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Office of Scientific and Technical Information

Title: Effects of pre-irradiation conditioning of Medfly pupae (Diptera: Tephritidae): Hypoxia and quality of sterile males

Abstract

Irradiation of pupae in sterile insect technique (SIT) projects is usually undertaken in hypoxic atmospheres, which have been shown to lessen the deleterious effects of irradiation on the quality of adult sterile flies. Although this is the accepted technology in most mass-rearing and sterilization facilities, to date no information has been generated on the actual levels of oxygen (O{sub 2}) in pupae-packing containers during irradiation. The present study utilized recently-developed technology to investigate the O{sub 2} level inside bags in which pupae of Mediterranean fruit fly (medfly) Ceratitis capitata (Wiedemann) are packed prior to irradiation, the ability of pupae to create hypoxic environments in these bags, and the effect of O{sub 2} atmospheres on the quality of irradiated males. Pupae, 1 d before adult emergence, were shown to deplete the O{sub 2} level in sealed bags in approximately 1 h. The rate of O{sub 2} consumption was dependent upon pupal age and incubation temperature. Incubation temperature did not significantly affect the quality of pupae or mating capacity of resultant adult males if pupae were irradiated under maximal hypoxic conditions inside packing bags. In contrast, mating competitiveness drastically decreased when pupae were irradiated under ambient O{sub 2} conditions, with the packingmore » bag open. There was no difference in the mating capacity of males when pupae were irradiated in sealed bags under either 10% or 2% O{sub 2} levels, or under maximal hypoxia. Normal doses of fluorescent dye, applied to pupae to mark sterile flies, did not affect the ability of pupae to create hypoxic conditions inside packing bags, nor the quality control parameters of either pupae or adults. Current practices in mass-rearing facilities are discussed in the light of these results. (author) [Spanish] La irradiacion de pupas en proyectos de mosca esteril usualmente se hace bajo condiciones de hipoxia. Esta condicion ha demostrado ser menos detrimente a la calidad de las moscas que la irradiacion en atmosferas con proporcion normal de oxigeno. Aunque esta ha sido por mucho tiempo parte del protocolo de irradiacion en plantas de produccion de mosca esteril, hasta ahora no se ha medido el contenido de oxigeno dentro de los recipientes de empaque de pupa durante la irradiacion. El presente estudio investigo los contenidos de O{sub 2} en los contenedores de pupas de la mosca de las frutas del Mediterraneo (Ceratitis capitata Wiedeman), la habilidad de pupas de crear hipoxia dentro de los contenedores, y los efectos del contenido de O{sub 2} durante la irradiacion del contenedor en la calidad y capacidad de apareamiento de moscas esteriles. Pupas de un dia antes de emerger como adultos crearon atmosferas de maxima hipoxia dentro del empaque en aproximadamente una hora. La proporcion de consumo de O{sub 2} en contenedores sellados es dependiente de la edad de la pupa, y de la temperatura de incubacion. La temperatura de incubacion no afecto significativamente la calidad ni la capacidad de apareamiento de machos derivados de pupas irradiadas bajo condiciones de hipoxia. Sin embargo, la capacidad de apareamiento de machos irradiados como pupas en contenedores abiertos y en condiciones oxigenadas fue drasticamente afectada. En comparacion a los resultados anteriores, atmosferas de 2% y 10% O{sub 2} durante la irradiacion no afectaron la capacidad de apareamiento de moscas esteriles. Polvo fluorescente, aplicado a pupas para marcar las moscas esteriles, no tuvo efectos sobre la capacidad de las pupas de crear hipoxia. Los resultados de este estudio se discuten en base a las practicas actuales de produccion e irradiacion. (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. Joint FAO/IAEA Programme of Nuclear Techniques in Food and Agriculture, International Atomic Energy Agency, Agency's Laboratories, A-2444 Seibersdorf (Austria)
Publication Date:
OSTI Identifier:
20942913
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[80:EOPCOM]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; 10 refs, 6 figs, 2 tabs
Country of Publication:
United States
Language:
English
Subject:
60 APPLIED LIFE SCIENCES; ANOXIA; CERATITIS CAPITATA; INCUBATION; IRRADIATION; MASS REARING; MATING; PEST CONTROL; PUPAE; QUALITY CONTROL; RADIOSTERILIZATION; RESPIRATION; STERILE MALE TECHNIQUE

Citation Formats

Nestel, D., Nemny-Lavy, E., Islam, S.M., Wornoayporn, V., and Caceres, C. Effects of pre-irradiation conditioning of Medfly pupae (Diptera: Tephritidae): Hypoxia and quality of sterile males. United States: N. p., 2007. Web. doi:10.1653/0015-4040(2007)90[80:EOPCOM]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; 10 REFS, 6 FIGS, 2 TABS.
Nestel, D., Nemny-Lavy, E., Islam, S.M., Wornoayporn, V., & Caceres, C. Effects of pre-irradiation conditioning of Medfly pupae (Diptera: Tephritidae): Hypoxia and quality of sterile males. United States. doi:10.1653/0015-4040(2007)90[80:EOPCOM]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; 10 REFS, 6 FIGS, 2 TABS.
Nestel, D., Nemny-Lavy, E., Islam, S.M., Wornoayporn, V., and Caceres, C. Thu . "Effects of pre-irradiation conditioning of Medfly pupae (Diptera: Tephritidae): Hypoxia and quality of sterile males". United States. doi:10.1653/0015-4040(2007)90[80:EOPCOM]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; 10 REFS, 6 FIGS, 2 TABS.
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title = {Effects of pre-irradiation conditioning of Medfly pupae (Diptera: Tephritidae): Hypoxia and quality of sterile males},
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abstractNote = {Irradiation of pupae in sterile insect technique (SIT) projects is usually undertaken in hypoxic atmospheres, which have been shown to lessen the deleterious effects of irradiation on the quality of adult sterile flies. Although this is the accepted technology in most mass-rearing and sterilization facilities, to date no information has been generated on the actual levels of oxygen (O{sub 2}) in pupae-packing containers during irradiation. The present study utilized recently-developed technology to investigate the O{sub 2} level inside bags in which pupae of Mediterranean fruit fly (medfly) Ceratitis capitata (Wiedemann) are packed prior to irradiation, the ability of pupae to create hypoxic environments in these bags, and the effect of O{sub 2} atmospheres on the quality of irradiated males. Pupae, 1 d before adult emergence, were shown to deplete the O{sub 2} level in sealed bags in approximately 1 h. The rate of O{sub 2} consumption was dependent upon pupal age and incubation temperature. Incubation temperature did not significantly affect the quality of pupae or mating capacity of resultant adult males if pupae were irradiated under maximal hypoxic conditions inside packing bags. In contrast, mating competitiveness drastically decreased when pupae were irradiated under ambient O{sub 2} conditions, with the packing bag open. There was no difference in the mating capacity of males when pupae were irradiated in sealed bags under either 10% or 2% O{sub 2} levels, or under maximal hypoxia. Normal doses of fluorescent dye, applied to pupae to mark sterile flies, did not affect the ability of pupae to create hypoxic conditions inside packing bags, nor the quality control parameters of either pupae or adults. Current practices in mass-rearing facilities are discussed in the light of these results. (author) [Spanish] La irradiacion de pupas en proyectos de mosca esteril usualmente se hace bajo condiciones de hipoxia. Esta condicion ha demostrado ser menos detrimente a la calidad de las moscas que la irradiacion en atmosferas con proporcion normal de oxigeno. Aunque esta ha sido por mucho tiempo parte del protocolo de irradiacion en plantas de produccion de mosca esteril, hasta ahora no se ha medido el contenido de oxigeno dentro de los recipientes de empaque de pupa durante la irradiacion. El presente estudio investigo los contenidos de O{sub 2} en los contenedores de pupas de la mosca de las frutas del Mediterraneo (Ceratitis capitata Wiedeman), la habilidad de pupas de crear hipoxia dentro de los contenedores, y los efectos del contenido de O{sub 2} durante la irradiacion del contenedor en la calidad y capacidad de apareamiento de moscas esteriles. Pupas de un dia antes de emerger como adultos crearon atmosferas de maxima hipoxia dentro del empaque en aproximadamente una hora. La proporcion de consumo de O{sub 2} en contenedores sellados es dependiente de la edad de la pupa, y de la temperatura de incubacion. La temperatura de incubacion no afecto significativamente la calidad ni la capacidad de apareamiento de machos derivados de pupas irradiadas bajo condiciones de hipoxia. Sin embargo, la capacidad de apareamiento de machos irradiados como pupas en contenedores abiertos y en condiciones oxigenadas fue drasticamente afectada. En comparacion a los resultados anteriores, atmosferas de 2% y 10% O{sub 2} durante la irradiacion no afectaron la capacidad de apareamiento de moscas esteriles. Polvo fluorescente, aplicado a pupas para marcar las moscas esteriles, no tuvo efectos sobre la capacidad de las pupas de crear hipoxia. Los resultados de este estudio se discuten en base a las practicas actuales de produccion e irradiacion. (author)},
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year = {Thu Mar 15 00:00:00 EDT 2007},
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  • The papers presented in this issue are focused on developing and validating procedures to improve the overall quality of sterile fruit flies for use in area-wide integrated pest management (AW-IPM) programs with a sterile insect technique (SIT) component. The group was coordinated and partially funded by the Joint FAO/IAEA Programme of Nuclear Techniques in Food and Agriculture, International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria, under a five-year Coordinated Research Project (CRP) on 'Quality Assurance in Mass-Reared and Released Fruit Flies for Use in SIT Programmes'. Participants in the CRP from 16 countries came from both basic and applied fields of expertisemore » to ensure that appropriate and relevant procedures were developed. A variety of studies was undertaken to develop protocols to assess strain compatibility and to improve colonization procedures and strain management. Specific studies addressed issues related to insect nutrition, irradiation protocols, field dispersal and survival, field cage behavior assessments, and enhancement of mating competitiveness. The main objective was to increase the efficiency of operational fruit fly programs using sterile insects and to reduce their cost. Many of the protocols developed or improved during the CRP will be incorporated into the international quality control manual for sterile tephritid fruit flies, standardizing key components of the production, sterilization, shipment, handling, and release of sterile insects. (author) [Spanish] Los articulos presentados en este numero se enfocan en el desarrollo y la validacion de procedimientos para mejorar la calidad total de moscas de las frutas esteriles para su uso en programas de manejo integrado de plagas en donde la tecnica del insecto esteril (TIE) es uno de los componentes clave. El grupo fue coordinado y parcialmente financiado por la Division Conjunta de Tecnicas Nucleares para la Alimentacion y la Agricultura de la FAO/OIEA, Viena, Austria, por un periodo de cinco anos bajo el proyecto de Investigacion Coordinada (PIC) sobre 'el Aseguramiento de la Calidad de Moscas de las Frutas Criadas y Liberadas para su Uso en Programas de TIE'. Los participantes en el PIC representan 16 paises con experiencia en campos de investigacion basica y aplicada. Para asegurar que los procedimientos desarrollados fueran apropiados y pertinentes, se realizaron una variedad de estudios para el desarrollo de protocolos para evaluar la compatibilidad y para mejorar los procedimientos de colonizacion y manejo de cepas salvajes. Estudios especificos trataron asuntos relacionados con la nutricion de insectos, los protocolos de irradiacion, la dispersion y supervivencia en el campo, evaluacion del comportamiento en jaulas de campo, y el mejoramiento de la competitividad sexual. Los objetivos fundamentales fueron el aumentar la eficiencia y reducir los costos de los programas operacionales de control de moscas de las frutas donde TIE es utilizada. Muchos de los protocolos desarrollados o mejorados durante el PIC seran incorporados en el Manual Internacional de Control de Calidad para Moscas Estriles de la familia Tephritidae, para estandarizar componentes claves como la produccion, esterilizacion, envio, manejo y liberacion de insectos esteriles. (author)« less
  • Quality control procedures for Bactrocera philippinensis Drew and Hancock 1994 (Diptera: Tephritidae) used in sterile insect technique (SIT) programs were established in the mass rearing facility at the Philippine Nuclear Research Institute. Basic studies on pupal irradiation, holding/packaging systems, shipping procedures, longevity, sterility studies, and pupal eye color determination in relation to physiological development at different temperature regimes were investigated. These studies will provide baseline data for the development of quality control protocols for an expansion of B. philippinensis field programs with an SIT component in the future. (author) [Spanish] Los procedimientos de control de calidad para Bactrocera philippinensis Drewmore » y Hancock 1994 (Diptera: Tephritidae) usados en programas de la tecnica de insecto esteril (TIE) fueron establecidos en la facilidad de cria en masa del Instituto Filipino de Investigacion Nuclear. Estudios basicos sobre la irradiacion de las pupas, sistemas de almacenaje/empaque, procedimientos del envio, longevidad, estudios de esterilidad y la determinacion del color de ojo de la pupa en relacion con el desarrollo fisiologico en regimenes diferentes de temperatura fueron investigados. Estos estudios proveeran una linea de informacion basica para el desarrollo de protocolos de control de calidad para una expansion de los programas de campo para B. philippinensis con un componente de TIS en el futuro. (author)« less
  • 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 3more » 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)« less
  • The mass-reared colony of Anastrepha ludens (Loew) currently used in Mexico for suppression of the Mexican fruit fly has been in use for over 10 years. Sterile flies are released into a wide range of environmental conditions as part of an integrated area-wide approach to suppress diverse populations of this pest in the Mexican Republic. This paper assesses the performance of the sterile flies interacting with wild populations from the different environments. We investigated the sexual compatibility and competitiveness of the sterile flies when competing with wild populations from 6 representatives Mexican states: Nuevo Leon, Tamaulipas, Sinaloa, Nayarit, Michoacan, andmore » Chiapas. Results show that the males of the wild populations differed in the time to the onset and peak of sexual activity. Nevertheless, the index of sexual isolation (ISI) reflected sexual compatibility between the populations and the mass-reared strain, indicating that the sterile individuals mate satisfactorily with the wild populations from the 6 states. The male relative performance index (MRPI) showed that the sterile male is as effective in copulating as the wild males. The female relative performance index (FRPI) reflected a general tendency for wild females to copulate in greater proportion than the sterile females, except for the strains from Tamaulipas and Chiapas. In general, the lower participation of the sterile females in copulation increases the possibilities of sterile males to mate with wild females. The relative sterility index (RSI) showed that the acceptance by wild females of the sterile males (25-55%) was similar to that of wild males. Females of the Chiapas strain showed the lowest acceptance of sterile males. Finally, the results obtained in the Fried test (which measures induced sterility in eggs) showed a competitiveness coefficient ranging from 0.2 to 0.5. This suggests that sterile males successfully compete and are compatible with flies from different geographic origins. (author) [Spanish] La colonia actualmente usada para controlar la mosca mexicana de la fruta, Anastrepha ludens (Loew), en Mexico tiene mas de 10 anos en cria masiva. Los insectos esteriles son liberados en una gran variedad de condiciones ambientales como parte de un control integrado para suprimir diversas poblaciones de esta plaga dentro de la Republica Mexicana. El objetivo de este documento esta dirigido a revisar el desempeno de las moscas esteriles frente a poblaciones silvestres procedentes de diferentes ambientes y para esto se realizaron comparaciones de compatibilidad y competitividad sexual de las moscas esteriles contra poblaciones silvestres de seis estados representativos de la Republica Mexicana: Nuevo Leon, Tamaulipas, Sinaloa, Nayarit, Michoacan y Chiapas. Los resultados obtenidos manifiestan diferencias en el horario de inicio de llamado y mayor actividad sexual del macho entre las moscas provenientes de cada estado. Sin embargo el indice de aislamiento (ISI) reflejo compatibilidad sexual entre la cepa de laboratorio y todas las poblaciones analizadas, indicando que los individuos esteriles pueden aparearse satisfactoriamente con las poblaciones silvestres de los seis estados. El indice de efectividad de apareamiento del macho (MRPI) reflejo de manera global que los machos esteriles son tan efectivos para copular como los silvestres. El indice de efectividad de apareamiento de la hembra (FRPI) reflejo que en la mayoria de los estados las hembras silvestres copularon en mayor proporcion que las hembras esteriles, excepto para las poblaciones de Tamaulipas y Chiapas. En general, la baja participacion de las hembras esteriles en el campo permitio al macho esteril ampliar su probabilidad de apareamiento con las hembras silvestres. En cuanto al indice de esterilidad relativa (RSI), observamos que la aceptacion de las hembras silvestres al macho esteril (25-55%) fue similar a la de los machos silvestres. Las hembras de la poblacion de Chiapas registro la menor aceptacion. Finalmente, los resultados obtenidos en la prueba de Fried, la cual determina la esterilidad inducida presentaron un coeficiente de competitividad entre 0.2 y 0.5. Esto sugiere que los machos esteriles compliten exitosamente y son compatibles con moscas de diferentes origenes geograficos. (author)« less