Effect of Insect Density and Host Plant Quality on Wing-Form in Megamelus scutellaris (Hemiptera: Delphacidae)

Abstract

Megamelus scutellaris Berg (Hemiptera: Delphacidae) is a South American species that feeds on waterhyacinth, Eichhornia crassipes Mart. (Solms). This species exhibits significant wing dimorphism whereby fully winged adults (macropters) are capable of flight while those with reduced wings (brachtypters) are not. The wing form is determined by a developmental switch triggered by environmental factors including crowding, host plant quality, temperature, and photoperiod. This study examined the influences of insect density and host plant quality on M. scutellaris wing dimorphism, development, and biomass as well as their effects on E. crassipes. Two experiments exposed a single generation of M. scutellaris to lower and higher densities of conspecifics on low and high quality plants. The first experiment involved transferring second instars to test plants at loads of 50, 5, or 1 g of fresh weight plant biomass per nymph, which resulted in mean densities of 2, 15, and 69 nymphs, respectively, on both low and high quality plants. A second experiment exposed test plants to 2, 4, or 20 M. scutellaris adults for 7 days and allowed their progeny to develop into adults which ultimately produced densities of 0, 56, and 352 F1 adults, respectively, per low and high quality plants. No macropterous adults were produced in any treatment combination in either experiment. Several plant variables were affected by insect densities and plant quality including the mean relative growth rate, the change in leaf number, and the percentage of dead leaves on a plant. Megamelus scutellaris appeared to have a relatively high density threshold for macroptery within the range of host quality used in these studies. This may promote more brachyptery which, in turn, may increase the chances of this insect reaching damaging densities in field populations of E. crassipes.

Megamelus scutellaris Berg (Hemiptera: Delphacidae) es una especie de América del Sur que se alimenta del Jacinto de agua, Eichhornia crassipes Mart. (Solms). Esta especie presenta un dimorfismo significativo en las alas mediante el cual los adultos completamente alados (macrópteros) son capaces de volar, mientras que los que tienen alas reducidas (braquípteros) no pueden volar. La forma de ala es determinada mediante un interruptor de desarrollo que se desencadena por factores ambientales como el hacinamiento, la calidad de la planta huésped, la temperatura y el fotoperíodo. Este estudio examinó la influencia de la densidad de insectos y la calidad de la planta huésped sobre el dimorfismo de las alas de M. scutellaris, el desarrollo y la biomasa, así como sus efectos en E. crassipes. Realizamos dos experimentos exponiendo una sola generación de M. scutellaris a densidades inferiores y superiores de sus congéneres sobre plantas de alta y de baja calidad. En el primer experimento larvas del segundo estadio fueron transferidas a las plantas de la prueba con cargas de 50, 5, ó 1 g de peso fresco de biomasa de planta por ninfa, que resultó en densidades medias de 2.0, 15 y 69.1 ninfas por planta en las plantas de baja y de alta calidad, respectivamente. En el segundo experimento, las plantas de la prueba fueron expuestas a 2, 4, ó 20 adultos de M. scutellaris por 7 días y permitimos que sus progenies se convertieran en adultos, lo que finalmente produjieron densidades de 0, 56.5 y 352.4 adultos (F1) por planta en plantas de baja y alta calidad, respectivamente. Adultos macrópteras no fueron producidos en cualquier combinación de tratamiento en ninguno de los experimentos. Varias variables de plantas fueron afectadas por la densidad de insectos y la calidad de la planta incluyendo el promedio de la tasa de crecimiento relativa, el cambio en el número de hojas, y el porcentaje de hojas muertas en una planta. Megamelus scutellaris parece tener un umbral de densidad relativamente alta para que desarollen los adultos macrópteros dentro del rango de calidad huésped usada en estos estudios. Esto puede promover el desarrollo de los adultos braquípteros que, a su vez, puede aumentar las posibilidades de que este insecto alcanzan densidades dañinas en las poblaciones de campo de E. crassipes.

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