Towards phytosanitary irradiation of Paracoccus marginatus (Hemiptera: Pseudococcidae): Ascertaining the radiosensitivities of all life stages

Abstract

The present investigation was carried out to create a scientific foundation on which to establish a phytosanitary irradiation regimen against the quarantine pest, the papaya mealybug, Paracoccus marginatus Williams and Granara de Willink (Hemiptera: Pseudococcidae). All of the ontogenetic stages of P. marginatus were irradiated with a range of doses of gamma radiation intended to completely prevent reproduction either by inducing sterility of the adults or by metamorphic arrest of the immatures stages. Effective gamma doses (ED99.9) ranged from 26 Gy for the egg—the most sensitive pre-imaginal stage—to 258 Gy for the N3-female—the most resistant pre-imaginal stage in which induced lethality—caused by metamorphic arrest to prevent adult formation—was used as the measure of efficacy against the various irradiated pre-imaginal stages. Further, an ED99.9 dose in the range of 27–62 Gy applied to various immature stages was sufficient to induce reproductive sterility in parent (P) generation adults as a consequence of carry-over effects induced by sub-lethal irradiation of the pre-imaginal immature stages. ED99.9 doses applied to adult females for the induction of complete sterility were in the range of 56–165 Gy depending on the age of the irradiated adult females. In addition, sub-sterilizing doses administered to P generation adults were efficacious in inducing either metamorphic arrest or reproductive sterility in their F1 progeny. The prevention of development of F1 N2 nymphs from F1 N1 crawlers—another important threshold for efficacy of phytosanitary irradiation—was feasible with the ED99.9 dose of 91 Gy administered to the most radio-tolerant stage of P generation, i.e., gravid females. ED99.9 values in the range of 35–62 Gy administered to P generation adult females belonging to different age groups were sufficient to completely prevent  the formation of F1 adult females. ED99.9 sub-sterilizing gamma radiation doses in the range of 27–37 Gy given to P adult males and females—irradiated in different age groups—were sufficient to induce complete F1 sterility. Further, irradiation with either 200 Gy or 400 Gy did not degrade the sensory indices of papaya, Carica papaya L. (Brassicales: Caricaceae)—a major host of P. marginatus—such as color and weight, and vital physico-chemical attributes, thus assuring phytosanitary irradiation as an acceptable method safeguarding this fresh food. The present investigation indicated that gamma radiation in the range of 165–258 Gy applied against P. marginatus could be used as an effective and safe phytosanitary irradiation measure, because these doses induce lethality in developing stages, sterility in adults of this pest and do not degrade the quality of papaya fruits as a human food. Since the magnitude of the adult sterilizing dose was less than the dose causing pre-imaginal metamorphic disruption, a gamma dose of 200 Gy might be considered as an effective phytosanitary treatment to enable infestation-free agricultural commerce with respect to this quarantine pest.

Resumen

Se realizó la presente investigación para crear una base científica sobre la que se puede establecer un régimen de irradiación fitosanitaria contra la plaga de cuarentena, la cochinilla de la papaya, Paracoccus marginatus Williams y Granara de Willink (Hemiptera: Pseudococcidae). Se irradiaron todos los estadios ontogenéticos de P. marginatus con un rango de dosis de radiación gamma con el intento de impedir totalmente la reproducción, ya sea mediante la inducción de esterilidad de los adultos o por el arresto metamórfico de los estadios de inmaduros. Las dosis eficaces de gamma (ED99.9) variaron de 26 Gy para el huevo—el estadio más sensible pre-imaginal—a 258 Gy para la hembra N3—el estadio pre-imaginal más resistente en el que la letalidad inducida—causada por el arresto metamórfico para prevenir la formación del adulto—se utilizó como una medida de la eficacia frente a los diversos estadios pre-imaginales irradiados. Además, una dosis ED99.9 en el intervalo de 27 a 62 Gy aplicada a los estadios inmaduros fue suficiente para inducir la esterilidad reproductiva en los adultos de la generación pariente (P) como consecuencia de efectos de arrastre inducidos por irradiación subletal de la de los estadios pre- imaginales de inmaduros. Las dosis ED99.9 aplicadas a las hembras adultas para la inducción de esterilidad completa fueron en el rango de 56 a 165 Gy dependiendo de la edad de las hembras adultas irradiadas. Además, las dosis de sub-esterilización administradas a los adultos de generación P fueron eficaces en la inducción de la detención metamórfica o la esterilidad reproductiva en su progenie F1. La prevención del desarrollo de las ninfas F1 N2 del primer estadio F1 N1—otro umbral importante para la eficacia de la irradiación fitosanitaria—fue factible con la dosis de 91 Gy ED99.9 administrada al estadio más radio tolerante de las hembras grávidas de generación P. Los valores ED99.9 en el rango de 35 a 62 Gy administrados a las hembras adultas de generación P pertenecientes a diferentes grupos de edad fueron suficientes para evitar completamente la formación de hembras adultas de F1. Las dosis ED9 9.9 de gamma esterilizantes en el rango de 27 a 37 Gy dado a los adultos machos y hembras P—irradiaron en diferentes grupos de edad—fueron suficientes para inducir la esterilidad completa de la F1. Además, la irradiación, ya sea con 200 o 400 Gy no degradaba los índices sensoriales de la papaya, Carica papaya (Brassicales: Caricaceae)—un hospedero importante de P.marginatus,—tales como el color y la pérdida de peso, y los atributos físico-químicas vitales, así asegurando la irradiación fitosanitaria como un método aceptable para la salvaguardia de este alimento fresco. La presente investigación indica que la radiación gamma en el rango de 165 a 258 Gy aplicada contra P. marginatus podría ser utilizada como una medida eficaz y segura irradiación fitosanitaria, debido a que estas dosis induce letalidad en los estadios de desarrollo, la esterilidad en los adultos de esta plaga y no hacer degradar la calidad de los frutos de papaya como alimento humano. Puesto que la magnitud de la dosis de esterilización de adultos era menos de la dosis que causa la interrupción metamórfico pre-imaginal, una dosis gamma de 200 Gy puede ser considerada como un tratamiento fitosanitario eficaz para permitir el comercio agrícola libre de infestación con respecto a esta plaga de cuarentena.