Carbon stable isotopes: a tool for studying the mating, oviposition, and spatial distribution of races of European corn borer, Ostrinia nubilalis, among host plants in the field

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Abstract

The European corn borer, Ostrinia nubilalis (Hübner, 1796) (Lepidoptera: Crambidae), is a polyphagous corn pest species that includes two host races: one feeding on corn (Zea mays L.) and one feeding on mugwort (Artemisia vulgaris L.) and hop (Humulus lupulus L.). Being able to determine the type of host plant on which field-caught moths fed as larvae would allow for the quantification of mating rates within and between races, as well as the quantification of the spatial distribution and oviposition of both races in the field. We found that stable carbon isotopes (δ;13C) are a reliable indicator of host-plant photosynthetic type (C3 or C4) regardless of adult food and intensity of metabolism; so even when food or metabolism had a significant effect on wing δ13C values, the magnitude of this effect was too small to obscure the signal characterizing host-plant type. Egg and spermatophore δ13C values similarly reflect female and male host-plant type, respectively, regardless of adult feeding. We found 224 host-plant species of O. nubilalis in the literature, including 19 species with C4-type photosynthesis. However, in temperate areas, corn is probably the only significant C4 source of adult moths. Accordingly, wing δ13C values were more variable in field-caught moths showing a typical C3-type δ13C value than in those showing a typical C4-type δ13C value.

La pyrale du maïs, Ostrinia nubilalis (Hübner, 1796) (Lepidoptera: Crambidae), est une espèce polyphage ravageuse du maïs, divisée en une race se nourrissant sur le maïs (Zea mays L.) et une race se nourrissant sur l'armoise (Artemisia vulgaris L.) et le houblon (Humulus lupulus L.). La détermination du type de plante hôte sur lequel des adultes capturés in natura se sont développés à l'état larvaire permettrait de quantifier, en conditions naturelles, les taux de croisements intra- et inter-races, ainsi que la distribution spatiale et l'oviposition des individus issus des deux races. Nous montrons ici que les isotopes stables du carbone sont des indicateurs fiables du type photosynthétique (C3 ou C4) des plantes hôtes, et ce quels que soit le type de nourriture consommé par les adultes et l'intensité de leur métabolisme. En effet, bien que la nourriture ou le métabolisme des adultes aient un effet significatif sur la teneur en δ13C des ailes, l'intensité de ces effets est trop faible pour brouiller le signal provenant de la plante hôte. De même, les valeurs de δ13C des pontes et des spermatophores reflètent parfaitement la plante hôte d'origine respectivement des femelles et des mâles, et ce indépendamment du régime alimentaire des papillons. Dans la littérature, nous avons répertorié 224 espèces de plantes hôtes d'O. nubilalis, dont 19 ont un type photosynthétique C4. Toutefois, le maïs est probablement la seule source significative d'adultes issus de plantes en C4 en zone tempérée. De manière concordante, les valeurs de δ13C des ailes de papillons capturés in natura sont plus variables chez les individus présentant des valeurs de δ13C typiques de C3 que chez les individus présentant des valeurs de δ13C typiques de C4.

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