Analisi della selettività di insetticidi verso Adalia bipunctata (Col.: Coccinellidae) mediante un approccio di tipo demografico

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1 Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agroambientali -Entomologia - Analisi della selettività di insetticidi verso Adalia bipunctata (Col.: Coccinellidae) mediante un approccio di tipo demografico Lanzoni Alberto, Sangiorgi Luca, De Luigi Valentino, Consolini Luana, Pasqualini Edison, Burgio Giovanni

2 Selettività ed effetti collaterali dei fitofarmaci sull artropodofauna utile dell Emilia Romagna Progetto finanziato dalla Regione Emilia Romagna Coordinamento del CRPV Responsabile scientifico: Dott. E. Pasqualini (DiSTA -Univ. di Bologna) Previsto prove di laboratorio semi-campo e campo Tossicità acuta Persistenza Tossicità cronica Ormoligosi e Trofobiosi Coccinellidi Antocoridi Fitoseidi Acari fitofagi Unità operative: DiSTA-Univ. di Bologna APOFRUIT Agronomica R&D (Coop. Terremerse) Univ. Di Ferrara ISMAA San Michele all Adige

3 Mortalità acuta % mortalità, DL 5 o CL 5 circa 95% degli studi pubblicati Effetti subletali Individui che sopravvivono all esposizione di un prodotto tossico possono ancora sottostare a danni significativi dovuti ad effetti subletali Riduzione della lunghezza della vita Riduzione del tasso di sviluppo Riduzione della fecondità Riduzione della fertilità Modificazioni della sex-ratio Modificazioni comportamentali

4 Endpoint effetti valutati singolarmente Mortalità a seguito del trattamento Effetto acuto Effetti sulla riproduzione degli individui che sopravvivono all esposizione all insetticida: Fecondità Fertilità Periodo di preovideposizione Longevità Effetti cronici (subletali) Effetti sugli individui Esposizione ad un insetticida % mortalità mortalità Sottostima effetto effetti subletali totale di una sost. tossica fecondità, fertilità

5 Approccio demografico (Life Table) Effetti letali e subletali Effetti sulla popolazione Approccio demografico o LIFE TABLE fornisce ottimi strumenti per valutare l effetto totale (letali e subletali) di un prodotto tossico proprio perché considera tutti gli effetti che esso può avere su una popolazione Studio demografico o LTRE Misura degli effetti che una sost. tossica produce a livello di popolazione mediante un numero r m λ

6 Materiali e metodi Dosi: : Confidor 1 ml/hl : Calypso 5 ml/hl : Actara 4 g/hl : Epik 5 g/hl 1/5 dose di etichetta per le drupacee Piante: pesco micropropagato (h 25 cm) in vaso Trattamenti all aperto, con irroratore a mano, fino al gocciolamento delle foglie

7 Due prove Larve & Adulti A. bipunctata esposti ai neonicotinoidi allo stadio di larva di 3 età 24 ore esposizione Allevamento delle larve sopravvissute Ottenimento di Osservazione di 5 per tesi 3 repliche 6 ore esposizione di A. bipunctata esposte ai neonicotinoidi allo stato adulto Cilindro (Ø 9 cm H 3 cm) (T 25 C; UR 7%) Osservazione di 4/5 per tesi 3 repliche

8 Ogni isolata con un maschio non trattato contenitore cilindrico (Ø = 6 cm H = 8 cm) ambiente controllato (25 C; UR 7%; 16:8 L:B) Monitoraggio quotidiano per 15 gg: n di uova deposte/ (Fecondità m x ) n di uova schiuse / (Fertilità h x m x ) sopravvivenza delle (l x )

9 R tasso riproduttivo netto l x h x m x (n totale di femmine/femmina) r m tasso intrinseco di crescita (n femmine/femmina/x) λ tasso finito di crescita Ln R T e r m (tasso di moltiplicazione della popolazione) T tempo medio generazione l x h x m x x l x h x m x Dt tempo di raddoppiamento (tempo perché la popolazione raddoppi il suo valore iniziale) C x proporzione ind. di età x in una popolazione qqqqstabile (distribuzione stabile d età) e - r m x Lx e - r m x Lx Ln 2 r m L x = l x +l (x+1) 2 Carey, 1993 Applied Demography for Biologists

10 Sex-ratio di 1:1 Mortalità preimmaginale pari a Tempi di sviluppo tratti da Lanzoni et al., 24. J. Appl. Entomol., 128: Stima della variabilità associata ai parametri delle Life-table: metodo Jackknife R r m T λ DT r m( j) = n rall ( n 1) rm ( i) SEMr m( mean) = VAR r ( m( mean) n ) VARr m( mean) = r m( mean) n 1 ( r m( j) n r m( j) = 1 r n 1 n m( all) ) 2 Maia et al., 2 J. Econ. Entomol., 93:

11 Matrice di Leslie Modello di proiezione demografica per classi di età n x(t) = numero di vive nella classe di età x x + 1 al tempo t P x = probabilità che una femmina nella classe di età x x + 1 al tempo t sia viva nella classe di età x + 1 x + 2 al tempo t + 1 F x = numero di nate nell intervallo nell intervallo t t + 1 per di età x x + 1 al tempo t che saranno vive nella classe di età 1 al tempo t + 1 P x = L x+1 L x L x = l x +l (x+1) 2 F x = h x m x Poole, 1974 An Introduction to Quantitative Ecology

12 Matrice di Leslie Modello di proiezione demografica per classi di età A λ (tasso finito di crescita) Autovalore dominante di [A] r m = Ln λ R = j= i 1 Fi Pj 1 T = Ln R r m Distribuzione stabile d età Autovettore destro (w) Valore riproduttivo di ciascuna classe di età Autovettore sinistro (v) Caswell, 21 Matrix population models

13 Perturbation analysis Cosa succede ad una variabile dipendente se una o più variabili indipendenti vengono a modificarsi Quanto λ risponde ai cambiamenti di ciascuno dei parametri biologici che contribuiscono ad esso Sensitivity analysis sensibilità di λ ai cambiamenti relativi a fecondità e sopravvivenza o in generale di un elemento di [A] s ij = wjvi v w v i i-esimo elemento del vettore del valore riproduttivo w i j-esimo elemento del vettore della distribuzione stabile d età Elasticity analysis sensibilità proporzionale di λ ai cambiamenti relativi a fecondità e sopravvivenza o in generale di un elemento di [A] e ij = a λ ij λ a ij a ij elemento della fila i e colonna j di [A] λ aij aij λ E = eij = 1 λ aij ij sensibilità di λ a modificarsi in a ij L elasticità di λ rispetto a P i e F i permette di comparare in maniera proporzionale il contributo dei vari elementi a λ Caswell, 21 Matrix population models

14 Hood, 28 PopTools version Available at:

15 Effetti acuti Tesi Mortalità TESTIMONE 5,4 IMIDACLOPRID 53,7 THIACLOPRID 24,8 THIAMETOXAN 61,2 ACETAMIPRID 51,9 Larve a contatto con l insetticida Effetti subletali Misurazioni sugli individui Tesi Fecondità (uova/ ) Tasso ovideposizione (uova/ /giorno) Fertilità (%) TESTIMONE 338,3 ± 41,9 24,3 ± 2,9 61,78 ± 5, IMIDACLOPRID 32,5 ± 35,8 21,8 ± 2,5 49,86 ± 6,6 THIACLOPRID 279,5 ± 4,8 2, ± 2,9 51,14 ± 6,8 THIAMETOXAM 341, ± 43, 24,4 ± 3,1 39,17 ± 8,4 ACETAMIPRID 271,7 ± 43,1 19,7 ± 3,1 44,31 ± 8,6 P,518,527,239 (Media ± ES) ANOVA

16 5 4 Effetti subletali Fecondità (uova/ ) Adulti a contatto con l insetticida 3 25 Tasso ovideposizione (uova/ /giorno) 3 2 a ab a a 2 15 a a a a 1 1 b 5 b ANOVA; HSD Tukey (P<.5) TESTIMONE THIACLOPRID ACETAMIPRID IMIDACLOPRID THIAMETOXAM Media Media±ES Media±DS ANOVA; HSD Tukey (P<.5) TESTIMONE THIACLOPRID ACETAMIPRID IMIDACLOPRID THIAMETOXAM Effetti acuti Tesi Mortalità TESTIMONE, IMIDACLOPRID 36,7 THIACLOPRID 1,5 THIAMETOXAM 28,2 ACETAMIPRID 24,1 Misurazioni sugli individui Tesi P (Media ± ES) ANOVA Fertilità (%) 39,1 ± 6,8 16,4 ± 8,1 32,4 ± 8,9 24,6 ± 12,7 35,3 ± 8,7,179 Periodo preovideposizione (gg) 3,3 ±,2 3,2 ±,2 3,8 ±,3 4, ±,6 3,4 ±,4,671

17 Effetti a livello di popolazione Larve a contatto con l insetticida Tesi R T r m DT λ 15,85 ± 15,16a 26,99 ±,15a,1727 ±,53a 4,13 ±,124a 1,1885 ±,63a 36,49 ± 6,5b 27,57 ±,43a,135 ±,66b 5,323 ±,272b 1,1394 ±,76b 58,44 ± 1,53ab 27,24 ±,33a,1494 ±,68ab 4,641 ±,29ab 1,1611 ±,78ab 3,11 ± 8,36b 27,81 ±,26a,1225 ±,16b 5,66 ±,53b 1,133 ±,12b 37,41 ± 9,31b 27,39 ±,33a,1322 ±,12b 5,242 ±,415b 1,1414 ±,116b P,5,85,7,4,6 Test Kruskal-Wallis Distribuzione stabile d età Uovo 29,73 29,8 28,36 29,4 29,6 Larva 58,49 59,62 58,76 6,5 59,54 Pupa 7,85 6,61 8,12 6,24 6,73 Adulto 3,93 4,69 4,75 4,67 4,68

18 Larve a contatto con l insetticida N individui di A. bipunctata Tesi rm,1727 Riduzione rispetto al (%),135 24,5, ,5, ,1, ,4 N t = N e rt Tempo (gg)

19 Fertilità realizzata (U x ) ,9 * l x,8 12,7 1,6 8,5 6,4 4,3 U x,2 2, ,9 12 *,8,7 1 l x,6 8,5 6,4,3 4,2 2 U x, ,9,8 12,7 1 *,6 8,5 6,4 l x,3 4,2 2 U x, * * l x l x U x U x ,9,8,7,6,5,4,3,2,1 1,9,8,7,6,5,4,3,2,1 Sopravvivenza (l x ) Andamento della sopravvivenza è simile per gli individui sopravvissuti al trattamento ( * ) Sebbene compresso dalla minor sopravvivenza l andamento di U x non mostra differenze rilevanti fra le tesi Effetto principale mortalità acuta

20 Adulti a contatto con l insetticida Tesi R T r m DT λ 65,81 ± 13,62a 27,57 ±,47ac,1518 ±,81a 4,565 ±,247a 1,164 ±,94a 12,66 ± 7,38bc 26,77 ± 1,91ab,948 ±,257bc 7,39 ± 2,579bc 1,995 ±,279bc 41,84 ± 12,3ab 28,18 ±,44c,1325 ±,99ab 5,232 ±,394ab 1,1417 ±,113ab 6,38 ± 4,36b 28,39 ±,3c,653 ±,318c 1,623 ± 8,87c 1,674 ±,336c 43,54 ± 14,91ac 28,13 ±,59ac,1342 ±,14ab 5,166 ±,564ab 1,1436 ±,159ab P,2,8,1,1,1 Test Kruskal-Wallis Distribuzione stabile d età Uovo 26,4 19,31 23,81 16,13 24,28 Larva 58,11 56,65 57,62 55,44 58,27 Pupa 9,75 15,54 11,44 19,52 11,4 Adulto 5,74 8,49 7,13 8,92 6,5

21 Adulti a contatto con l insetticida 1 N individui di A. bipunctata Tesi r m,1518 Riduzione rispetto al (%),948 37,5, ,7,653 57, N t = N e rt 1, , Tempo (gg)

22 Fertilità realizzata (U x ) * * * l x U x l x U x l x U x ,9,8,7,6,5,4,3,2,1 1,9,8,7,6,5,4,3,2,1 1,9,8,7,6,5,4,3,2, * * l x l x U x U x Andamento della sopravvivenza simile al Test. per i sopravvissuti al trattamento ( * ) con poco e decisamente diverso per e U x non mostra differenze rilevanti fra le tesi Effetto principale mortalità acuta mortalità cronica 1,9,8,7,6,5,4,3,2,1 1,9,8,7,6,5,4,3,2,1 Sopravvivenza (l x )

23 Modello di proiezione di una popolazione (Matrice di Leslie) Larve a contatto con l insetticida Tesi R T r m DT λ 11,42 26,19,1764 3,929 1, ,37 26,81,1319 5,254 1,141 55,31 26,45,1517 4,568 1, ,31 27,11,1233 5,621 1, ,4 26,6,1337 5,184 1,1431

24 Popolazione di partenza 1 uova Larve a contatto con l insetticida 1E+17 N individui di A. bipunctata 1E+16 1E+15 1E+14 1E+13 1E+12 1E+11 1E+1 1E+9 1E+8 1E+7 1E Tempo (gg)

25 Popolazione di partenza 1 larve Larve a contatto con l insetticida 1E+17 N individui di A. bipunctata 1E+16 1E+15 1E+14 1E+13 1E+12 1E+11 1E+1 1E+9 1E+8 1E+7 1E Tempo (gg)

26 Popolazione di partenza 1 adulti Larve a contatto con l insetticida N individui di A. bipunctata 1E+18 1E+17 1E+16 1E+15 1E+14 1E+13 1E+12 1E+11 1E+1 1E+9 1E+8 1E+7 1E Tempo (gg)

27 Larve a contatto con l insetticida Popolazione di partenza 1 individui in una distribuzione stabile d età 1E+18 N individui di A. bipunctata 1E+17 1E+16 1E+15 1E+14 1E+13 1E+12 1E+11 1E+1 1E+9 1E+8 1E+7 1E Tempo (gg)

28 N individui di A. bipunctata Popolazione di partenza 1 uova Larve a contatto con l insetticida Delay in Population Growth Index Stark et al., 24 PNAS, 11: Tempo (gg) Misura del recupero di una popolazione che compara una popolazione testimone ad altre esposte a determinati livelli di mortalità e/o riduzione di progenie

29 Popolazione di partenza 1 larve Larve a contatto con l insetticida N individui di A. bipunctata Tempo (gg)

30 Popolazione di partenza 1 adulti Larve a contatto con l insetticida N individui di A. bipunctata Tempo (gg)

31 Popolazione di partenza 1 individui in una distribuzione stabile d età Larve a contatto con l insetticida N individui di A. bipunctata Tempo (gg)

32 Larve a contatto con l insetticida Popolazione di partenza 1 individui in una distribuzione stabile d età,4 Tasso di crescita istantaneo (r i),3,2,1 1 N ri( t) = ln t N ( t) (), Tempo (gg)

33 Larve a contatto con l insetticida N individui in ogni stato Valore riproduttivo Elasticità di λ Σe ij {P i } Σe ij {F i } N individui in ogni stato Valore riproduttivo Elasticità di λ Σe ij {P i } Σe ij {F i } Uovo 3,3,4,391 Larva 58,4 6,6,396 Pupa 7,6 15,3,2344 Adulto 3,6 77,7,2969,391 Uovo 3,4,4,38 Larva 58,2 9,,3799 Pupa 6,8 17,8,228 Adulto 4,6 72,9,3161,38 N individui in ogni stato Valore riproduttivo Elasticità di λ Σe ij {P i } Σe ij {F i } N individui in ogni stato Valore riproduttivo Elasticità di λ Σe ij {P i } Σe ij {F i } Uovo 29,1,5,386 Larva 58,3 7,8,386 Pupa 8,1 16,,2316 Adulto 4,5 75,8,352,386 Uovo 3,5,4,375 Larva 58,4 9,1,3749 Pupa 6,5 17,5,2249 Adulto 4,7 73,,3252,375 N individui in ogni stato Valore riproduttivo Elasticità di λ Σe ij {P i } Σe ij {F i } Uovo 3,3,4,383 Larva 58,2 9,1,3832 Pupa 6,9 18,,2299 Adulto 4,6 72,5,313,383 N individui di A. bipunctata Tempo (gg)

34 Larve a contatto con l insetticida Elasticità di λ 1,9,8,7,6,5,4,3,2,1 Pi Fi

35 Modello di proiezione di una popolazione (Matrice di Leslie) Adulti a contatto con l insetticida Tesi R T r m DT λ 62,88 26,59,1558 4,45 1, ,65 26,25,967 7,17 1,115 39,44 27,44,1339 5,176 1,1433 6,36 27,97,662 1,478 1,684 4,77 27,1,1368 5,65 1,1466

36 Popolazione di partenza 1 uova Adulti a contatto con l insetticida 1E+15 N individui di A. bipunctata 1E+14 1E+13 1E+12 1E+11 1E+1 1E+9 1E+8 1E+7 1E Tempo (gg)

37 Popolazione di partenza 1 larve Adulti a contatto con l insetticida 1E+15 N individui di A. bipunctata 1E+14 1E+13 1E+12 1E+11 1E+1 1E+9 1E+8 1E+7 1E Tempo (gg)

38 Popolazione di partenza 1 adulti Adulti a contatto con l insetticida 1E+17 N individui di A. bipunctata 1E+16 1E+15 1E+14 1E+13 1E+12 1E+11 1E+1 1E+9 1E+8 1E+7 1E Tempo (gg)

39 Adulti a contatto con l insetticida Popolazione di partenza 1 individui in una distribuzione stabile d età 1E+16 N individui di A. bipunctata 1E+15 1E+14 1E+13 1E+12 1E+11 1E+1 1E+9 1E+8 1E+7 1E Tempo (gg)

40 Popolazione di partenza 1 uova Adulti a contatto con l insetticida N individui di A. bipunctata Delay in Population Growth Index Tempo (gg)

41 Popolazione di partenza 1 larve Adulti a contatto con l insetticida N individui di A. bipunctata Tempo (gg)

42 Popolazione di partenza 1 adulti Adulti a contatto con l insetticida N individui di A. bipunctata Tempo (gg)

43 Popolazione di partenza 1 individui in una distribuzione stabile d età Adulti a contatto con l insetticida N individui di A. bipunctata Tempo (gg)

44 Popolazione di partenza 1 individui in una distribuzione stabile d età Adulti a contatto con l insetticida,3 ri( t) = 1 ln t N N ( t) () Tasso di crescita istantaneo (r i),2,1, Tempo (gg)

45 Adulti a contatto con l insetticida N individui in ogni stato Valore riproduttivo Elasticità di λ Σe ij {P i } Σe ij {F i } N individui in ogni stato Valore riproduttivo Elasticità di λ Σe ij {P i } Σe ij {F i } Uovo 27,,6,387 Larva 58,3 7,9,3868 Pupa 9,4 15,5,2321 Adulto 5,3 76,,337,387 Uovo 19,7 1,2,386 Larva 57,3 1,8,3865 Pupa 15,1 14,4,2319 Adulto 7,8 73,7,344,386 N individui in ogni stato Valore riproduttivo Elasticità di λ Σe ij {P i } Σe ij {F i } N individui in ogni stato Valore riproduttivo Elasticità di λ Σe ij {P i } Σe ij {F i } Uovo 24,1,7,371 Larva 57,9 8,3,3711 Pupa 11,3 14,1,2226 Adulto 6,8 76,8,3321,371 Uovo 16,5,8,361 Larva 56,4 5,7,3612 Pupa 19,3 5,9,2167 Adulto 7,7 87,6,3498,361 N individui in ogni stato Valore riproduttivo Elasticità di λ Σe ij {P i } Σe ij {F i } Uovo 24,7,6,379 Larva 58,6 7,4,3793 Pupa 11,1 13,1,2276 Adulto 5,6 78,9,3173,379 Il divario fra le tesi trattate (con e ) e il testimone è molto elevato in quanto in questo caso a morire sono gli adulti che possiedono un elevato valore riproduttivo

46 Adulti a contatto con l insetticida Elasticità di λ 1,9,8,7,6,5,4,3,2,1 Pi Fi

47 L approccio demografico misurando gli effetti a livello di popolazione risulta uno strumento più potente rispetto alle misurazioni sugli individui consentendo una migliore interpretazione dei risultati r m o λ incorporano in un unico valore adimensionale sia effetti letali che subletali sono facilmente confrontabili Fondamentalmente il modello di Leslie richiede la conoscenza di soli due parametri: Fecondità e Sopravvivenza La perturbation analysis (sensibilità, elasticità) consente di valutare correttamente quale sia il fattore che interviene in maniera decisiva nel determinare λ la crescita di popolazione Svantaggio: lo sviluppo di Life Table richiede raccolta dati decisamente impegnativa in termini di tempo e costi