Tesis Doctorado
Efecto de la diversidad del ensamble de enemigos naturales e interacciones tróficas involucradas en el control del áfido Sitobion avenae en contextos contrastantes de complejidad del paisaje e intensificación agrícola
Effect of the diversity of natural enemies assemblage and trophic interactions on the Grain Aphid biological control, role of landscape context;
Efecto de la diversidad del ensamble de enemigos naturales e interacciónes tróficas involucradas en el control del áfido sitobión avenae en contextos contrastantes de complejidad del paisaje e intensificación agrícola;
effect of the diversity of natural enemies assemblage and trophic interactións on the grain aphid biólogical control, role of landscape context
Autor
Ortiz-Martínez, Sebastián
Institución
Resumen
El aumento de la complejidad estructural (en términos de configuración y composición) del paisaje agrícola ha sido descrito como un componente que puede promover la biodiversidad, otorgando una mayor heterogeneidad en los agroecosistemas y beneficiando diversas funciones ecológicas. A su vez, el alto nivel de intensificación agrícola se ha sugerido como una práctica perjudicial para estas funciones. Sin embargo, el efecto de de estos dos factores combinados (denominado como contexto de paisaje agrícola) sobre la eficiencia del control biológico no es claro, ya que existen diferentes interacciones interespecíficas (beneficiosas o perjudiciales) actuando dentro de un ensamble de enemigos naturales que podrían estar mediadas por el contexto de paisaje. Por otro lado, el momento en la temporada en que los enemigos naturales utilizan a las especies plaga, podría ser un factor relevante que debe ser considerado para obtener una mejor comprensión del servicio de control biológico.
En esta tesis se investigó sobre los efectos que tiene el contexto de paisaje sobre la dinámica poblacional de los áfidos plaga y sus enemigos naturales. De esta forma, se abordó el estudio de las interacciones interespecíficas entre enemigos naturales de Sitobion avenae, el áfido más abundante, y el efecto que estas tienen sobre el control biológico final.
Para detectar las relaciones entre los principales agentes de control de áfidos de trigo en Chile, se utilizaron técnicas moleculares de interacciones tróficas. En este sentido, se ponen a disposición una batería de nuevos marcadores moleculares para la identificación de los coccinélidos (depredadores) más frecuentes que atacan áfidos de cereales, así como también un nuevo protocolo para evaluar las relaciones tróficas entre coccinélidos-parasitoides-áfidos, enfatizando en la depredación intragremio.
En esta investigación se demostró que la diversidad de áfidos y depredadores es similar en ambos contextos de paisaje. Sin embargo, la abundancia de los depredadores sería mayor en contextos complejos. Además, se evidenció que la dinámica poblacional de los depredadores, sobre todo de coccinélidos, difiere entre ambos contextos, en donde su presencia en contextos complejos sería mayor temprano en la temporada y relacionado con la disminución del crecimiento poblacional de los áfidos (capítulo 2). De esta forma, al verificar que la presencia de depredadores explica la disminución de la población de áfidos de forma significativa, en el capítulo 3 se estudiaron los efectos del contexto de paisaje y la temporalidad sobre las interacciones interespecíficas entre coccinélidos, parasitoides y áfidos mediante el análisis molecular de contenido intestinal (dieta) de este grupo de depredadores. En este capítulo, se indagó en el consumo directo de áfidos y se verificó que el consumo de S. avenae, varió según el contexto y temporalidad. En contextos complejos se sugiere que el consumo de este áfido estaría relacionado con su dinámica poblacional (mayor abundancia al inicio de la temporada), lo que podría influir en el crecimiento de las poblaciones de parasitoides. Por otro lado, en contextos simples, no hubo variación a través de la temporada, sin embargo la frecuencia de detección de áfidos en la dieta de los coccinélidos sería mayor, sugiriendo que en este contexto los depredadores estarían explotando áfidos de forma más activa. Además, al aplicar el análisis de dietas, en este estudio se pudo comprobar que, independiente del contexto de paisaje, existe una alta tasa de depredación intragremio entre coccinélidos.
No obstante, para entender los efectos de los enemigos naturales en su conjunto sobre el control de áfidos, también se estudió el rol de los parasitoides. De esta forma es posible estimar la existencia de redundancias funcionales o complementariedad de nichos entre el ensamble de enemigos naturales a través de la temporada. En el capítulo 4 se estudiaron las interacciones interespecíficas entre los parasitoides que atacan a S. avenae, observando la ocurrencia de multiparasitismo de forma similar en ambos contextos de paisaje. Sin embargo, al estudiar las tasas de parasitismo, se observaron diferencias según el contexto de paisaje y el periodo de la temporada. En este sentido se sugiere que en contextos simples se produciría una alta tasa de parasitismo en periodos intermedios en la temporada, lo cual se explicaría como un efecto complementario con los depredadores sobre el control de áfidos en estos contextos.
Por otra parte, la competencia que ocurre dentro del ensamble de parasitoides, los cuales compiten por un mismo recurso, fue estudiada en el capítulo 5. Se determinó el nivel de multiparasitismo que ocurre a nivel de campo y cómo ésta es afectada por la densidad de S. avenae. Para esto se utilizaron métodos moleculares y de taxonomía clásica para entender las estrategias que poseen los parasitoides para encontrar y usar a sus hospederos, en escenarios donde la competencia intra- e interespecífica es alta. De este modo, se sugiere que diferentes especies de parasitoides (con diferencias en su rango de hospederos) tendrían variaciones en las estrategias de forrajeo, lo que repercute en el reconocimiento de sus hospederos. En este capítulo se sugiere que los parasitoides no explotarían los recursos de forma aleatoria sino que estarían forrajeando hospederos ya parasitados en periodos donde la competencia es mayor.
Finalmente, se discute con respecto a la globalidad de esta tesis. Cómo las interacciones interespecíficas que ocurren en un ensamble de enemigos naturales de una plaga de importancia agrícola estarían siendo afectadas por el contexto de paisaje y no solo por la dinámica poblacional de áfidos. De esta forma, se aborda la complementariedad entre enemigos naturales en los diferentes momentos en la temporada, lo cual generaría un impacto positivo en el control de áfidos. Con ésto se logra obtener un mayor conocimiento de los mecanismos que subyacen la eficiencia en el control biológico en este sistema y se discute sobre futuros escenarios en donde los resultados de la presente investigación serían importantes para el control biológico de plagas agrícolas. The increasing of the agricultural landscape complexity (in terms of configuration and composition) has been reported as a biodiversity promoting component, leading greater heterogeneity in agroecosystems, and aiming diverse ecological functions. In turn, the high level of agricultural intensification has been suggested as a harmful component for these functions. Nonetheless, the combined effect of both factors (denoted as agricultural landscape context) on the efficiency of biological control is not clear enough. There are several interspecific interactions (beneficial and harmful) acting within a natural enemy assemblage which could be mediated by the landscape context. On the other hand, time in the season, in which natural enemies forage on the pest species, could be an important factor which should be considered in order to reach a better understanding of the biological control service.
In this research, the effect of landscape contexts on the aphid pest and natural enemies population dynamics were studied. The study of interspecific interactions within Sitobion avenae's natural enemies and the effect of these interactions on the final biological control was addressed.
In order to detect relations among the main natural enemies of cereal aphids in Chile, molecular analyses of trophic interactions were used. In this sense, we present a new set of molecular markers to address the identification of the most frequent coccinellids (predators), including a new protocol to diagnose the trophic interactions between coccinellids-parasitoids-aphids, focusing in the intraguild predation.
In this research, we present that the aphids and predators diversity is similar in both contexts. Nevertheless, in the complex contexts, the predator abundances would be greater. Also, we observed that the population dynamics of predators differs between both contexts, especially for the coccinellids group. In this case, the presence of this group in complex contexts would be greater early in the season and related to the aphid population decreasing (chapter 2). Thus, verifying that the presence of predators explains the decreasing of the aphid population, in chapter 3 it studied the effects of the landscape context and time on the coccinellids-parasitoids-aphids interspecific interactions using coccinellid's gut-content molecular analyses. In this chapter, the direct consumption of aphids was examined showing that the S. avenae consumption by coccinellids varied in both landscape context and time. Accordingly, in complex contexts, the aphid consumption would be related to the population dynamics of the prey (greater abundance at the beginning of the season), affecting the parasitoid population build-up. Otherwise, in simple contexts, there was no variation through the season, although, the aphid detection frequency in the coccinellid's diet would be greater. This suggests that predators would be actively exploiting aphids in this context. Moreover, through the diet analyses, the results suggest that there is a high intraguild predation rate within the coccinellid group in both contexts.
In order to understand the effects of the natural enemies jointly on the aphid biological control, the role of parasitoids was also considered. Through this, it is possible to know functional redundancies or niche complementarities within the natural enemy assemblage. In chapter 4, S. avenae parasitoid's interspecific interactions were examined and we observed the occurrence of multiparasitism in both contexts. Nevertheless, different parasitism rates were found according to the landscape context and time. This suggests that in simple contexts there are highest parasitism rates during mid-season, which could be explained as a complementary effect with the predators.
In chapter 5, the competition within the parasitoid group was also studied. The multiparasitism interaction and the effect of it on the S. avenae density was addressed. A mixture of molecular techniques and classic taxonomical methods were used to understand the parasitoid foraging strategies in higher competition scenarios. This research shows that different parasitoid species would have different strategies influencing the host recognition. Also, this study suggests that parasitoids would be foraging on already parasitized hosts (not randomly) in cases of higher competition.
Finally, it is discussed about the entirety of this thesis. How the interspecific interactions that occur in a natural enemy assemblage would be affected by the landscape context and not only by the aphid population dynamics. In this sense, we addressed the complementarity among natural enemies through the season, which provides a positive impact on the aphid biological control. With this study its possible to obtain a better understanding of the mechanisms that underlie the biological control efficiency, and also we discuss future scenarios where this results would impact the biological control of agricultural pests. PFCHA-Becas PFCHA-Becas