mainly infested by E. cautella, but the chocolate products were also suitable food for P. interpunctella in our laboratory. Behavioural activity was also observed when testing extracts of the chocolate products. Three compounds were identified by mass spectrometry after electrophysiological investigation of the moths' antennae, i.e. ethyl vanillin, nonanal and phenylacetaldehyde. A blend of the three compounds evoked the whole behavioural sequence including landing rates corresponding to that of the chocolate products.



Chocolate extracts were active on antennae of both sexes of E. kuehniella as well. This species is specialised on cereal products, making the responses to chocolate compounds unexpected, but the identified compounds, namely benzyl alcohol, nonanal and phenylacetaldehyde, might also be found in cereal products. The chemicals stimulated oviposition in E. kuehniella females when presented one by one. A blend of the three compounds trapped males in a small-scale trapping experiment in tents. The results from these two behavioural studies indicate that chocolate-derived volatiles might have a future in pest management of the moths.



Water was attractive to E. cautella in a trapping experiment in a chocolate factory. The water did not trap any E. kuehniella when tested in a flour mill. Water is attractive to E. cautella since it is probably a limited resource for this species, whereas E. kuehniella is more adapted to dry habitats.



Experience was shown to play a role in the search for food in E. cautella and P. interpunctella. The influence of exposure during adult emergence was most pronounced on the most crucial behaviour for larval viability, i.e. the oviposition. Flight behaviour, in response to food odours, was also enhanced by prior exposure during adult emergence and larval feeding experience had some enhancing effect on E. cautella flight behaviour.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Insekter använder sig av kemiska signaler i de flesta sammanhang. De söker efter föda, partners eller äggläggningsställen med hjälp av dofter. Signalerna tas emot via antennerna och utlöser ett visst beteende, exempelvis anflygning till eller äggläggning på födan. Mottfjärilar, såsom indiskt mjölmott (Plodia interpunctella), kvarnmott (Ephestia kuehniella) och mandelmott (Ephestia cautella) äter inte som vuxna och använder därför födodofter främst för att finna äggläggningsställen. Fjärilarna utgör ett stort problem inom livsmedelsindustrin eftersom deras larver äter och förstör produkterna. Födodofterna skulle kunna användas i fällor för att locka till sig befruktade fjärilar, vilket leder till färre larver i produkterna och mindre skada. Det borde också vara möjligt att övervaka skadedjurspopulationer med hjälp av dofterna för att kunna ta beslut om när bekämpningsmetoder ska sättas in.



Jag har studerat vilka beteenden som dofter från föda utlöser hos fjärilarna. Olika chokladprodukter var attraktiva för både hanar och honor hos såväl indiskt mjölmott som mandelmott. En hög andel av fjärilarna flög an mot och landade på Petriskålar med krossad choklad. I jämförelse med vetebaserad laboratoriediet var chokladprodukterna lika eller mer attraktiva i vindtunneln, medan larvernas utveckling gick långsammare i choklad jämfört med i vetet. I en flervalssituation valde de flesta honorna att lägga sina ägg i antingen vetediet eller nötchoklad, vilket antyder att dessa substrat är mest attraktiva. I synnerhet för det indiska mjölmottet fanns det en tydlig koppling mellan honornas val och larvernas överlevnad, vilket talar för att honornas val är adaptivt.



Genom att montera fjärilarnas antenner i en krets kan man mäta nervimpulser som uppstår när antennen stimuleras med relevanta dofter. Med hjälp av denna teknik i kombination med gaskromatografi, där dofterna i ett extrakt kan separeras efter flyktighet, har jag identifierat dofter i choklad som är attraktiva för fjärilarna. Kemikalierna utlöser både nervimpulser i antennen och olika slags beteenden. Både mandelmottet och det indiska mjölmottet flyger mot och landar på doftkällan i vindtunnelexperiment, i synnerhet när de identifierade kemikalierna presenteras i en blandning. Beteendet indikerar att identifieringen stämmer och att jag funnit åtminstone en del av de kemikalier som styr fjärilarnas attraktion till choklad. Hos kvarnmottet stimulerade de tre kemikalierna äggläggning, en nyhet för dessa fjärilar. De identifierade dofterna borde därför kunna fungera som lockbete i fällor i livsmedelsindustrin, eftersom de är lika attraktiva som chokladen i sig i vindtunneln.



Chokladprodukterna och syntetiska kemikalierna har testats som lockbete i flera miljöer som är drabbade av fjärilsangrepp, till exempel i en kvarn och i en djurfoderaffär. Framgången med de olika lockbetena har varit måttlig. Troligen beror de låga fällfångsterna på att fjärilarnas attraktion störs ut av omgivande dofter. I försök i ventilerade tält, där omgivande dofter saknas fångade fällor betade med chokladkemikalier kvarnmottshanar. Resultaten pekar på att omgivande dofter har negativ inverkan på fällfångster men också att framtida experiment behövs för att formge fällor som fångar honor.



Där choklad misslyckas är vatten framgångsrikt. Fällor med vatten fångar både hanar och honor av mandelmottet i en chokladfabrik. Vatten är förmodligen en begränsad resurs för fjärilarna i de torra utrymmen som de befinner sig och därför lockas fjärilarna till vattenfällorna. Det kan definitivt användas för övervakning av mandelmottspopulationer och troligen också för direkt bekämpning. Experiment över flera månader visar en tydlig nedgång i populationstätheten i de drabbade lokalerna. En av de mest väsentliga fördelarna med vatten som lockbete är att det är billigt för användarna, men fångsten av honor är också mycket betydelsefull. Fångsten av en befruktad hona kan betyda 200-300 färre larver i kommande generation vilket innebär avsevärt mindre skada på produkterna. I jämförelse med feromonbaserade metoder är vattenfällor därför mycket mer användbara för minskad skadegörelse.



Tidigare exponering av äggläggningssubstrat har stor betydelse, framför allt för fjärilarnas äggläggningsbeteende. Både mandelmottet och det indiska mjölmottet förändrar sitt anflygnings- och äggläggningsbeteende efter exponering, och blir mer attraherade till den diet de tidigare upplevt. Genom att utsätta fjärilarna för dofter (och troligen andra signaler) vid kläckningen från puppa till vuxen fjäril kan man prägla dem på en viss doft eller visst substrat. De föredrar sedan detta substrat över ett icke tidigare upplevt substrat i en tvåvalssituation, vilket tyder på att exponeringen är betydelsefull. Troligen har fjärilarna nytta av sin inlärningsförmåga när de ska finna nya och mer passande födokällor, i synnerhet som de ofta förflyttas genom människans livsmedelstransporter. Dessutom verkar den föda som larverna växer upp i ha betydelse för åtminstone mandelmottets val av äggläggningsplats. Honorna valde att flyga an mot den diet de ätit som larver. Mekanismen bakom denna inlärningsform är okänd, men förmodligen överförs någon form av kemisk information mellan de båda stadierna (larv till adult) som ökar känsligheten för en viss kemikalie och/eller typ av föda.

• author: Olsson, Christian
• supervisor: Olle Anderbrant; Christer Löfstedt
• opponent: Professor Phillips, Thomas W., Dept. of Entomology and Plant Pathology, 127 Noble Research Center, Oklahoma State University, Still
• organization: Department of Biology; Pheromone Group (research group)
• publishing date: 2005
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Ecology
• keywords: Ekologi, Lepidoptera, behaviour, pest control, Ecology, learning, olfaction
• pages: 117 pages
• defense location: Blå Hallen, Department of Ecology, Sölvegatan 37, 223 62 Lund
• defense date: 2005-11-11 10:00:00
• ISBN: 91-7105-230-5
• project: Pheromones and kairomones for control of stored product pests
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Chemical Ecology/Ecotoxicology (Closed 2011) (011006020)
• id: 09a1ebfa-fb4d-4b4a-a232-745d73852b20 (old id 545566)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:13:55
• date last changed: 2020-09-23 15:07:01