Two potential biological control agents for Amaranthus (Amaranthaceae) species: Hypolixus pica and Lixus subtilis (Coleoptera: Curculionidae)

Year 2024, Volume: 28 Issue: 1, 70 - 81, 25.03.2024

Mesut Sırrı

https://doi.org/10.29050/harranziraat.1394119

Abstract

Amaranthus species are among the most important weeds affecting the yields of many agricultural crops worldwide due to their adaptability and competitiveness in different habitats. Considering their strong competitive ability and the presence of herbicide resistant biotypes: It is important to determine alternative weed control strategies for Amaranthus species. The aim of this study was to obtain data that can be used in the biological control of Amaranthus species, to support alternative control efforts for weeds and to provide a resource for biological control efforts. For these purposes, insect species feeding on Amaranthus species were identified in 119 locations in four provinces in the Southeastern Anatolia Region of Turkey and the possibilities of using these species as biological control agents in the control of related plants were investigated by field and preliminary laboratory studies. All plant parts (root, stem, leaf, flower, seed) of at least 10 plants of each Amaranthus species encountered in sampling areas (20 m × 20 m = 400 m2) were examined. During the surveys, data were collected on the damage status of the sampled plants and the biological stages (adults, larvae and pupae) of the insect species. In this context, larvae and pupae of insects detected on Amaranthus species and young plants with feeding symptoms of insect species were monitored in the laboratory environment. When the data obtained were evaluated; three different Amaranthus species, namely Amaranthus retroflexus L., A. palmeri S. Watson and A. albus L. were identified in the study area. In addition, two Coleoptera Curculionidae species that feed on A. retroflexus and A. palmeri species and spend their biological periods on these plants: Curculionidae species; Hypolixus pica (F.) and Lixus subtilis Boheman, 1835 were identified. As a result of preliminary efficacy studies conducted under laboratory conditions, it was determined that both insect species were able to suppress A. retroflexus and A. palmeri species. However, since the effectiveness level of the relevant insect species is directly proportional to the population density of biological control agents, it is recommended to conduct detailed field and laboratory studies for more detailed information.

Keywords

Amaranthus spp., pigweed species, Biological control,, Hypolixus pica (F.), Lixus subtilis Boheman, 1835, Turkey

Amaranthus (Amaranthaceae) türleri için iki potansiyel biyolojik kontrol ajanı: Hypolixus pica ve Lixus subtilis (Coleoptera: Curculionidae)

Abstract

Amaranthus türleri farklı habitatlara uyum ve rekabet yetenekleri nedeniyle dünya genelinde pek çok tarımsal ürünün verimini etkileyen en önemli yabancı otlar arasında yer almaktadır. Güçlü rekabet yeteneklerinin yanında herbisitlere dayanıklı biyotiplerinin varlığı da dikkate alındığında: Amaranthus türleri için alternatif yabancı ot kontrol stratejilerinin belirlenmesi önemlidir. Bu çerçevede ele alınan bu çalışma ile Amaranthus türlerinin biyolojik mücadelesinde kullanılabilecek veriler elde etmek, yabancı otlara yönelik alternatif mücadele çalışmalarını desteklemek ve biyolojik mücadele çalışmalarına bir kaynak sağlamak amaçlanmıştır. Bu amaçlar için Türkiye’nin Güneydoğu Anadolu Bölgesinde yer alan dört il genelinde 119 lokasyonda bir sürvey çalışmasıyla Amaranthus türleri ile beslenen böcek türleri tespit edilmiş ve bu türlerin ilgili bitkilerin mücadelesinde biyolojik mücadele ajanı olarak kullanım olanakları saha ve ön laboratuvar çalışmalarıyla araştırılmıştır. Örnekleme alanlarında (20m × 20m = 400 m2) karşılaşılan her bir Amaranthus türünde en az 10 adet bitkinin tüm bitki aksamları (kök, gövde, yaprak, çiçek, tohum) incelenmiştir. İncelemeler sırasında örneklenen bitkilerin zarar durumları ve böcek türlerinin biyolojik dönemlerine (ergin, larva ve pupa) ait veriler toplanmıştır. Bu bağlamda Amaranthus türleri üzerinde tespit edilen böceklere ait larva ve pupalar ile bu böcek türlerinin beslenme belirtilerin olduğu genç bitkiler laboratuvar ortamında takip edilmiştir. Elde edilen veriler değerlendirildiğinde; çalışma alanında Amaranthus retroflexus L., A. palmeri S. Watson ve A. albus L. olmak üzere üç farklı Amaranthus türü belirlenmiştir. Ayrıca, A. retroflexus ile A. palmeri türleri ile beslenen ve biyolojik dönemlerini bu bitkiler üzerinde geçiren iki Coleoptera: Curculionidae türü; Hypolixus pica (F.) ve Lixus subtilis Boheman, 1835 tanımlanmıştır. Laboratuvar koşullarında yapılan ön etkinlik çalışmaları sonucunda ise her iki böcek türünün de A. retroflexus ile A. palmeri türlerini baskı altına alabildiği belirlenmiştir. Ancak, ilgili böcek türlerinin etkinlik düzeyi biyolojik kontrol ajanlarının popülasyon yoğunluğuyla doğru orantılı olduğu için daha ayrıntılı bilgiler için detaylı saha ve laboratuvar çalışmalarının yapılması önerilmektedir.

Keywords

Amaranthus spp., Horozibiği türleri, Biyolojik mücadele,, Hypolixus pica (F.), Lixus subtilis Boheman, 1835, Türkiye

References

• Atay, T., Asav, Ü., Önen, H., & Kara, K. (2015). İstilacı Yabancı Otlarla Biyolojik Mücadele. Ed. H. Önen, Türkiye İstilacı Bitkiler Kataloğu. (s. 81-118). T.C. Gıda, Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü Bitki Sağlığı Araştırmaları Daire Başkanlığı; Ankara.
• Aytaç, N., Yüzügüllü, D. A., Demirhindi, H., & Gönültaş, T. (2017). Pestisit Kullanımının Halk Sağlığı Etkileri. Arşiv Kaynak Tarama Dergisi, 26(4), 540-551. doi:10.17827/aktd.303904
• Balsbaugh E.U., Jr Frye, R.D., Scholl, C.G., & Anderson, A.W. (1981). Insects for weed control: status in North Dakota. North Dakota Farm Research, 39, 3-7.
• Bürki H.M. (1997). Investigations on the feasibility of biological control of pigweeds (Amaranthus retroflexus L., A. powellii S. Wats. and A. bouchonii Thell.) with Phytophagous Insects, Fungal Pathogens and Crop Management. University of Bern, PhD Thesis, Switzerland.
• Bürki H.M., Schroeder, D., Lawrie, J., Cagán, L., Vráblová, M., El Aydam, M., Szentkirályi, F., Ghorbani, R., Jüttersonke B., & Ammon, H.U. (1997). Biologicalcontrol of pigweeds (Amaranthus retroflexus L., A. powellii S. Watson and A. bouchonii Thell.) using phytophagous insects, fungal pathogens and crop management. Integrated Pest Management Reviews, 2, 51–59.
• Bürki, H. M., Lawrie, J., Greaves, M. P., Down, V. M., Jüttersonke, B., Cagán, L., Vráblová, M., Ghorbani, R., Hassan, E.A., & Schroeder, D. (2001). Biocontrol of Amaranthus spp. in Europe: state of the art. BioControl, 46, 197-210. https://doi.org/10.1023/A:1011461523079
• Carvalho-Moore, P., Norsworthy, J.K., González-Torralva, F., Hwang, J.I., Patel, J.D., Barber, L. T., Butts, T.R., & McElroy, J.S. (2022). Unraveling the mechanism of resistance in a glufosinate-resistant Palmeramaranth (Amaranthus palmeri) accession. Weed Science, 70(4), 370-379.
• Caiati, C., Pollice, P., Favale, S., & Lepera, M. E. (2020). The herbicide glyphosate and its apparently controversial effect on human health: An updated clinical perspective. Endocr Metab Immune Disord Drug Targets, 20(4), 489-505. DOI: 10.2174/1871530319666191015191614.
• Colonnelli, E. (2004). Catalogue of Ceutorhynchinae of the world, with a key to genera (In secta: Coleoptera: Curculionidae), Argnia, Barcelona, 3-124.
• Cullen, J.M., Palmer, W.A., & Sheppard, A.W. (2023). Biological control of weeds in Australia: Thelast 120 years. Austral Entomology, 62(2), 133-148.
• Davıs, P.H. (1965-1970) Flora of Turkey. Edinburgh Universty Press. 22. George Square, Edinburgh. North America Volume 1-11.
• Day, M.D., & Witt, A.B.R. (2019). Weed Biological Control: Challenges and Opportunities, Weeds – Journal of Asian-Pacific Weed Science Society, 1(2), 34-44.
• Delen, N., Kınay, P., Yıldız, F., Yıldız, M., Altınok, H. H., & Uçkun, Z. (2010). Türkiye tarımında kimyasal savaşımın durumu ve entegre savaşım olanakları. Türkiye Ziraat Mühendisliği VII. Teknik Kongresi, (s. 609-625), 11-15 Ocak 2010, Ankara.
• Demir, A., & Tepe, I. (2001). Distribution and density of weeds in chickpea cultivation areas in Diyarbakır province in Turkey. Türkiye Herboloji Dergisi, 4(1), 21-29.
• Doğan, S., Özçelik, S., Dolu, Ö., & Erman, O. 2010. Küresel ısınma ve biyolojik çeşitlilik. İklim Değişikliği ve Çevre, 3, 63-88.
• El-Aydam, M., & Bürki, H. M. (1997). Biological control of noxious pigweeds in Europe: a literature review of the insect species associated with Amaranthus spp. worldwide. Biocontrol News and Information, 18(1), 11-20.
• Erbas, F., Dogan, M. N., Turkseven, S. G., Ongun, A. R., Pinar, S., Tunali, C. U., & Ertem, A. A. P. M. (2024). A survey on Palmer amaranth (Amaranthus palmeri S. Wats.) in Cukurova region of Türkiye. Pakistan Journal of Agricultural Sciences, 61(1). DOI:10.21162/PAKJAS/24.221
• Eren, Ö., Doğan, M.N., Boz, Ö., Türkseven, S., & Özcan, R. (2016). Amaranthus palmeri L. [In: Raab-Straube, E. von & T. Raus, (Editors), Euro+Med-Checklist Notulae, 6], Willdenowia. 423-424, 437-441.
• Ergun, M., Özbay, N., Osmanoğlu, A., & Çalkır, A. (2014). Sebze ve Tahıl Olarak Amarant (Amaranthus spp.) Bitkisi, Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 4(3), 21-28.
• Esfandiari, M., & Aynehnand, A. (2012). First report on damages caused by an insect pest on Amaranth crop in Iran. Plant Pest Research, 2(1), 67-70.
• Farooq S., Önen H., & Özcan S. (2015). İstilacı Yabancı Bitkilerin Etkileri (Impacts of invasive alien plants). Ed. H. Önen, Türkiye İstilacı Bitkiler Kataloğu: (s. 14-35). T.C. Gıda, Tarım Ve Hayvancılık Bakanlığı Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü Bitki Sağlığı Araştırmaları Daire Başkanlığı; Ankara.
• Garvey, P.V., Meyers, S.L., Monks, D.W., & Coble, H.D. (2013). Influence of Palmer Amaranth (Amaranthus palmeri) on the Critical Period for Weed Control in Plasticulture-Grown Tomato. Weed Technology, 27(1), 165-170.
• Güncan, A. (2014). Yabancı ot mücadelesi. Selçuk Üniversitesi Yayınevi, Konya.
• Güncan, A., & Karaca, M. (2018). Yabancı Ot Mücadelesi (Güncellenmiş ve İlaveli Dördüncü Baskı) Selçuk Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Konya. (ISBN:975-448-178-4).
• Haseeb, M., O’Brien, C.W., Flowers, R.W., & Kairo, M.T.K.M. (2006). Identification tool for weevil biological control agents of aquatic and terrestrial weeds in the United States and Canada. Lucid Key (Ver. 3.3), December, 2006.
• Hierro J.L., Eren, Ö., Chiuffo M.N., & Villarreal, D. (2013). Non-native conditions favor nonnative populations of invasive plant: demographic consequences of seed size variation? Oikos, 122(4), 583-590.
• Huang, Z., Cui, H., Wang, C., Wu, T., Zhang, C., Huang, H., & Wei, S. (2020). Investigation of resistance mechanism to fomesafen in Amaranthus retroflexus L. Pesticide biochemistry and physiology, 165, 104560.
• Kolaib, M.O., Younes, M.W.F., & Darwish, E.T.E. (1986). Hypolixus nubilosus as a factor in biological control of Amaranthus weeds in Egypt. Annals of Agricultural Science (Cairo), 31(1), 767-776.
• Lee, C. (2011). Grain Amaranth. University of Kentucky, College of Agriculture, Cooperative Extension Service, July 2011. http:// www.uky.edu/Ag/CCD/introsheets/amaranth.pdf (Erişim tarihi: 19.09.2023).
• Li, W., Cao, Y., Liu, Z., Wei, S., Huang, H., Lan, Y., Sun, Y., & Huang, Z. (2022). Investigation of resistance mechanisms to bentazone in multiple resistant Amaranthus retroflexus populations. Pesticide Biochemistry and Physiology, 186, 105164.
• Louw, S., Van Eeden, C. F., & Weekds, W.J. (1995). Curculionidae (Coleoptera) associated with wild and cultivated Amaranthus spp.(Amaranthaceae) in South Africa, African Crop Science Journal, 3(1), 93-98.
• Mahoney, D.J., Jordan, D.L., Hare, A.T., Leon, R.G., Roma-Burgos, N., Vann, M.C., & Cahoon, C.W. (2021). Palmer amaranth (Amaranthus palmeri) growth and seed production when in competition with peanut and other crops in North Carolina. Agronomy, 11(9), 1734.
• Mlakar, S.G., Turinek, M., Jakop, M., Bavec, M., & Bavec, F. (2010). Grain amaranth as alternative and perspective crop in temperate climate. Journal of Geography, 5(1), 135-145.
• Mosyakin, S.L., & Robertson, K.R. (2004). Amaranthus L. Flora of North America Editorial Committee, (edlr.). Flora of North America North of Mexico [Online] 4. New York and Oxford:(Erişim;19.09.2023).
• Napompeth, B. (1982). Biological research and development in Thailand. In Proceedings of the International Conference on Plant Protection Tropics, (pp. 301–303). Malaysian Plant Protection Society.
• Norsworthy, J.K., Griffith, G.M., Scott, R.C., Smith, K.L., & Oliver, L.R. (2008). Confirmation and control glyphosate-resistant Palmer amaranth (Amaranthus palmeri) in Arkansas. Weed Technology, 22(1), 108-113.
• Önen, H., Farooq, S., Muñoz-Rodríguez, P., Alharbi, S. A., & Alfarraj, S. (2023). Ipomoea tricolor (Convolvulaceae) in Turkey: New occurrence record and potential spread areas under current climatic conditions. Journal of King Saud University-Science, 35(3), 102543.
• Önen, H. (2010a). Küresel ısınma ve biyolojik çeşitlilik. Ed. Y. Serin, Küresel İklim Değişimine Bağlı Sürdürülebilir Tarım Cilt II: (s. 134-154). YİBO Eğitimi., Erciyes Üniversitesi Yayın No:177, Erciyes Üniversitesi Seyrani Ziraat Fakültesi Yayın No:1, Fidan Ofset, Kayseri.
• Önen, H. (2010b). Organik ve İyi Tarım (EUREP–GAP) Uygulamaları. Ed. Y. Serin, Küresel iklim Değişimine Bağlı Sürdürülebilir Tarım Cilt II: (s. 146-169). YİBO Eğitimi., Erciyes Üniversitesi Yayın No:177, Erciyes Üniversitesi Seyrani Ziraat Fakültesi Yayın No:1, Fidan Ofset, Kayseri.
• Önen, H., & Özcan, S. (2010). İklim değişikliğine bağlı olarak yabancı ot mücadelesi. Ed. Y. Serin, Eds. Küresel iklim değişimine bağlı sürdürülebilir tarım Cilt II: (s. 336-357). YİBO Eğitimi, Erciyes Üniversitesi Yayın No: 177, Erciyes Üniversitesi Seyrani Ziraat Fakültesi Yayın No: 1, Fidan Ofset, Kayseri,
• Önen, H. (2015). İstilacı Yabancı Türler ve İstila Süreçleri. Ed. H. Önen, Türkiye İstilacı Bitkiler Kataloğu: (s. 1-13). T.C. Gıda, Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü Bitki Sağlığı Araştırmaları Daire Başkanlığı, Ezgi Ofset Matbaacılık, Ankara. ISBN: 978-605-9175-05-0.
• Özaslan, C., & Kendal, E. (2014). Determination of the weeds in production areas of Lice tomato, Igdır University Journal of the Institute of Science and Technology. 4(3), 29-34.
• Özaslan, C., Akın., S., & Gürsoy, S. (2015). Weed control and crop production practices in cotton production in Diyarbakır Province of Turkey. Yuzuncu Yıl University Journal of Agricultural Sciences, 25(1), 41-47.
• Özaslan, C., Farooq, S., & Onen, H. (2017). Palmer amaranth (Amaranthus palmeri S. Watson): A new addition to the alien flora of South Eastern Anatolia. 26th Asian Pacific Weed Science Society Conference, (p. 293), 19-22 Semyember 2017, Kyoto Japan.
• Özbek, H. (2014). Hypolixuspica (Faust)(Coleoptera: Curculionidae) feeding on almonds in Antalya. Türkiye Entomoloji Bülteni, 4(1), 55-59.
• Özcan, S., Tetik, Ö., Torun, H., & Özaslan, C., 2015. Amaranthus spinosus L. Ed. H. Önen, Türkiye İstilacı Bitkiler Kataloğu: (s. 172-182). T.C. Gıda, Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü Bitki Sağlığı Araştırmaları Daire Başkanlığı, Ezgi Ofset Matbaacılık, Ankara. ISBN: 978-605-9175-05-0.
• Özer, Z., Önen, H., Tursun, N., & Uygur, F.N. (1999). Türkiye’nin Bazı Önemli Yabancı Otları (Tanımları ve Kimyasal Savaşımları). Gaziosmanpaşa Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları No:38 Kitap Serisi No:16, Tokat.
• Pala, F., & Mennan, H. (2016). Güneydoğu Anadolu Bölgesi pamuk alanlarında bulunan horozibiği (Amaranthus spp.) türlerinin, yaygınlıklarının ve yoğunluklarının belirlenmesi, Mustafa Kemal Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 21(2), 139-148.
• Pehlivan, S., Erbey, M., & Atakan, E. (2022). The weevil, Hypolixus pica (F.)(Coleoptera: Curculionidae) as a potential biological control agent of Amaranthus species (Amaranthaceae) in Adana Province, Turkey. Türkiye Biyolojik Mücadele Dergisi, 13(2), 118-127.
• Pourtaherzarei, R. A., Shishebor, P., & Eslamizadeh, R. (2010). A study of the biology of amaranth stem-boring weevil, Hypolixus pica (Fabricius) on red root pigweed, Amaranthus retroflexus L. in Dezful. Iranian Journal of Plant Protection Science, 41(2), 225-232.
• POWO (2023). Welcome to Plants of the World Online, https://powo.science.kew.org/ (Erişim: 5.02.2024)
• Schroeder, D., Müller-Scharer, H., & Stinson, C.S.A. (1993). A European weed survey in 10 major crop systems to identify targets for biological control. Weed Research, 33(6), 449–458.
• Sert, O. (1995). İç Anadolu Bölgesi Curculionidae (Coleoptera) famliyası üzerinde taksonomik çalışmalar, Doktora Tezi, Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 1-184.
• Sırrı, M. (2022). Güneydoğu Anadolu Bölgesi için Yeni Bir Risk Amaranthus palmeri. MAS Journal of Applied Sciences, 7(4), 1072-1090.
• Sırrı, M., Özaslan, C., Sert, O., & Alfarraj, S. (2022). Natural enemies feeding on some Centaurea species in the Yüksekova basin. Journal of King Saud University-Science, 34(6), 102215.
• Snodgrass, G.L., Scott, W.P., & Smith, J.W. (1984). Host plants and seasonal distribution of the tarnished plant bug (Hemiptera: Miridae) in the Delta of Arkansas, Louisiana, and Mississippi. Environmental Entomology, 13(1), 110-116.
• Tepe, I. (2014). Yabancı Otlarla Mücadele. Ed. I. Tepe, İzmir: Sidas Medya Ziraat Yayın No: 031. (ISBN NO: 978-605-5267-17-9).
• Tozlu, G., Çorlu, İ., & Gültekin, L. (2010). Türkiye’de Amaranthus (Amaranthaceae) Türlerine Karşı Biyolojik Mücadelede Böceklerin Kullanımı, Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 41(2), 169-176.
• Uludag, A., Arslan, Z.F., Kütük, H., & Jabran, K. (2022). A preliminary study on arthropods as potential biological control agents for management of alien ornamental plants in Turkey. Acta Herbologica, 31(1), 27-42.
• Uludağ, A., Aksoy, N., Yazlık, A., Arslan, Z. F., Yazmış, E., Üremiş, I., Cossu, T., Groom, Q., Pergl, J., Pyšek, P., & Brundu, G. (2017). Alien flora of Turkey: checklist, taxonomic composition and ecological attributes. NeoBiota, 35, 61–85. https://doi.org/10.3897/ neobiota.35.12460.
• Uygur, S., Tetik, Ö., & Koca, A.D. (2021). Türkiye için yeni bir yabancı ot türü: Amaranthus crassipes Schltdl. (Horozibiğigiller/AmaranthaceaeJuss.). Bağ Bahçe Bilim Dergisi, 8(2), 7-11.
• Uygur, S., & Uygur, F. N. (2010). Yabancı otların biyolojik mücadelesi. Türkiye Biyolojik Mücadele Dergisi, 1(1), 79-95.
• Van Bruggen, A. H., Finckh, M. R., He, M., Ritsema, C. J., Harkes, P., Knuth, D., & Geissen, V. (2021). Indirect effects of the herbicide glyphosate on plant, animal and human health through its effects on microbial communities. Frontiers in Environmental Science, 9, 763917. doi.org/10.3389/fenvs.2021.763917
• Ward, S. M., Webster, T. M., & Steckel, L. E. (2013). Palmer Amaranth (Amaranthus palmeri): A Review. Weed Technology 27(1), 12-27.
• Winston, R., Randall, C.B., Blossey, B., Tipping, P.W., Lake, E.C. & Hough-Goldstein, J. (2017). Field guide for the biological control of weeds in eastern North America. US Department of Agriculture, Forest Service, Forest Health Technology Enterprise Team.
• Winston, R.L., Schwarzlander, M., Hinz, H.L., Day, M.D., Cock, M.J.W., & Julien, M.H. (2023). Biological Control of Weeds: A World Catalogue of Agents and Their Target Weeds. Based on FHTET-2014-04, USDA Forest Service, Forest Health Technology Enterprise Team. Available online at https://www.ibiocontrol.org/catalog/ [Erişim: 24 Kasım 2023].
• Yazlık, A., Pergl, J., & Pyšek, P. (2018). Impact of alien plants in Turkey assessed by the Generic Impact Scoring System. NeoBiota, 39, 31-51.