The Effect of Root Volatiles on the Orientation Behaviour of Cockchafer Larvae in the Soil | Der Einfluss von Wurzelvolatilen auf das Orientierungsverhalten von unterirdisch lebenden Maikäferengerlingen

In der vorliegenden Dissertation wird der Einfluss von Wurzelvolatilen auf das Verhalten von unterirdisch lebenden Waldmaikäferengerlingen Melolontha hippocastani untersucht. Diese Larven sind als ernstzunehmende Schadorganismen in Land- und Forstwirtschaft gefürchtet. Drei Aspekte der Chemischen Ökologie werden näher beleuchtet, um zu einem besseren Verständnis des Orientierungsverhaltens unterirdisch lebender Maikäferengerlinge beizutragen: Volatile Verbindungen (VOCs, Volatile Organic Compounds) von Wurzeln verschiedener potentieller Wirtspflanzenwurzeln sowie Sprossvolatile wurden gesammelt und mittels Gaschromatographie Massenspektrometrie (GC-MS) analysiert und identifiziert. Die Volatilenmuster von verletzten Wurzeln unterscheiden sich deutlich von jenen der unverletzten. Außerdem unterscheiden sich die emittierten Sprossvolatile deutlich von den Wurzelvolatilen. Mittels elektrophysiologischer Methoden wird die Reaktion der isolierten Maikäfer-Engerlingsantenne auf die identifizierten Wurzelvolatile ermittelt. Die Duftmuster von Eichenwurzeln Quercus sp. werden genauer untersucht. Mittels Elektroantennographie werden olfaktorische Reaktionen der Insektenantenne durch Ableitung elektrischer Signale aufgezeichnet. Es zeigt sich, dass saisonale und wahrscheinlich auch circadiane Rhythmen eine wichtige Rolle in der physiologischen Reizverarbeitung in der Maikäferlarvenantenne zu spielen scheinen. Drittens wird die Verhaltensreaktion der Maikäferengerlinge auf ausgewählte Substanzen in einem dualen Versuchsaufbau untersucht. Dabei werden sowohl attraktive also auch repellente Substanzen identifiziert. Präparative Methoden zeigen dass die Antennalloben (ALs, erste zentrale Verarbeitungseinheiten für die olfaktorische Informationsverarbeitung im Insektengehirn) von M. hippocastani im 3. Larvenstadium eine große Anzahl olfaktorischer Glomeruli beherbergen. Diese werden als die funktionellen Untereinheiten in der Geruchsunterscheidung angesehen. Daraus ergibt sich eine hoch entwickelte Fähigkeit zur Geruchsunterscheidung und -erkennung bei den Maikäferengerlingen. Nach unserem Kenntnisstand liefern diese Ergebnisse den ersten Nachweis, dass Maikäferengerlinge in der Lage sind, verschiedene Wurzelvolatile ihrer Wirtspflanzen Quercus sp. in elektrophysiologischen und verhaltensbiologischen Versuchen wahrzunehmen.

The present study investigates the effect of root volatiles on the orientation behaviour of cockchafer larvae Melolontha hippocastani in the soil. Cockchafer larvae are known as severe pests in agriculture and forestry. The present study adresses three relevant aspects of their chemical ecology linked to food choice belowground: Volatile organic compounds (VOCs) of several potential host plant roots and shoots are investigated and analysed by using gas chromatography mass spectrometry (GC-MS). The obtained volatile patterns of damaged roots differ clearly from the undamaged ones. Emitted shoot volatiles differ clearly from the emitted root volatiles. Electrophysiological methods are employed to record sensory reactions of the detached larval antennae to several of the previously identified compounds. Volatile emissions of Quercus sp. are investigated in detail. By using electroantennography (EAG), changes in the receptor potential elicited by odour stimuli are recorded. It turns out that seasonal and maybe also circadian rhythms appear to play an important role in cockchafer larvae antenna physiology. The behavioural response of cockchafer larvae is tested on selected compounds. A dual choice test setup is designed to study the behavioural orientation of the belowground living larvae. Attractive and repellent compounds in host plants are identified. Preparative methods show the antennal lobes (ALs, first central processing unit for olfactory information processing in the insect brain) of 3rd instar of M. hippocastani to contain a high number of glomeruli, which are regarded as the functional subunits of odour discrimination. Therefore, a highly developed odour discrimination ability of the cockchafer larvae is indicated. These findings are, to our knowledge, the first proof that larvae of M. hippocastani are able to perceive volatiles emitted by roots of their host plants Quercus sp. in electrophysiological and behavioural tests.