Influence of sorghum cultivar, phenological stage, and fertilization on development and reproduction of Melanaphis sacchari (Hemiptera: Aphididae)

Abstract

The sugarcane aphid, Melanaphis sacchari (Zehntner) (Hemiptera: Aphididae), is an invasive pest of grain sorghum, Sorghum bicolor (L.) Moench (Poaceae). Since its first outbreak in sorghum in 2013, severe infestations have spread throughout the southern USA, causing major economic losses. Whereas insecticide applications can mitigate some of the pest’s impacts, a sustainable ecology-based management program is needed to reduce reliance on chemical control. Two greenhouse assays examined the influence of selected host plant characteristics on M. sacchari life table parameters. We studied the effects of silicon (rates equivalent to 0 and 3,360 kg silicon per ha) and nitrogen (rates equivalent to 0, 110, and 224 kg nitrogen per ha) on M. sacchari growth and reproduction on a susceptible cultivar (SP 7868) in 2 phenological stages (5-leaf stage and boot stage). A second experiment examined the same silicon and nitrogen treatments on resistant (DKS 37-07) and susceptible (DKS 38-88) cultivars of grain sorghum. We calculated M. sacchari life table parameters including the intrinsic rate of increase, finite rate of increase, doubling time, and mean generation time for each treatment. Aphid population growth parameters were greater for plants in the 5-leaf stage than in the boot stage. In both experiments, nitrogen fertilization had a positive effect on M. sacchari fecundity, but effects of nitrogen on other parameters were less consistent. Silicon had a negative effect on life table parameters on sorghum plants in the boot stage, but effects were not consistent across treatments. Sorghum cultivar DKS 37-07 showed a high level of resistance, because no aphids survived to adulthood. These results suggest that resistant sorghum cultivars and nitrogen management could have a role in integrated pest management of M. sacchari.

Resumen

El áfido de la caña de azúcar, Melanaphis sacchari (Zehntner) (Hemiptera: Aphididae), es una plaga invasora de grano del sorgo, Sorghum bicolor (L.) Moench. Desde su primer brote en el sorgo en el 2013, las infestaciones severas se han extendido por todo el sur de los Estados Unidos, causando grandes pérdidas económicas. Mientras que las aplicaciones de insecticidas pueden mitigar algunos de los impactos de la plaga, se necesita un programa de manejo sostenible basado en la ecología para reducir la dependencia en el control químico. Dos ensayos de invernadero examinaron la influencia de las características de la planta hospedera seleccionada sobre los parámetros de la tabla de vida de M. sacchari. Estudiamos los efectos del silicio (tasas equivalentes a 0 y 3,360 kg de silicio por hectárea) y nitrógeno (tasas equivalentes a 0, 110, y 224 kg de nitrógeno por hectárea) sobre el crecimiento y la reproducción de M. sacchari en cultivares susceptibles (SP 7868) en 2 etapas fenológicas (etapa de 5 hojas y etapa de arranque). Un segundo experimento examinó los mismos tratamientos de silicio y nitrógeno en cultivares resistentes (DKS 37-07) y susceptibles (DKS 38-88) del grano de sorgo. Calculamos los parámetros de la tabla de vida de M. sacchari, incluyendo la tasa intrínseca de aumento, la tasa finita de aumento, el tiempo de duplicación y el tiempo medio de generación para cada tratamiento. Los parámetros de crecimiento de la población de áfidos fueron mayores para las plantas en la etapa de 5 hojas que en la etapa de arranque. En ambos experimentos, la fertilización con nitrógeno tuvo un efecto positive en la fecundidad de M. sacchari, pero los efectos del nitrógeno en otros parámetros fueron menos consistentes. El silicio tuvo un efecto negativo en los parámetros de la tabla de vida de las plantas de sorgo en la etapa de inicio, pero los efectos no fueron consistentes en todos los tratamientos. El cultivar de sorgo DKS 37-07 mostró un alto nivel de resistencia porque ningún áfido sobrevivió hasta la edad adulta. Estos resultados sugieren que los cultivares de sorgo resistentes y el manejo de nitrógeno podrían tener un papel en el manejo integrado de la plaga de M. sacchari.

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