Nachweis invasiver und einheimischer Käferarten in Bäumen durch chemische Analyse von Gras

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 11837 (2023) Diesen Artikel zitieren

234 Zugriffe

Details zu den Metriken

In den letzten Jahren wurden in Japan mehrere invasive Holzbohrer (Coleoptera: Cerambycidae) gefunden. Aromia bungii ist ein weltweit bedeutender Schädling von Obst- und Zierarten der Gattung Prunus. Es kam Anfang der 2010er Jahre nach Japan und richtet nun schwere Schäden an Steinobstbäumen an. Anoplophora glabripennis und Apriona swainsoni sind zerstörerische Schädlinge von Straßen-, Zier- und Gartenbäumen. Der erste Schritt beim Abfangen dieser Käfer besteht darin, ihre Anwesenheit zu Beginn ihres Befalls zu erkennen, da eine genaue Identifizierung für ihre Bekämpfung von entscheidender Bedeutung ist. Ausgeworfener Grasabwurf ist ein wichtiges Zeichen für einen Befall und enthält wahrscheinlich Informationen über das Insekt. Wir konzentrierten uns auf Chemikalien in Larven und Gras und führten eine GC-MS-Analyse dieser drei invasiven Käfer und der einheimischen Anoplophora malasiaca durch. Bei allen vier Arten wurden sowohl in den Larven als auch im Frass 4 oder 5 artspezifische Kohlenwasserstoffe nachgewiesen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Analyse von Kohlenwasserstoffen in Frass die definitive Erkennung invasiver holzbohrender Schädlinge ermöglichen könnte.

Invasive Käferarten, insbesondere aus der Familie der Cerambycidae, sind weltweit wichtige Schädlinge1. Ihre Larven bohren sich tief in Bäume, Sträucher und Holzprodukte. Invasive Arten können leicht neue Wirte finden und in eingedrungenen Gebieten neue Lebensräume errichten. In den letzten Jahren wurden in Japan drei invasive Bockkäferarten gefunden, über die jedoch noch nicht genügend ökologische Informationen, wie z. B. Lebenszyklus und Wirtsgebiet, vorliegen. Und auch wirksame Kontrollmethoden sind noch nicht etabliert. Der erste wichtige Schritt bei ihrer Ausrottung besteht darin, ihr Vorkommen in Bäumen zu einem frühen Zeitpunkt ihres Befalls zu erkennen. Dann ist ihre genaue Identifizierung von entscheidender Bedeutung für ihre Bewirtschaftung, beispielsweise für die Auswahl geeigneter Pestizide, um weiteren Schaden zu verhindern.

Aromia bungii (Faldermann) (Coleoptera: Cerambycidae), der Rothalsbockkäfer, wurde erstmals Anfang der 2010er Jahre in Japan erkannt2 und kommt nun (März 2023) in 13 der 47 Präfekturen3,4,5 vor. Es handelt sich um einen wichtigen holzbohrenden Schädling von Obst- und Zierarten der Gattung Prunus, einschließlich der kulturell bedeutenden Kirschblütenart, der Touristen aus Japan und Übersee anzieht. Auch Gartenbauarten, insbesondere Pfirsiche, werden durch diese Art stark geschädigt3.

Anoplophora glabripennis (Motschulsky) (Coleoptera: Cerambycidae), der Asiatische Laubholzbockkäfer, ein verheerender Schädling, wurde 2020 und 2021 in Japan bestätigt6,7,8,9,10,11,12 und kommt bereits in Nordamerika vor Europa13,14. Es wurde in eine Liste der 100 schlimmsten invasiven gebietsfremden Arten der Welt aufgenommen15. Es stellt eine ernsthafte Bedrohung für Landschaftsbäume wie Ahorn (Acer), Pappel (Populus) und Weide (Salix) dar und tötet häufig Wirtsbäume durch kräftige Larvenfraß16. In den befallenen Regionen wurden aggressive Eindämmungsprogramme durchgeführt, wie etwa die Entfernung und Zerstörung aller Bäume mit Anzeichen eines Befalls16,17. Japan ist die Heimat eines einheimischen Anoplophora-Käfers, A. malasiaca (Thomson), des Weißfleck-Bockkäfers18. Es wird mit Anoplophora chinensis19 synonymisiert, obwohl seine Taxonomie verwirrend ist. Hier verwenden wir „A. malasiaca‘ beziehen sich auf die japanische Bevölkerung. Es ist ein schwerwiegender Schädling an Gartenbäumen wie Zitrusfrüchten (Citrus), Äpfeln (Malus) und Birnen (Pyrus) sowie an Straßenbäumen wie orientalischen Platanen (Platanus) und Weiden18,20. Es verfügt über ein sehr breites Spektrum an Wirtspflanzen, 108 Arten in 73 Gattungen21. Die invasiven und einheimischen Anoplophora-Käfer sehen ähnlich aus und haben einige gemeinsame Wirtspflanzen (z. B. Salix, Cercidiphyllum), die meisten Menschen konnten sie nicht unterscheiden. Es kann schwierig sein, sie zur Kontrolle zu unterscheiden, daher wird die Früherkennungsmethode mit Spannung erwartet.

Apriona swainsoni (Hope) (Coleoptera: Cerambycidae) wurde 2021 in der Präfektur Fukushima bestätigt22. Es handelt sich um einen schwerwiegenden Schädling von Styphnolobium japonicum in China23. In Japan befällt er häufig Straßenbäume, darunter S. japonicum, besonders aber Maackia amurensis.

Die Artenbestimmung von Käferlarven ist aufgrund ihrer morphologischen Ähnlichkeit schwierig. Zur Bestimmung werden die Larven häufig aus dem Baum entnommen und im Labor bis zum Erwachsenenalter aufgezogen, was mehrere Monate dauern kann24. Darüber hinaus kann das Sammeln von Larven von Bäumen sowohl den Wirtsbaum als auch die Larven verletzen25. Andererseits wird auf dem Feld häufig Fraßauswurf von Bäumen beobachtet, die von Schadinsekten befallen sind. Frass umfasst holzige Materialien und manchmal den Kot befallender Insekten.

Invasive Käfer können anhand ihrer genetischen Information identifiziert werden. Die Analyse von Frass mittels Echtzeit-PCR bestätigte das Vorhandensein von A. bungii25 und einem anderen holzbohrenden Schädling26. Obwohl diese Methode die Genauigkeit der Artenidentifizierung gewährleistet, ist die Stabilität der genetischen Informationen im Feld unter den harten Bedingungen von Regen und Sonnenlicht nicht gewährleistet. Um bessere Methoden zur Identifizierung befallener Käfer unter schwierigen Feldbedingungen zu entwickeln, haben wir uns auf die Kohlenwasserstoffe in ihrem Gras konzentriert. Zu den möglichen chemischen Bestandteilen von Frass gehören Kohlenwasserstoffe, die von Insekten synthetisiert werden und chemisch stabiler sind als polare Verbindungen und DNA. Kutikuläre Kohlenwasserstoffe (CHCs) von Insekten spielen eine Rolle bei der Aufrechterhaltung des Wasserhaushalts des Insekts und fungieren als Signalmoleküle für die Partnererkennung und chemische Kommunikation27,28,29. Es wird berichtet, dass CHCs vieler erwachsener Insekten artspezifisch sind30. Im Gegensatz dazu wurden nur wenige Berichte über larvale CHCs gefunden: einer bei Schmeißfliegenlarven31, einer bei Tribolium confusum (Coleoptera, Tenebrionidae)32 und einige bei parasitären Schmetterlingslarven, die in Ameisennester eindringen33. Diese Berichte beschreiben altersabhängige Veränderungen der CHCs der Larven (Schmeißfliege), der kairomonalen Aktivität (T. confusum) oder der chemischen Tarnung.

Hier haben wir Profile von CHCs von Larven und Frass von drei invasiven und einem einheimischen Käfer verglichen und diese Gemeinsamkeiten bestätigt. Basierend auf diesen Vergleichen konnten wir zeigen, dass die Analyse von Kohlenwasserstoffen im Gras zur Erkennung von Käferarten in Bäumen beitragen könnte. Darüber hinaus demonstrieren wir die Gültigkeit unserer Methode anhand von Frassproben von A. bungii. Wir diskutieren den möglichen Einsatz der Kohlenwasserstoffanalyse zur Identifizierung befallender Arten.

Tabelle 1 listet Kohlenwasserstoffe auf, die häufig in Frass und Larven jeder Art nachgewiesen werden, mit dem Kovát-Index und den zu ihrer Identifizierung verwendeten Molekül- oder Fragmentionen. Doppelbindungspositionen ungesättigter Kohlenwasserstoffe wurden nur in A. bungii bestimmt. Einige Kohlenwasserstoffe wurden in mehreren Arten nachgewiesen; Beispielsweise wurde n-Tricosan in A. bungii, A. glabripennis und A. swainsoni nachgewiesen. Alle vier Arten haben artspezifische Kohlenwasserstoffe: zum Beispiel 6,9-C25:2 und 6,9-C27:2 in A. bungii; C27:1 in A. glabripennis; C28, 4Me-C28 und C29 in A. malasiaca; und C23:1 und C25:1 in A. swainsoni.

Sowohl A. bungii-Larven als auch Frass zeigten die gleichen fünf Kohlenwasserstoffe (Tabelle 1; Abb. 1, nummerierte Peaks): drei waren gesättigt (C23, C24, C25) und zwei waren ungesättigt (Dien: 6,9-C25:2, 6). ,9-C27:2). C23 und C25:2 wurden immer in starker Intensität nachgewiesen.

Gesamtionenchromatogramm von GC/MS-Profilen von Kohlenwasserstoffen von (a) Larven und (b) Frass von A. bungii aus Pflaumenbaum. C23, n-Tricosan; C24, n-Tetracosan; 6,9-C25,2, 6,9-Pentacosadien; C25, n-Pentacosan; 6,9-C27,2; 6,9-Heptacosadien.

Sowohl A. glabripennis-Larven als auch Frass zeigten die gleichen fünf Kohlenwasserstoffe (Tabelle 1; Abb. 2, nummerierte Peaks): vier waren gesättigt (C23, C24, C25, C27) und einer war ungesättigt (Monoen: C27:1). C23 und C25 wurden stets in starker Intensität nachgewiesen.

Gesamtionenchromatogramm von GC/MS-Profilen von Kohlenwasserstoffen von (a) Larven und (b) Frass von A. glabripennis aus Weidenbaum. C23, n-Tricosan; C24, n-Tetracosan; C25, n-Pentacosan; C27,1, Heptacosen; C27, n-Heptacosan.

Sowohl A. malasiaca-Larven als auch Frass zeigten die gleichen vier Kohlenwasserstoffe (Tabelle 1; Abb. 3, nummerierte Peaks): drei waren gesättigt (C27, C28, C29) und einer war ein Monomethyl (4Me-C28). 4Me-C28 und C29 wurden immer in starker Intensität nachgewiesen.

Gesamtionenchromatogramm von GC/MS-Profilen von Kohlenwasserstoffen von (a) Larven und (b) Frass von A. malasiaca aus Weidenbaum. C27, n-Heptacosan; C28, n-Octacosan; 4Me-C28, 4-Methyloctacosan; C29, n-Nonacosan.

Sowohl A. swainsoni-Larven als auch Frass zeigten die gleichen fünf Kohlenwasserstoffe (Tabelle 1; Abb. 4, nummerierte Peaks): drei waren gesättigt (C23, C25, C27) und zwei waren ungesättigt (Monoen: C23:1, C25:1). C25 und C25:1 wurden stets mit starker Intensität nachgewiesen.

Gesamtionenchromatogramm von GC/MS-Profilen von Kohlenwasserstoffen von (a) Larven und (b) Frass von A. swainsoni aus M. amurensis. C23,1, Tricosen; C23, n-Tricosan; C25,1, Pentacosen; C25, n-Pentacosan; C27, n-Heptacosan.

Die Larven und Frass jedes Käfers enthielten einige Kohlenwasserstoffe (Tabelle 1). Tabelle 2 fasst die in jeder Art nachgewiesenen Kohlenwasserstoffe zusammen.

Der vor Ort gesammelte Fraß von A. bungii-Larven (über 2 Monate alte Larven) zeigte das gleiche Profil wie unter Laborbedingungen (Abb. 1a, 5a, b). Die gleichen fünf Kohlenwasserstoffe wurden im Gras beider Baumarten nachgewiesen (Abb. 5a, Kirschbaum; b, Pfirsichbaum, nummerierte Spitzen).

Gesamtionenchromatogramm von GC/MS-Profilen von Kohlenwasserstoffen von A. bungii-Frass, gesammelt von (a) Kirschbaum im Feld und (b) Pfirsichbaum im Labor. Die Peakzahlen weisen auf die gleichen Kohlenwasserstoffkomponenten wie in Abb. 1 hin.

Larvenspezifische Kohlenwasserstoffe wurden im Sägemehlextrakt nicht nachgewiesen (Abb. 6a). Nur Frass zeigte die fünf charakteristischen Kohlenwasserstoffe (Abb. 6b, Pfeile).

Gesamtionenchromatogramm von GC/MS-Profilen von Kohlenwasserstoffen von (a) Sägemehl und (b) Frass, hergestellt von A. bungii. Alle Proben wurden von Pflaumenbäumen gesammelt. Die Peakzahlen weisen auf die gleichen Kohlenwasserstoffkomponenten wie in Abb. 1 hin.

Die wöchentliche Analyse von A. bungii-Frass zeigte, dass die Kohlenwasserstoffprofile über 5 Wochen nach dem Schlüpfen der Larven unverändert blieben (Abb. 7a, Woche 1; b, Woche 3; c, Woche 5). Als Referenzdaten enthielt der im Feld gesammelte Frass, der von überwinternden, 9 Monate alten Larven ausgeworfen wurde, die gleichen artspezifischen Kohlenwasserstoffe (Abb. 7d). Aromia bungii-spezifische Kohlenwasserstoffprofile wurden während der Larvenperiode nachgewiesen.

Gesamtionenchromatogramme von GC/MS-Profilen von Kohlenwasserstoffen von A. bungii-Frass, die von Larven unterschiedlichen Alters ausgestoßen werden. Jedes Chromatogramm zeigt die Kohlenwasserstoffprofile von Larven, die nach dem Schlüpfen (a) Woche 1; (b) Woche 3; (c) Woche 5; (d) etwa in der 36. Woche (sollten 9 Monate alte Larven überwintern). Die Peakzahlen weisen auf die gleichen Kohlenwasserstoffkomponenten wie in Abb. 1 hin.

Wir haben eine neue Methode entwickelt, um drei invasive und eine einheimische Käferart aus dem von befallenen Bäumen ausgeworfenen Gras zu erkennen. Durch die Extraktion von Kohlenwasserstoffen und die GC-MS-Analyse konnten die Käferarten in den Bäumen korrekt identifiziert werden. Jede Probe zeigte klare Gesamtionenchromatogramme und alle detektierten Peaks konnten chemisch charakterisiert werden. Innerhalb der Arten wurden durchgängig vier oder fünf Kohlenwasserstoffe nachgewiesen, die sowohl bei Larven als auch bei Frass vorkommen. Wie von anderen Insektenarten28 berichtet, unterschieden sich die CHC-Profile der getesteten Larven je nach Art. Wir haben auch die gleichen Kohlenwasserstoffprofile von A. bungii-Frass aus Labor- (Abb. 1) und Feldproben (Abb. 5) erhalten. Dieses Ergebnis zeigt, dass unsere Methode sowohl auf Labor- als auch auf Feldproben angewendet werden kann.

CKW von Insekten bestehen aus einer komplexen Mischung geradkettiger (gesättigter), ungesättigter und methylverzweigter Komponenten mit über 20 Kohlenstoffatomen28. Bei A. bungii, A. malasiaca und A. glabripennis sind chemische Profile von CHCs von Erwachsenen und ihren Larven nicht üblich [34 (vgl. unsere Daten), 35,36]. Es liegen keine Informationen über die Rolle der larvalen CHCs dieser Käfer bei der chemischen Kommunikation vor, einige könnten jedoch kairomonale Aktivität gegen Parasitoide aufweisen. Dastarcus helophoroides (Coleoptera: Bothrideridae) ist ein Larvenprädator von Cerambycid-Waldbaumschädlingen, und seine Massenfreisetzung ist eine Möglichkeit zur Bekämpfung von Käfern37. Flüchtige Chemikalien aus dem Wirtsbaum oder von Insekten spielen eine Schlüsselrolle bei der Wirtssuche aus der Ferne37. Obwohl die in dieser Studie häufig nachgewiesenen CHCs leicht flüchtig und nahezu nichtflüchtig sind, besteht die Möglichkeit, dass Kairomonalaktivität in unmittelbarer Nähe oder bei Kontakt vorliegt.

Derzeit besteht die genaueste Methode zur Identifizierung befallener Käferarten darin, Larven zu sammeln und sie bis zum Erwachsenenalter aufzuziehen, da Käferlarven sehr ähnlich aussehen38. Diese Methode schadet jedoch den Bäumen. Wenn stattdessen ausgeworfener Frass vorhanden ist, könnte eine Kohlenwasserstoffanalyse verwendet werden, um ihn zu identifizieren, ohne den Baum weiter zu schädigen. Wir haben die Gültigkeit unserer Methode mit A. bungii aufgrund der Probenverfügbarkeit bestätigt. Die Ergebnisse der chemischen Analyse von A. bungii-Frass aus Pflaumen- und Pfirsichbäumen (Abb. 1b, 5b), Pflaumenbäumen (Abb. 6b) und Kirschbäumen (Abb. 5a) zeigen, dass unsere Methode bei verschiedenen Baumarten funktionieren kann. Sogar in der ersten Woche nach der Fütterung oder kurz nach dem Schlüpfen war Frass zu sehen. Nur 1 mg Äquivalent Frass-Extrakt, das in das GC/MS injiziert wurde, konnte die Profile seiner typischen Kohlenwasserstoffe bestimmen. Somit konnte unsere Methode bereits sehr früh im Larvenbefall angewendet werden; Je früher ein Befall erkannt wird, desto früher kann er behandelt und weitere Schäden vermieden werden. Dies ist entscheidend, um die Schäden durch holzbohrende Käfer an wirtschaftlich, kulturell oder historisch wichtigen Bäumen zu reduzieren. Während unserer Experimente wurden gemeinsame Kohlenwasserstoffe aus Larvenfrass im Frühstadium (1–5 Wochen, Abb. 7a – c), im Laufe von 2 Monaten (Abb. 5a, b) und im Laufe von 9 Monaten (Abb. 7d) stabil nachgewiesen. Wie bei anderen Insekten bekannt, können sich CHCs im Larvenstadium verändern31. Wenn die gleiche Tendenz bei den Käfern bestünde, könnte unsere Methode es uns ermöglichen, das Alter oder die Größe der Larven abzuschätzen. Die gesamten Veränderungen ihrer CHC-Zusammensetzung im Larvenstadium sollten in unserer zukünftigen Arbeit untersucht werden.

Wir konnten in fast allen Frassproben von A. bungii und A. swainsoni Kohlenwasserstoffe nachweisen. Im Fall von A. glabripennis und A. malasiaca enthielt der Frass jedoch manchmal keine nachweisbaren Mengen an Kohlenwasserstoffen. Nach unserer Interpretation könnte der Unterschied durch das Verhalten der Larven verursacht werden. Aromia bungii und Apriona-Arten (einschließlich A. swainsoni) bohren ständig Ausscheidungslöcher, um ihren Kot auszuwerfen39,40. Während unseres Vorversuchs nutzten Aromia-Larven ihre Körpersegmente, um den Frass auszuwerfen. Durch diesen aktiven Auswurf von Frass können ihre CHCs auf den Frass übertragen werden. Andererseits wurde dieses Verhalten bei Anoplophora-Larven nicht berichtet und wir haben es auch nicht beobachtet. Wir konnten A. malasiaca-spezifische Kohlenwasserstoffe im Gras von Weidenzweigen nachweisen (Abb. 3), jedoch nicht in anderen Versuchen mit frischen oder lebenden Bäumen. Eine Möglichkeit besteht darin, dass A. malasiaca-Larven bei der Nahrungsaufnahme von räumlich begrenztem Trockenmaterial (z. B. abgeschnittenen Zweigen) ihren Lebens- und Nahrungsraum durch den Auswurf von Gras aufrechterhalten müssen. Aufgrund dieses Verhaltens sind ihre CHCs oft nicht nachweisbar.

Viele andere sympatrische Insekten werfen Frass auf die gleiche Weise aus wie unsere Käfer. Um das Risikomanagement von Bäumen weltweit zu verbessern, sollten wir Beispiele für kutikuläre Insekten- und Frass-Kohlenwasserstoffprofile nicht nur von Coleoptera, sondern auch von anderen Frass-auswerfenden Insektenarten sammeln.

Erwachsene A. bungii wurden Ende Juni 2022 von Hand aus Pfirsichhainen in der Stadt Sano, Präfektur Tochigi, Japan, gesammelt.

Erwachsene A. glabripennis und A. malasiaca wurden von Hand von Straßenbäumen wie Salix spp. gesammelt. (Weide) und Cercidiphyllum japonicum in den Städten Tsukuba, Omitama und Ishioka, Präfektur Ibaraki, im Juni und Juli 2022.

Erwachsene A. swainsoni wurden im August 2022 von Hand aus Maackia amurensis im Dorf Tenei und in der Stadt Koriyama, Präfektur Fukushima, gesammelt. Einige davon entstanden aus Wirtspflanzen (M. amurensis), die im Mai 2022 in der Stadt Koriyama zurückgeschnitten wurden.

Die Käfer Aromia bungii, A. glabripennis und A. malasiaca wurden einzeln in durchsichtigen Plastikbechern (ca. 11 cm Durchmesser × 9,5 cm Höhe) bei 24 °C unter einer 15L:9D-Photoperiode gezüchtet und mit Leuchtstofflampen beleuchtet. Alle Weibchen paarten sich in unserem Labor mindestens einmal. A. bungii wurde mit künstlicher Nahrung für Nashornkäfer gefüttert (Fujikon Co. Ltd, Osaka, Japan); und A. glabripennis und A. malasiaca wurden alle 5 Tage mit Weiden- und Zitruszweigen gefüttert. Apriona swainsoni wurden in Gitterkäfigen (22 cm × 42 cm × 42 cm) zusammen mit zwei oder drei Zweigen (30 cm lang, 10 cm Durchmesser) von M. amurensis zur Fütterung und Eiablage aufgezogen, die alle 5 Tage erneuert wurden.

Im Labor wurden kleine Pflaumen- oder Pfirsichzweige (5 cm Durchmesser, 10 cm lang) teilweise in 1 cm breiten Parafilm (Bemis Flexible Packaging, Chicago, IL, USA) eingewickelt und Weibchen von A. bungii untergebracht 2 Tage lang darauf. Zwischen Rinde und Parafilm gelegte Eier wurden gesammelt und auf nasses Filterpapier (Durchmesser 9 cm, Toyo Roshi Kaisha, Ltd, Tokio, Japan) gelegt. Eier auf Filterpapier wurden zusammen in eine Kunststoff-Petrischale (9 cm Durchmesser × 2 cm Höhe) bei 24 °C unter einer 15L:9D-Photoperiode gelegt und 10 Tage lang mit Leuchtstofflampen beleuchtet. Frisch geschlüpfte Larven wurden auf neue Pflaumenzweige gesetzt. Nach einigen Wochen begannen die Larven, Gras auszuwerfen, das dann 5 Wochen lang wöchentlich mit einer Pinzette in Glasfläschchen gesammelt wurde. Am 4. Oktober 2022 wurde Frass auch aus Pfirsichhainen und Kirschbäumen in den Städten Sano und Ashikaga in der Präfektur Tochigi gesammelt, wo wir A. bungii sammelten. Es wurde erwartet, dass dieser im Feld gesammelte Gras von über zwei Monate alten Larven von A. bungii ausgeworfen wird. Ein Haufen überwinterter Larven wurde ebenfalls am 25. Mai 2022 aus Wäldern gesammelt, die im Dezember 2021 aus Pfirsichhainen in der Stadt Sano zurückgebracht und im Labor gehalten wurden (9 Monate über Larven).

Die Weibchen jeder Art wurden einzeln in durchsichtigen Plastikbechern (ca. 11 cm Durchmesser × 9,5 cm Höhe) zusammen mit Wirtszweigen, hauptsächlich Weidenzweigen (3 cm Durchmesser, 5 cm Länge), gehalten. Unter der Rinde abgelegte Eier wurden gesammelt und auf nasses Filterpapier gelegt. Eier auf Filterpapier wurden wie oben beschrieben für 10 Tage zusammen in eine Petrischale aus Kunststoff gelegt. Frisch geschlüpfte Larven wurden auf neue Pflaumen- oder Weidenzweige gesetzt. Ausgeworfener Frass wurde wie oben in unserem Labor gesammelt (A. glabripennis und A. malasiaca, drei Proben) und von zwei Frass wurden Proben von Cercidiphyllum japonicum in Tsukuba vom Feld aus gesammelt (A. glabripennis).

Männchen und Weibchen von A. swainsoni wurden zusammen in kleinen Netzkäfigen (28 cm × 30 cm × 18 cm) gehalten. Die Weibchen legten ihre Eier in die Zweige der Maackia Amurensis. Die Zweige wurden wie oben gepflegt. Nach einigen Wochen begannen die Larven, Gras auszuwerfen, das 2022 wie oben in unserem Labor (zwei Proben) gesammelt wurde. Im Jahr 2023 wurden drei Larven und Gras aus dem befallenen Holzschnitt in der Präfektur Fukushima gesammelt.

Der gesamte Frass wurde vor der Extraktion 16 Stunden lang bei –30 °C gefriergetrocknet. Getrocknete Proben wurden gewogen und dann 5 Minuten lang in 5–8 ml n-Hexan (HPLC-Qualität, Fujifilm-Wako, Osaka, Japan) extrahiert. Die Probengröße jedes Frass betrug 10 für A. bungii, 5 für A. glabripennis und A. swainsoni und 3 für A. malasiaca.

Die Larven wurden 20 Minuten lang auf Filterpapier gelegt, um den Kot zu entleeren, und dann eingefroren (–30 ° C). Jede Larve wurde in ein Glasfläschchen (5–12 ml) gegeben und 5 Minuten lang mit n-Hexan extrahiert. Die Probengröße jeder Larve betrug 5 für A. bungii, 5 für A. glabripennis, 3 für A. malasiaca und 5 für A. swainsoni.

Hexanextrakte wurden filtriert und durch eine Kieselgelsäule (Wakogel C-300, 0,5 g, Fujifilm-Wako) gegossen. Das endgültige Volumen der Extrakte nach der Konzentration hing vom Frassvolumen oder der Larvengröße ab, es wurden jedoch 0,001 g Äquivalent der Frassprobe oder 0,01 Larvenäquivalent, gelöst in 1 µL n-Hexan, in das GC-MS injiziert.

Weibchen von A. bungii wurden in einen Gitterkäfig mit einem Pflaumenbaum in einem Topf (2 Jahre alt, 100 cm hoch) gesetzt und 2 Tage lang frei liegen gelassen. Nach 2–3 Wochen begannen die geschlüpften Larven, Gras auszuwerfen. Gleichzeitig wurde durch Handsägen Sägemehl zur Analyse gesammelt, um die Bestandteile der Wirtspflanze zu bestätigen. Frass und Sägemehl wurden wie oben gewonnen.

GC/MS-Analysen wurden auf einem Agilent 7890N GC-System (Agilent, Santa Clara, CA, USA) durchgeführt, das an ein Flugzeitmassenspektrometer JEOL JMS-T100GC (JEOL, Tokio, Japan) im EI-Modus bei 70 eV angeschlossen war 220 °C. Die Proben wurden im Splitless-Modus bei 220 °C für 1 Minute injiziert, mit Helium als Trägergas im Konstantflussmodus (1,1 ml/min). Die Kapillarsäule, eine DB-5MS (30 m × 0,25 mm ID × 0,25 μm Filmdicke; Agilent), wurde mit einem MS verbunden und die GC-Ofentemperatur wurde 1 Minute lang bei 40 °C gehalten und von 40 auf 250 erhöht °C mit 10 °C/Min. erhitzt und anschließend 10 Min. auf der Endtemperatur gehalten.

Kohlenwasserstoffe wurden anhand des Massenspektrums und des Kovát-Index jedes Peaks identifiziert41. Ein Referenz-Kohlenwasserstoffgemisch, das gesättigte, geradzahlige Kohlenwasserstoffe von C12 bis C32 enthielt, wurde wie oben unter Bezugnahme auf KIs von Standardverbindungen analysiert. Nur A. bungii lieferte Dienkomponenten in ausreichender Menge für die Derivatisierung, um die Position zweier Doppelbindungen zu bestimmen. Dienkomponenten wurden teilweise mit Hydrazin reduziert und mit m-Chlorperoxybenzoesäure epoxidiert. Die resultierende Epoxidmischung wurde mittels GC-MS analysiert und die Position der Doppelbindungen bestimmt42.

Die in dieser Studie präsentierten Daten sind auf Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Brockerhoff, EG, Jones, DC, Kimberley, MO, Suckling, DM & Donaldson, T. Landesweite Untersuchung auf invasive Holzbohr- und Borkenkäfer (Coleoptera) unter Verwendung von mit Pheromonen und Kairomonen beköderten Fallen. Für. Ökologisch. Geschäftsführer 228, 234–240 (2006).

Artikel Google Scholar

Kano, M., Nonaka, T., Kiriyama, S. & Iwata, R. Aromia bungii (Coleoptera: Cerambycidae), ein invasives Cerambycid, das in Soka, Präfektur Saitama, Japan, gefunden wurde und Kirschbäume befällt, Cerasus ×yedoensis 'Somei -yoshino '. Für. Schädlinge. 63, 101–105 (2014).

Google Scholar

Shoda-Kagaya, E. Schadgebiete des Rothalsbockkäfers Aromia bungii in Japan und Methoden zum Schutz von Rosaceae-Bäumen: Tipps zur Bekämpfung. Pflanzenschutz. 74(5), 293–296 (2020) (auf Japanisch).

Google Scholar

Präfektur Kanagawa. Erste aufgezeichnete Investition des Rothalsbockkäfers Aromia bungii in der Präfektur Kanagawa. https://www.pref.kanagawa.jp/documents/77637/kubiaka-nougi.pdf (2021). (auf Japanisch).

Präfektur Hyogo. Erste aufgezeichnete Investition des Rothalsbockkäfers Aromia bungii in der Präfektur Hyogo. https://web.pref.hyogo.lg.jp/press/20220629_10646.html (2022). (auf Japanisch).

Kanada, Y. & Kidono, H. Der Asiatische Laubholzbockkäfer der Präfektur Aichi. Gekkan-Mushi 608, 53–54 (2021) (auf Japanisch).

Google Scholar

Nishiura, K., Shinozaki, S., Suzuki, H. & Fuda, S. Sammlung des Asiatischen Laubholzbockkäfers in der Stadt Tsukuba, Präfektur Ibaraki. Gekkan-Mushi 608, 53 (2021) (auf Japanisch).

Google Scholar

Präfektur Saitama. Hüten Sie sich vor dem Asiatischen Laubholzbockkäfer. https://www.pref.saitama.lg.jp/a0907/tuyahadakamikiri.html (abgerufen am 12. Februar 2022) (auf Japanisch).

Sato, H. & Nishiura, K. Sammlung des Asiatischen Laubholzbockkäfers in der Stadt Shirakawa, Präfektur Fukushima. Gekkan-Mushi 608, 54 (2021) (auf Japanisch).

Google Scholar

Yanagi, T., Nagahata, Y., Yoshino, K. & Akita, K. Ein neuer Nachweis von Anoplophora glabripennis (Motschulsky, 1853) (Coleoptera, Cerambycidae). , Japan. Gekkan-Mushi 609, 23–27 (2021).

Google Scholar

Iwata, T. & Kiriyama, S. Erste Aufzeichnungen von Anoplophora glabripennis (Motschulsky, 1853) in der Präfektur Toyama, einschließlich einer gesammelten Aufzeichnung von 2010. Gekkan-Mushi 611, 34–36 (2022) (auf Japanisch).

Google Scholar

Shimono, M., Nagano, A. & Hirayama, H. Ein neuer Nachweis von Anoplophora glabripennis (Motschulsky, 1853) in der Präfektur Yamaguchi. Gekkan-Mushi 613, 56 (2022) (auf Japanisch).

Google Scholar

Europäische und mediterrane Pflanzenschutzorganisation (EPPO). EPPO A2 Liste der zur Regulierung als Quarantäneschädlinge empfohlenen Schädlinge – Version 2022-09. https://www.eppo.int/ACTIVITIES/plant_quarantine/A2_list (abgerufen am 21. Dezember 2022).

Inspektionsdienst für Tier- und Pflanzengesundheit (APHIS). Asiatischer Laubholzbockkäfer – Quarantänen. https://www.aphis.usda.gov/aphis/resources/pests-diseases/asian-longhorned-beetle (abgerufen am 21. Dezember 2022).

Lowe, S., Browne, M., Boudjelas, S., de Poorter, M. 100 der weltweit schlimmsten invasiven gebietsfremden Arten. Eine Auswahl aus der Global Invasive Species Database. Herausgegeben von der Invasive Species Specialist Group (ISSG), einer Fachgruppe der Species Survival Commission (SSC) der Weltnaturschutzunion (IUCN). 2000. Aktualisierte und nachgedruckte Fassung: November 2004.

Haack, R., Herard, F., Sun, J. & Turgeon, J. Management invasiver Populationen des Asiatischen Laubholzbockkäfers und des Zitrusbockkäfers: Eine weltweite Perspektive. Annu. Rev. Entomol. 55, 521–546 (2010).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Hérard, F. et al. Anoplophora spp. in Europa: Befall und Managementprozess. Stier. OEPP/EPPO Bull. 36, 470–474 (2006).

Artikel Google Scholar

Ohbayashi, N. Genus Anoplophora Hope, 1839. In An Illustrated Guide to Identification of Longicorn Beetles of Japan (Hrsg. Ohbayashi, N. et al.) 583–584 (Tokai University Press, 1992) (auf Japanisch).

Google Scholar

Lingafelter, SW & Hoebeke, ER Revision von Anoplophora (Coleoptera: Cerambycidae) 236 (Entomological Society of Washington, 2002).

Google Scholar

Kojima, K., Nakamura, S. Nahrungspflanzen von Cerambycid-Käfern (Cerambydae, Coleoptera) in Japan 128–133 (Hiba Society of Natural History Press, 1986) (auf Japanisch).

Sjöman, H., Östberg, J. & Nilsson, J. Übersicht über Wirtsbäume für holzbohrende Schädlinge Anoplophora glabripennis und Anoplophora chinensis: Eine städtische Waldperspektive. Baumkult. Städtisch für. 40, 143–164 (2014).

Google Scholar

Muto, S., Yosii, H. & Tsutsumi, T. Vorläufiger Bericht über die Verbreitung, den Befall und die Futterpflanzen des alias-Bockkäfers Apriona swainsoni swainsoni (Hope, 1840) (Coleoptera: Cerambycidae, Lamiinae), entdeckt in der Präfektur Fukushima, Japan . Jp. J. Entomol. (Neue Serie) 25(1), 18–24 (2022) (auf Japanisch).

Google Scholar

Liu, H. et al. Schädlingsrisikobewertung von Dendroctonus valens, Hyphantria cunea und Apriona swainsoni in Peking. Vorderseite. Für. China 3, 328–335 (2006).

Artikel Google Scholar

Kitajima, H. Identifizierung und Aufzucht von Käfern, die Bäume befallen. Baum für. Gesundheit Chiba Branch Annu. Rep. 9, 20–26 (2018) (auf Japanisch).

Google Scholar

Rizzo, R. et al. Identifizierung des Rothalsbockkäfers Aromia bungii (Faldermann, 1832) (Coleoptera: Cerambycidae) mit Echtzeit-PCR auf Frass. Nachhaltigkeit 12, 6041 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Rizzo, R. et al. TaqMan-Sondentests an verschiedenen biologischen Proben zur Identifizierung von drei Ambrosiakäferarten, Xylosandrus compactus (Eichoff), 3 Biotech 11, 259 (2021).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Chung, H. & Carroll, SB Wachs, Geschlecht und Ursprung der Arten: Doppelte Rolle der kutikulären Kohlenwasserstoffe von Insekten bei der Anpassung und Paarung. BioEssays 37, 822–830 (2015).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Blomquist, GJ, Bagnères, AG. Chemie, Biochemie und Physiologie. In Insektenkohlenwasserstoffen: Biologie, Biochemie und chemische Ökologie. 3–206 (Cambridge University Press, 2010).

Ginzel, MD, Blomquist, GJ Insektenkohlenwasserstoffe: Biochemie und chemische Ökologie. In Extrazelluläre Matrizen in Arthropoden (Hrsg. Cohen, E., Moussian, B). 221–252 (Springer, 2016).

Blomquist, GJ, Tittiger, C., Jurenka, R. Kutikuläre Kohlenwasserstoffe und Pheromone von Arthropoden. In Hydrocarbons, Oils and Lipids: Diversity, Origin, Chemistry and Fate, 213–244 (Springer, 2020).

Zhu, GH, Ye, GY, Hu, C., Xu, XH & Li, K. Entwicklungsveränderungen kutikulärer Kohlenwasserstoffe in Chrysomya rufifacies-Larven: Potenzial zur Bestimmung des Larvenalters. Med. Tierarzt. Entomol. 20, 438–444 (2006).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Awater-Salendo, S., Voigt, D., Hilker, M. & Fürstenau, B. Kutikuläre Kohlenwasserstoffspuren, die von Wirtslarven freigesetzt werden, verlieren durch Verfestigung ihre kairomonale Aktivität für Parasitoide. J. Chem. Ökologisch. 47, 998–1013 (2021).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Akino, T., Knapp, JJ, Thomas, JA & Elms, GW Chemische Mimikry und Wirtsspezifität beim Schmetterling Maculinea rebeli, einem sozialen Parasiten von Myrmica und Kolonien. Proz. R. Soc. London. B 266, 1419–1426 (1999).

Artikel CAS Google Scholar

Rasterelektronenmikroskopie der Antennensensillen und deren Sekretionsanalyse bei Erwachsenen von Aromia bungii (Faldermann, 1835) (Coleoptera, Cerambycidae). Insekten 10, 88 (2019).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhang, A. et al. Hinweise auf Kontaktgeschlechtserkennungspheromone des Asiatischen Laubholzbockkäfers Anoplophora glabripennis (Coleoptera: Cerambycidae). Naturwissenschaften 90, 410–413 (2003).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Fukaya, M. et al. Kohlenwasserstoffkomponenten im Kontaktsexpheromon des Weißfleckigen Bockkäfers, Anoplophora malasiaca (Thomson) (Coleoptera: Cerambycidae) und pheromonale Aktivität synthetischer Kohlenwasserstoffe. Entomol. Wissenschaft. 3, 211–218 (2000).

Google Scholar

Li, LR, Balakrishnan, K., You, QL & Schütz, S. EAG-Reaktion und Verhaltensorientierung von Dastarcus helophoroides (Fairmaire) (Coleoptera: Bothrideridae) auf synthetische wirtsassoziierte flüchtige Stoffe. PLoS ONE 12, e0190067 (2017).

Artikel Google Scholar

Haruyama, N. et al. Schäden an Pfirsichplantagen durch den invasiven Rothalsbockkäfer (Faldermann) in der Präfektur Tochigi. Ann. Rep. Eckpl. Prot. Soc. 66, 106–109 (2019).

Google Scholar

Shoda-Kagaya, E. Invasion des Rothals-Bockkäfers, Aromia bungii: Schäden an Rosaceae-Bäumen und praktische Bekämpfungsmethoden. Baum für. Gesundheit 22, 68–72 (2018) (auf Japanisch).

Google Scholar

EPPO. Schädlingsrisikoanalyse für Apriona germari, A. japonica, A. cinerea (EPPO, 2013).

Kovát, E. Gaschromatographische Charakterisierung organischer Substanzen im Retentionsindexsystem. Adv. Chromatogr. 1, 229–247 (1965).

Google Scholar

Yamaoka, R., Fukami, H. & Ishii, S. Isolierung und Identifizierung des weiblichen Sexualpheromons der Kartoffelknollenwurmmotte, Phthorimaea operculella (Zeller). Landwirtschaft. Biol. Chem. 40, 1971–1977 (1976).

Artikel CAS Google Scholar

Referenzen herunterladen

Diese Forschung wurde teilweise durch einen Zuschuss (JPJ007097) des Projekts der Bio-orientierten Technologieforschungsförderungseinrichtung (Forschungsprogramm zur Entwicklung innovativer Technologie 04015C1) unterstützt. Wir danken Nami Uechi von NARO und Shinsuke Sato vom Horticultural Research Institute, Ibaraki Agricultural Center, für das Sammeln von Grasproben, Anoplophora-Käfern und Wirtsbäumen; Etsuko Kagaya von der Forest Research and Management Organization für die Bereitstellung von Wirtsbäumen; Yukari Anzai von der Japan Tree Doctors Association für die Bereitstellung von A. swainsoni und einem Protokoll befallener Maackia amurensis; und Naoto Haruyama von der landwirtschaftlichen Versuchsstation der Präfektur Tochigi für die Bereitstellung von Baumstämmen beschädigter Pfirsichbäume aus Pfirsichplantagen in der Stadt Sano. Wir danken auch Frau Kazue Murata für ihre Unterstützung bei der Pflege der Käfer. NF-T. Ich danke auch dem verstorbenen Ryohei Yamaoka, emeritierter Professor des Kyoto Institute of Technology, für die Inspiration, diese Studie zu starten.

Abteilung für Kerntechnologie für die Schädlingsbekämpfungsforschung, Institut für Pflanzenschutz, Nationale Organisation für Landwirtschaft und Lebensmittelforschung, Tsukuba, Ibaraki, 305-8666, Japan

Nao Fujiwara-Tsujii und Hiroe Yasui

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

NF-T. trug zum Studiendesign bei und führte die Analysen und Charakterisierung durch. NF-T. und HY trugen zur Probensammlung bei, diskutierten die Ergebnisse und verfassten das Manuskript. Beide überprüften und genehmigten die endgültige Fassung mit Zustimmung zur Veröffentlichung.

Korrespondenz mit Nao Fujiwara-Tsujii.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Fujiwara-Tsujii, N., Yasui, H. Nachweis invasiver und einheimischer Käferarten in Bäumen durch chemische Analyse von Gras. Sci Rep 13, 11837 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-38835-x

Zitat herunterladen

Eingegangen: 3. Februar 2023

Angenommen: 16. Juli 2023

Veröffentlicht: 22. Juli 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-38835-x

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein gemeinsam nutzbarer Link verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.