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Office of Scientific and Technical Information

Title: Gas-exchange patterns of Mediterranean fruit fly Pupae (Diptera: Tephritidae): A tool to forecast developmental stage

Abstract

The pattern of gas-exchange (CO{sub 2} emission) was investigated for developing Mediterranean fruit fly (medfly) Ceratitis capitata (Wiedemann) pupae incubated at different temperatures. This study was undertaken to explore the usefulness of gas-exchange systems in the determination of physiological age in developing pupae that are mass produced for sterile insect technique projects. The rate of CO{sub 2} emission was measured in a closed flow-through system connected to commercial infrared gas analysis equipment. Metabolic activity (rate of CO{sub 2} emission) was related to pupal eye-color, which is the current technique used to determine physiological age. Eye-color was characterized digitally with 3 variables (Hue, Saturation and Intensity), and color separated by discriminant analysis. The rate of CO{sub 2} emission throughout pupal development followed a U-shape, with high levels of emission during pupariation, pupal transformation and final pharate adult stages. Temperature affected the development time of pupae, but not the basic CO{sub 2} emission patterns during development. In all temperatures, rates of CO{sub 2} emission 1 and 2 d before adult emergence were very similar. After mid larval-adult transition (e.g., phanerocephalic pupa), digital eye-color was significantly correlated with CO{sub 2} emission. Results support the suggestion that gas-exchange should be explored further as amore » system to determine pupal physiological age in mass production of fruit flies. (author) [Spanish] En el presente estudio se investigaron los patrones de intercambio gaseoso (emision de CO{sub 2}) en pupas de la mosca de las frutas del Mediterraneo (Ceratitis capitata Wiedemann) incubadas a diferentes temperaturas. El estudio fue realizado con la finalidad de explorar la utilizacion de sistemas de intercambio gaseoso en la determinacion de la edad fisiologica de pupas durante su produccion masiva en proyectos de mosca esteril. La proporcion de emision de CO{sub 2} fue medido en un sistema cerrado de 'flujo a traves del sistema' conectado a un detector infrarrojo de gases. La actividad metabolica de la pupa (emision de CO{sub 2}) fue contrastado al color del ojo de la pupa en desarrollo, que constituye la actual tecnica de determinacion de la edad fisiologica. El color de ojos en pupa fue determinado digitalmente, usando tres variables (Tendencia, Saturacion e Intensidad). Los colores fueron separados utilizando el analisis discriminatorio. Los patrones de emision de CO{sub 2} durante el desarrollo de la pupa sugieren una tendencia de U: una alta actividad metabolica durante la fase inicial de pupacion y transformacion y durante la fase final del adulto. La temperatura de incubacion afecto el tiempo de desarrollo pero no el patron basico de actividad metabolica. La proporcion de emision de CO{sub 2} uno y dos dias antes de la emergencia del adulto fue muy similar para pupas mantenidas en las diversas temperaturas. El color digital del ojo de la pupa se correlaciono significativamente con los patrones de emision de CO{sub 2} detectados a partir de la fase media de la transformacion de larva a adulto. Los resultados soportan la utilizacion de sistemas de intercambio gaseoso como un sistema auxiliar para la determinacion de la edad fisiologica en cria masiva de moscas de la fruta. (author)« less

Authors:
;  [1];  [2]
  1. Department of Entomology, Institute of Plant Protection, Agricultural Research Organization, Volcani Center, P.O. Box 6, 50250 Beit-Dagan (Israel)
  2. Department of Sensing, Information and Mechanization, Institute of Agricultural Engineering, Agricultural Research Organization, Volcani Center, P.O. Box 6, 50250 Beit-Dagan (Israel)
Publication Date:
OSTI Identifier:
20942912
Resource Type:
Journal Article
Resource Relation:
Journal Name: Florida Entomologist; Journal Volume: 90; Journal Issue: 1; Other Information: Country of input: International Atomic Energy Agency (IAEA); DOI: 10.1653/0015-4040(2007)90[71:GPOMFF]2.0.CO;2; Proceedings of a 5-year FAO/IAEA Coordinated Research Project on Fruit Fly Quality, Control, and Behavior; Spanish abstract translation provided by the authors; 20 refs, 2 figs, 3 tabs
Country of Publication:
United States
Language:
English
Subject:
60 APPLIED LIFE SCIENCES; CARBON DIOXIDE; CERATITIS CAPITATA; GAS ANALYSIS; IRRADIATION; LARVAE; PEST CONTROL; PUPAE; RESPIRATION; STERILE MALE TECHNIQUE

Citation Formats

Nestel, D., Nemny-Lavy, E., and Alchanatis, V. Gas-exchange patterns of Mediterranean fruit fly Pupae (Diptera: Tephritidae): A tool to forecast developmental stage. United States: N. p., 2007. Web. doi:10.1653/0015-4040(2007)90[71:GPOMFF]2.0.CO;2; PROCEEDINGS OF A 5-YEAR FAO/IAEA COORDINATED RESEARCH PROJECT ON FRUIT FLY QUALITY, CONTROL, AND BEHAVIOR; SPANISH ABSTRACT TRANSLATION PROVIDED BY THE AUTHORS; 20 REFS, 2 FIGS, 3 TABS.
Nestel, D., Nemny-Lavy, E., & Alchanatis, V. Gas-exchange patterns of Mediterranean fruit fly Pupae (Diptera: Tephritidae): A tool to forecast developmental stage. United States. doi:10.1653/0015-4040(2007)90[71:GPOMFF]2.0.CO;2; PROCEEDINGS OF A 5-YEAR FAO/IAEA COORDINATED RESEARCH PROJECT ON FRUIT FLY QUALITY, CONTROL, AND BEHAVIOR; SPANISH ABSTRACT TRANSLATION PROVIDED BY THE AUTHORS; 20 REFS, 2 FIGS, 3 TABS.
Nestel, D., Nemny-Lavy, E., and Alchanatis, V. Thu . "Gas-exchange patterns of Mediterranean fruit fly Pupae (Diptera: Tephritidae): A tool to forecast developmental stage". United States. doi:10.1653/0015-4040(2007)90[71:GPOMFF]2.0.CO;2; PROCEEDINGS OF A 5-YEAR FAO/IAEA COORDINATED RESEARCH PROJECT ON FRUIT FLY QUALITY, CONTROL, AND BEHAVIOR; SPANISH ABSTRACT TRANSLATION PROVIDED BY THE AUTHORS; 20 REFS, 2 FIGS, 3 TABS.
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title = {Gas-exchange patterns of Mediterranean fruit fly Pupae (Diptera: Tephritidae): A tool to forecast developmental stage},
author = {Nestel, D. and Nemny-Lavy, E. and Alchanatis, V.},
abstractNote = {The pattern of gas-exchange (CO{sub 2} emission) was investigated for developing Mediterranean fruit fly (medfly) Ceratitis capitata (Wiedemann) pupae incubated at different temperatures. This study was undertaken to explore the usefulness of gas-exchange systems in the determination of physiological age in developing pupae that are mass produced for sterile insect technique projects. The rate of CO{sub 2} emission was measured in a closed flow-through system connected to commercial infrared gas analysis equipment. Metabolic activity (rate of CO{sub 2} emission) was related to pupal eye-color, which is the current technique used to determine physiological age. Eye-color was characterized digitally with 3 variables (Hue, Saturation and Intensity), and color separated by discriminant analysis. The rate of CO{sub 2} emission throughout pupal development followed a U-shape, with high levels of emission during pupariation, pupal transformation and final pharate adult stages. Temperature affected the development time of pupae, but not the basic CO{sub 2} emission patterns during development. In all temperatures, rates of CO{sub 2} emission 1 and 2 d before adult emergence were very similar. After mid larval-adult transition (e.g., phanerocephalic pupa), digital eye-color was significantly correlated with CO{sub 2} emission. Results support the suggestion that gas-exchange should be explored further as a system to determine pupal physiological age in mass production of fruit flies. (author) [Spanish] En el presente estudio se investigaron los patrones de intercambio gaseoso (emision de CO{sub 2}) en pupas de la mosca de las frutas del Mediterraneo (Ceratitis capitata Wiedemann) incubadas a diferentes temperaturas. El estudio fue realizado con la finalidad de explorar la utilizacion de sistemas de intercambio gaseoso en la determinacion de la edad fisiologica de pupas durante su produccion masiva en proyectos de mosca esteril. La proporcion de emision de CO{sub 2} fue medido en un sistema cerrado de 'flujo a traves del sistema' conectado a un detector infrarrojo de gases. La actividad metabolica de la pupa (emision de CO{sub 2}) fue contrastado al color del ojo de la pupa en desarrollo, que constituye la actual tecnica de determinacion de la edad fisiologica. El color de ojos en pupa fue determinado digitalmente, usando tres variables (Tendencia, Saturacion e Intensidad). Los colores fueron separados utilizando el analisis discriminatorio. Los patrones de emision de CO{sub 2} durante el desarrollo de la pupa sugieren una tendencia de U: una alta actividad metabolica durante la fase inicial de pupacion y transformacion y durante la fase final del adulto. La temperatura de incubacion afecto el tiempo de desarrollo pero no el patron basico de actividad metabolica. La proporcion de emision de CO{sub 2} uno y dos dias antes de la emergencia del adulto fue muy similar para pupas mantenidas en las diversas temperaturas. El color digital del ojo de la pupa se correlaciono significativamente con los patrones de emision de CO{sub 2} detectados a partir de la fase media de la transformacion de larva a adulto. Los resultados soportan la utilizacion de sistemas de intercambio gaseoso como un sistema auxiliar para la determinacion de la edad fisiologica en cria masiva de moscas de la fruta. (author)},
doi = {10.1653/0015-4040(2007)90[71:GPOMFF]2.0.CO;2; PROCEEDINGS OF A 5-YEAR FAO/IAEA COORDINATED RESEARCH PROJECT ON FRUIT FLY QUALITY, CONTROL, AND BEHAVIOR; SPANISH ABSTRACT TRANSLATION PROVIDED BY THE AUTHORS; 20 REFS, 2 FIGS, 3 TABS},
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year = {Thu Mar 15 00:00:00 EDT 2007},
month = {Thu Mar 15 00:00:00 EDT 2007}
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  • A mass-rearing facility for Mediterranean fruit fly Ceratitis capitata (Wiedemann) was commissioned in Stellenbosch in 1999 to produce sterile male fruit flies for a sterile insect technique (SIT) project in commercial fruit orchards and vineyards in the Western Cape province of South Africa. The mass-rearing procedure was largely based on systems developed by the FAO/IAEA Agriculture and Biotechnology Laboratory, Seibersdorf, Austria. A number of genetic sexing strains were used to produce only males for release. Initial cramped rearing and quality management conditions were alleviated in 2001 with the construction of a new adult rearing room and quality control laboratory. Inmore » 2002 a comprehensive Quality Management System was implemented, and in 2003 an improved genetic sexing strain, VIENNA 8, was supplied by the FAO/IAEA Laboratory in Seibersdorf. For most of the first 3 years the facility was unable to supply the required number of sterile male Mediterranean fruit flies for the SIT program without importing sterile male pupae from another facility. From mid-2002, after the quality management system was implemented, both production and quality improved but remained below optimum. After the introduction of the VIENNA 8 genetic sexing strain, and together with an improvement in the climate control equipment, production stability, and quality assurance parameters improved substantially. The critical factors influencing production and quality were an inadequate rearing infrastructure, problems with the quality of the larval diet, and the initial absence of a quality management system. The results highlight the importance of effective quality management, the value of a stable and productive genetic sexing strain, and the necessity for a sound funding base for the mass-rearing facility. (author) [Spanish] La facilidad para criar en masa la mosca mediterranea de la fruta, Ceratitis capitata (Wiedemann) fue comisionada en Stellenbosch en 1999 para producir machos esteriles de moscas para el proyecto de la tecnica del insecto esteril (TIE) en huertos de frutos y vinas comerciales en la provincia del Cabo Occidental del Sudafrica. El procedimiento de criar en masa fue en su mayor parte basado en los sistemas desarrollados por el Laboratorio de Agricultura y Biotecnologia de la FAO/IAEA, Seibersdorf, Austria. Un numero de razas que separara los sexos geneticamente fueron utilizadas para producir solo machos para la liberacion. La congestionada condicion inicial para criar las moscas y su manejo de calidad fueron aliviadas en 2001 con la construccion de un nuevo cuarto de cria para adultos y un laboratorio de control de calidad. En 2002, un Sistema de Manejo de Calidad comprensivo fue implementado, y en 2003 una raza mejorada que separa los sexos geneticamente, VIENNA 8, fue proveido por el Laboratorio de la FAO/IAEA en Seibersdorf. En la mayor parte de los primeros 3 anos la facilidad no pudo suplir el numero requerido de machos esteriles de la mosca mediterranea de la fruta para el programa de TIE sin la necesidad para importar machos esteriles de otra facilidad. Desde medio del ano de 2002, despues que el sistema de manejo de calidad fue implementado, la produccion y la calidad mejoraron pero aun quedaron por debajo del nivel optimo. Despues de la introduccion de la raza VIENNA 8 que separa los sexos geneticamente, y junto con el equipo mejorado de control de clima, la estabilidad y los parametros de seguridad de calidad mejoraron substancialmente. Los factores criticos que influyeron en la produccion y la calidad fueron la infraestructura inadecuada para criar las moscas, problemas con la calidad de la dieta para las larvas y la ausencia inicial de un sistema de manejo de calidad. Los resultados muestran claramente la importancia de un manejo efectivo de la calidad, el valor de una raza productiva que separa los sexos geneticamente y la necesidad de contar con una base solida de financimiento para la infraestructura de una cria en masa. (author)« less
  • The operational use of Mediterranean fruit fly (medfly) Ceratitis capitata (Wiedemann), genetic sexing strains in Sterile Insect Technique applications can be maximized by developing methods for effective shipment of eggs. This would enable a central production facility to maintain the relevant mother stocks and large colonies to supply eggs to satellite centers that would mass produce only males for irradiation and release. In order to achieve this, the survival of medfly embryos of different ages was assessed after storage at 5, 10, 15, 20, and 25 deg. C in water for different periods of time. Survival was affected by allmore » 3 variables, i.e., embryo age, water temperature, and length of storage. Storage of embryos at any temperature for 120 h resulted in almost no survival. Controlling the age of the embryo at the time of the temperature treatment is crucial for the success of this procedure. Embryos collected between 0 to 12 h after oviposition and pre-incubated at 25 deg. C for 12 h provide a suitable 72 h window for shipment when maintained between 10 to 15 deg. C. Under these conditions, no significant reductions in survival during all the developmental stages were observed. (author) [Spanish] El uso operacional de cepas de la mosca del mediterraneo Ceratitis capitata (Wiedemann) en las cuales es posible separar los sexos a traves de mecanismos geneticos para su utilizacion en la Tecnica del Insecto Esteril (TIE), puede ser maximizado con el desarrollo de metodos efectivos para el envio y transporte de huevos. Esto permite que un laboratorio de produccion centralizada mantenga las respectivas colonias responsables por la produccion de huevos para este abastecer laboratorios satelites responsables por la produccion masiva de solamente machos para subsiguiente irradiacion y liberacion. Para ser posible esta alternativa fue evaluada la supervivencia de embriones de diferentes edades despues de su almacenamiento en agua a 5, 10, 15, 20 y 25 deg. C por diferentes periodos de tiempo. La supervivencia fue afectada por las 3 variables evaluadas, la edad del embrion, la temperatura del agua y el periodo de almacenamiento. El almacenamiento de los embriones a cualquier temperatura por 120 horas dio como resultado la casi no supervivencia. Una edad controlada de los embriones a tratar es crucial para el exito de este protocolo. Embriones colectados entre 0 a 12 horas despues de la oviposicion y su previa incubacion a 25 deg. C por 12 horas brinda un margen de hasta de 72 horas de duracion del almacenamiento y transporte, siempre y cuando estos se mantengan en una temperatura de entre 10 a 15{sup o}C. En estas condiciones, fue registrada una reduccion no significante de la supervivencia de los diferentes estados de desarrollo. (author)« less
  • The present study has been conducted to assess the effect and interaction of various storage substrates and conditions on eggs of the Mediterranean fruit fly (medfly) Ceratitis capitata (Wiedemann). Tests were carried out with the genetic sexing strain VIENNA 8/D53, a strain that carries a temperature sensitive lethal (tsl) mutation that allows the selective killing of female zygotes. This study identifies strategies to enhance the storage and transport conditions through assessment of effect on egg, pupal and adult survival in order to facilitate the establishment of satellite mass rearing facilities for the production of male medflies. Eggs were immersed inmore » two different substrates and stored at different temperatures and for different time periods. Findings from this study suggest that egg storage periods, and to some extent, the storage substrates have significant effects on pupal and adult survival. For 72-h storage periods, the eggs preserved in agar solution at 10 deg. C produced the most pupae. There was an inverse relationship between the concentration of dissolved oxygen in the substrate during storage and the quality and survival of the stored/transported eggs. Apparently low levels of dissolved oxygen reduce metabolic rates, allowing the storage period to be prolonged. (author) [Spanish] El presente estudio fue conducido para evaluar el efecto e interaccion de varios substratos y condiciones de almacenamiento en huevos de la mosca mediterranea de la fruta, Ceratitis capitata (Wiedemann). Las pruebas se realizaron con la cepa en la cual es posible separar los sexos geneticamente VIENNA 8/D53, la cual contiene una mutacion letal sensible a la temperatura que permite la eliminacion selectiva de los zigotos femeninos. Este estudio identifica estrategias para mejorar las condiciones de almacenamiento y transporte por medio de la evaluacion de su efecto en la supervivencia de huevos, pupas y adultos, esto para facilitar el establecimiento de laboratorios satelites de cria masiva para la produccion de machos de la mosca mediterranea de la fruta. Los huevos fueron sumergidos en dos substratos diferentes y almacenados a diferente temperatura a diferentes periodos tiempos. Los resultados de este estudio sugieren que el periodo y hasta cierto punto el substrato de almacenamiento tienen un efecto significativo en la supervivencia de las pupas y los adultos. Para un periodo de almacenamiento de 72-h los huevos almacenados en solucion de agar a 10 deg. C producen un numero mayor de pupas. Hubo una relacion inversa entre la concentracion de oxigeno disuelto en el substrato durante el almacenamiento y la calidad y supervivencia de los huevos almacenados/transportados. Aparentemente los niveles bajos de oxigeno disuelto reducen el metabolismo y permiten que el periodo de almacenamiento pueda ser prolongado. (author)« less