Título: Dispositivos de liberación controlada de feromonas en Megaplatypus mutatus y su uso como herramientas de control dentro de un esquema de manejo integrado de plagas

Directora: Dra. Paola González Audino

Jurado:

• Guillermo Wallace, doctor en Ciencias Químicas (UBA), Chemotecnica S. A.
• Roberto Candal, doctor en Química Inorgánica, profesor asociado ECyT-3iA
• Patricia Fernandez, doctora en Ciencias Biológica, INTA

Resumen:

Megaplatypus mutatus (= Platypus sulcatus Chapuis) es un coleóptero de ambrosía nativo de Sudamérica, el cual fue recientemente introducido en Italia. Su presencia causa un daño severo principalmente en plantaciones comerciales de álamos y especies frutales. Su actividad afecta y debilita la estructura vegetal, y provoca el quiebre del fuste y la mortalidad del árbol. Los ataques son iniciados por el macho cuando selecciona un árbol huésped y construye una corta galería nupcial donde atrae a las hembras emitiendo feromonas sexuales. Estos volátiles están conformados por (+)-6-metil-5-hepten-2-ol [(+)-sulcatol], 6-metil-5-hepten-2-one (sulcatona) y 3-pentanol.

El diseño de trampas cebadas con feromonas sintéticas para monitorear poblaciones de M. mutatus en plantaciones infestadas es un objetivo importante en programas de prevención.

Se realizaron una serie de ensayos en la Argentina e Italia para determinar la dosis óptima, proporciones de cada componente feromonal y la composición enantiomérica de las feromonas; se determinó que la tasa de liberación que brinda óptima atracción es de 6,6 y 30 mg/día de sulcatona, (+) sulcatol y 3-pentanol, respectivamente. También se determinó que el sulcatol en su mezcla racémica tiene igual eficacia de atracción que su isómero (+) puro, esto permite el uso del isomero (±) de relativo menor costo en lugar del (+) sulcatol puro de mayor costo.

Se construyeron varios dispositivos poliméricos del tipo sistemas de reservorios y se determinó su velocidad de liberación de feromonas con el objetivo de optimizar un dispositivo de liberación controlada.

Se evaluó la eficacia a campo de tres formatos diferentes de trampas (todas cebadas con los mismos dispositivos de feromonas). La trampa “tipo veleta” (CIPEIN-CV o cross vanes) capturó significativamente más insectos que la trampa de múltiples embudos (LINDGREN) y la trampa de embudos simples (CIPEIN –F).

Se formularon diferentes dispositivos de liberación del tipo sistemas monolíticos en los que se incorporaron las feromonas de M. mutatus. Se midieron en el laboratorio las propiedades fisicoquímicas de las matrices, de los materiales de relleno (inertes) y de los componentes feromonales empleados en las formulaciones. Se estudió el patrón de liberación de las sustancias activas (feromonas) para cada clase de formulación y se establecieron relaciones entre la velocidad inicial de liberación de los principios activos con la viscosidad y dureza de las matrices. Teniendo en cuenta el patrón de liberación diario de los componentes feromonales, se seleccionaron los dispositivos más adecuados para su aplicación en los ensayos de campo.

Realizamos ensayos a campo de Confusión Sexual para M. mutatus en plantaciones de avellanos y álamos en la Argentina e Italia. Para ello, confeccionamos dispositivos del tipo sistemas de reservorios con membrana semipermeable de polietileno de baja densidad y dispositivos del tipo sistema monolítico para colocarlos durante el periodo de vuelo de la hembra. El número de galerías donde la cópula se llevó a cabo fue significativamente mayor en las parcelas tomadas como control que en aquellas tratadas con feromonas. Estos resultados demostraron el potencial del uso de feromonas en la interrupción del apareamiento como estrategia de control en plantaciones comerciales de álamos y avellanos.

Nuestros estudios proveen las primeras evidencias del éxito del uso de feromonas en Técnicas de Confusión Sexual en coleópteros plaga en producciones forestales y contribuyen al desarrollo local de tecnologías basadas en el uso de feromonas con bajo impacto ambiental para el control y el monitoreo de plagas forestales.

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Megaplatypus mutatus (= Platypus sulcatus Chapuis) is an Ambrosia beetle native to South America, which was recently introduced in Italy and its presence there is causing severe damage to poplar and fruit tree plantations. This activity weakens the structural integrity of the tree, causing severe stem-breakage and mortality. Attacks are initiated by pioneer males that select a host tree and build short nuptial galleries to which they attract females using a sex pheromone. Volatiles emitted are composed of (+)-6-methyl-5-hepten-2-ol [(+)-sulcatol], 6-methyl-5-hepten-2-one (sulcatone) and 3-pentanol.

The development of traps baited with synthetic pheromones that can be used for monitoring M. mutatus in infested plantations is an important goal in preventive programs. In the same way, pheromones for mating disruption are an important and useful tool in Integrated Pest Management.

A series of field trials testing dose, blend and enantiomer composition performed in Argentina and Italy evaluated attraction and found that the optimal release rate of pheromone components was 6, 6 and 30 mg/day of sulcatone, (+)-sulcatol and 3-pentanol, respectively. It was also determined that racemic sulcatol is as effective as the pure (+)-isomer for the purpose of beetle catch, due to the inert nature of the (±) isomer allowing the usage of low cost racemic sulcatol instead of highly expensive (+) sulcatol.

We tested their release rates from several polymeric reservoir systems, to develop and manufacture a pheromone-releasing device. The efficacy of three different types of traps (with the same pheromones bait) was evaluated in the field. Single funnel traps equipped with cross-vanes (CIPEIN-CV) captured significantly more insects than multiple funnel traps (LINDGREN) and simple funnel traps (CIPEIN-F).

Different controlled release monolithic devices were formulated incorporating M. mutatus sexual pheromone components. Physicochemical properties of the matrices, filler materials, and pheromone components used in these devices were measured, as well as the release pattern of the active substances (pheromones) for each type of formulation, finding connection between initial release rates of active agents with the viscosity and hardness of matrices. According to their most convenient daily release pattern of pheromone component and matrix properties the most appropriate devices were selected for their display in a M. mutatus mating disruption field trials.

We performed field trials of mating disruption of M. mutatus in hazelnut and poplar plantations in Argentina and Italy. To perform these tests, we made plastic pheromone reservoir-type dispensers and monolitic-type divices for pheromones that were deployed in the field during the female flight period. The number of galleries where mating took place was significantly higher in control than in treated areas, indicating that pheromone application had interfered with female behavior and male localization. These results demonstrate the potential for the strategy of pheromone-mediated mating disruption of M. mutatus in commercial poplar and hazelnut plantations.

Our study provides the first evidence for successful pheromone-mediated mating disruption in a forest beetle and contribute to the development of pheromone-based local technologies with low environmental impact and low cost for control or monitoring of an important pest.

Defensa de Tesis, Doctorado en Ciencia y Tecnología Mención Química