Specializace kůrovců Ips duplicatus a Ips typographus k hostitelským vůním

Bc. Jan Prchal

Master's thesis

Olfactory specialization of bark beetles Ips typographus and Ips duplicatus to host volatiles

Abstract:

Lýkožrout smrkový (Ips typographus) je společně s lýkožroutem severským (Ips duplicatus) největším škůdcem smrkových porostů v České republice a Evropě. Přestože způsob kolonizace hostitele je u obou druhů velmi podobný, existují významné rozdíly. Ips typographus preferuje starší stromy a dolní části kmenů, Ips duplicatus napadá mladší stromy, případně horní části starších stromů a větve. Lýkožrout smrkový při kolonizaci vytváří ohniska a je silně přitahován i popadanými stromy. Lýkožrout severský napadá dřeviny nepravidelně roztroušené v porostu a ležící dříví nenapadá. Tyto rozdíly v chování mohou být způsobeny rozdílným složením těkavých látek produkovaných různými částmi stromu různého věku, nebo rozdílnou čichovou schopností, kdy oba druhy vnímají jiné typy látek. V úvahu také připadá možnost, že oba druhy vnímají stejné spektrum látek, liší se však odlišným zpracováním v mozku a následným vznikem jiných podnětů v chování. Tato práce měla za úkol analyzovat složení těkavých látek různých částí různě starých smrků, identifikovat komponenty smrkové vůně, identifikovat čichově aktivní látky pro jednotlivé druhy a následně porovnat jejich čichové schopnosti. Analýza vůní byla provedena pomocí plynové chromatografie s hmotnostní detekcí (GC-MS), čichově aktivní látky byly zjišťovány pomocí plynové chromatografie s biologickou (elektroantennografickou) detekcí (GC-EAD). V analyzovaných smrkových vůních bylo nalezeno celkem 34 čichově aktivních látek, 17 z nich jsme dokázali jednoznačně identifikovat. Jsou to látky α-pinen, kamfen, β-pinen, myrcen, 3-karen, limonen, β-felandren, 1,8-cineol, terpinolen, camfor, pinokamfon, borneol, isopinokamfon, verbenon, bornylacetát, longifolen a trans-karyofylen. Jednotlivé směsi různých částí či různě starých smrků se vzájemně neliší skladbou látek (kvalitativně), ale různou koncentrací jednotlivých látek (kvantitativně). U látek α-pinen, thujanol, kubenen, E-β-farnesen a germakren D byly nalezeny rozdíly vnímání mezi studovanými druhy. Zjištěné poznatky z této práce přispívají k odhalení smyslového vnímání kůrovců Ips typographus a Ips duplicatus. Výsledky mohou být podkladem pro další výzkumy, které se budou zabývat vlivem identifikovaných látek na chování studovaných druhů kůrovců.

Abstract:

Bark beetles Ips typographus and Ips duplicatus are economicaly important pest of spruce forests in the Czech republic and in Europe. Although the behavior of these species during host colonization is very similar, there are species specific differences in host preferences. Ips typographus prefers to attack older trees, mostly the lower part of the trunk, Ips duplicatus attacks younger trees or upper part of the old trees and their branches. Ips typographus creates focused infested areas within the forest and is highly attracted to fallen trees. Ips duplicatus on the other hand choose trees scattered in the forest and is not attracted at all to fallen trees. These differences in their behaviour can be driven by different composition of volatile compounds produced by different parts of the tree or of different age, or can be the result of different olfactory abilities of compared bark beetle species. There is also a possibility that both species recognize the same spectrum of compound, but they analyzed them differently in the brain, which then influence bark beetles behavior. The aim of this work was to: I) analyze the composition of volatile compounds from different parts of spruce and of different ages, II) identify the olfactory active components of the spruce odor, and III) compare the olfactory abilities of both species. Spruce volatiles were analyzed using gas chromatography with mass detection (GC-MS), olfactory active compounds were determined using gas chromatography with biological (electroantennographic) detection (GC-EAD), where bark beetle antenna served as a biological detector. A total of 34 active compounds were found in analyzed spruce odors, 17 of them were chemically identified. These compounds are α-pinene, camphene, β-pinene, myrcene, 3-carene, limonene, β-phellandrene, 1,8-cineole, terpinolene, camphor, pinocamphone, borneol, isopinocamphone, verbenone, bornylacetate, longifolene and trans-caryophyllene. Between odours obtained from spruce of different age or of different parts were no differences in qualitative composition, only quantitative changes in their concentrations were found. Differences in antennal perception between the two studied speceies were found for compounds α-pinene, sabinene hydrate, cubebene, E-β-farnesene and germacrene D. The results from this work expand our understanding about the olfactory perception of bark beetles I. typographus and I. duplicatus. The results in this master thesis represent a basis for further research to understand, how olfactory active compounds affect the behavior of studied species.

Keywords

Ips typographus, Ips duplicatus, GC-MS, GC-EAD, Picea abies, čichová specializace

Keywords

Ips typographus, Ips duplicatus, GC-EAD, GC-MS, Picea abies, olfactory specialization

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 15. 5. 2023
• Supervisor: RNDr. Blanka Kalinová, CSc.
• Reader: Irena Valterová, CSc.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Master programme:
Applied Ecology