Secondary Plant Compounds as Feeding Deterrents in the African Subterranean Termite Schedorhinotermes lamanianus Sjöstedt (Isoptera: Rhinotermitidae): A Behavioural and Neurophysiological Approach

Sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe als Fraßhemmstoffe bei der holzfressenden Termite Schedorhinotermes lamanianus Sjöstedt (Isoptera: Rhinotermitidae): Ein verhaltensbiologischer und neurophysiologischer Ansatz

In the present study, the influence of plant-derived secondary compounds on feeding behaviour in the subterranean termite Schedorhinotermes lamanianus was investigated. Furthermore, the chemosensory input system responsible for the perception of these compounds was investigated using electrophysiological methods. The obtained results provide evidence that in S. lamanianus a variety of structurally diverse secondary plant compounds (alkaloids and non-alkaloids) other than securinega-alkaloids infIn the present study, the influence of plant-derived secondary compounds on feeding behaviour in the subterranean termite Schedorhinotermes lamanianus was investigated. Furthermore, the chemosensory input system responsible for the perception of these compounds was investigated using electrophysiological methods. The obtained results provide evidence that in S. lamanianus a variety of structurally diverse secondary plant compounds (alkaloids and non-alkaloids) other than securinega-alkaloids influence feeding behaviour. These compounds evoke an avoidance of food sources or lower food consumption under choice conditions even at lower concentrations obtained for securinega-alkaloids. Furthermore, these compounds also reduce feeding under no-choice conditions. Termites seem to ingest less food even when they started feeding and no alternative food source is available. Therefore these compounds act as repellents and feeding deterrents in S. lamanianus depending on the test conditions under which they are applied. Furthermore, the present study provides strong evidence that different proximate mechanisms explain feeding inhibition in S. lamanianus: 1) Twelve structurally very diverse alkaloids, including feeding deterrent alkaloids in S. lamanianus, stimulated the taste neuron II/3 in TP II sensilla on antennae of this termite species. Non-alkaloids did not stimulate neuron II/3. Therefore, this neuron II/3 is an "alkaloid cell" negatively influencing feeding behaviour in this termite. 2) Feeding inhibition seems also to be influenced by the inhibition of phagostimulant taste neurons ("water cells") on antennae. 3) A second sensory input system for the perception feeding deterrent plant-derived secondary compounds seems to be evident as some tested compounds (alkaloids and non-alkaloids) are clear antifeedants in S. lamanianus but do not influence feeding behaviour by the former two mechanisms. Hence, in termites feeding inhibition by secondary plant compounds is a very complex process which needs further investigation. Including neurophysiological investigations of the chemosensory input system seems to be a promising approach to better understand feeding inhibition in termites which may lead to improved wood protection and termite management.show moreshow less
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluß pflanzlicher Sekundärstoffe auf das Fraßverhalten der Termite Schedorhinotermes lamanianus untersucht. Weiterhin wurde das sensorische Eingangsystem zur Wahrnehmung dieser Substanzen mittels elektrophysiologischer Methoden untersucht. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen, daß eine Reihe strukturell sehr unterschiedliche Sekundärstoffe (Alkaloide und Nicht-Alkaloide) das Fraßverhalten von S. lamanianus beeinflussen. Unter Wahlbedingungen zwiscIn der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluß pflanzlicher Sekundärstoffe auf das Fraßverhalten der Termite Schedorhinotermes lamanianus untersucht. Weiterhin wurde das sensorische Eingangsystem zur Wahrnehmung dieser Substanzen mittels elektrophysiologischer Methoden untersucht. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen, daß eine Reihe strukturell sehr unterschiedliche Sekundärstoffe (Alkaloide und Nicht-Alkaloide) das Fraßverhalten von S. lamanianus beeinflussen. Unter Wahlbedingungen zwischen behandelten und unbehandelten Futterquellen meiden Termitenarbeiter behandelte Futterquellen oder zeigen reduzierte Nahrungsaufnahme. Termitenarbeiter zeigen auch eine reduzierte Nahrungsaufnahme, wenn sie ausschließlich auf einer behandelten Futterquelle fressen können. Daher fungieren diese pflanzlichen Sekundärstoffe als Schreckstoffe (Repellenzien) oder Fraßhemmer für S. lamanianus abhängig von den Testbedingungen, unter denen diese Substanzen appliziert werden. Die Untersuchungen zum sensorischen Eingang zeigen, daß bei S. lamanianus verschiedene proximate Ursachen die Fraßinhibition durch pflanzliche Sekundärstoffe erklären: 1) Zwölf der getesteten strukturell sehr unterschiedlichen Alkaloide erregen den Geschmacksrezeptor II/3 im TP II Sensillum auf den Antennen von S. lamanianus. Die getesteten Nicht-Alkaloide erregten diesen Rezeptor nicht. Daher stellt dieser Geschmacksrezeptor einen "Alkaloid-Rezeptor" dar, dessen Aktivität das Fraßverhalten von S. lamanianus negativ beeinflußt. 2) Die Ergebnisse deuten weiterhin darauf hin, daß die Hemmung des Fraßverhaltens von S. lamanianus auch durch Hemmung fraßstimulierender Rezeptoren erfolgt. Die Aktivität von Wasserrezeptoren auf den Antennen wirkt fraßfördernd bei Termiten. Fraßhemmende Alkaloide, welche den Geschmacksrezeptor II/3 nicht erregten, hemmten aber Wasserrezeptoren auf den Antennen von S. lamanianus. 3) Einige der fraßhemmenden Sekundärstoffe, sowohl Alkaloide als auch Nicht-Alkaloide, erregten weder den Geschmacksrezeptor II/3 noch hemmten sie Wasserrezeptoren. Daher wird postuliert, daß es mindestens ein zweites sensorisches Eingangssystem z.B. auf den Mundwerkzeugen zur Wahrnehmung dieser Substanzen geben muß. Die Beeinflussung des Fraßverhaltens durch pflanzliche Sekundärstoffe ist ein sehr komplexer Prozeß bei Termiten, der weitere intensive Forschung benötigt. Neurophysiologische Untersuchungen des chemosensorischen Eingangssystems scheinen ein vielversprechender Ansatz zu sein, um ein besseres Verständnis der Fraßhemmung durch pflanzliche Sekundärstoffe bei Termiten zu erhalten. Dies könnte zur Verbesserung und Entwicklung geeigneter Holzschutzmittel und biologischer Kontroll- und Managementsysteme gegen Termiten beitragen.show moreshow less

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Metadaten
Institutes:Biologie
Author: Stefan Gross
Advisor:Prof. Dietrich von Holst
Granting Institution:Universität Bayreuth,Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Date of final exam:30.07.2010
Year of Completion:2010
SWD-Keyword:Alkaloide; Elektrophysiologie; Geschmackssinn; Holzfressende Termiten; Holzschutz
Tag:Fraßhemmstoffe; Schedorhinotermes; Securinin; antennale Sinneszellen
electrophysiology; feeding deterrent; taste sensitivity; termites; wood protection
Dewey Decimal Classification:590 Tiere (Zoologie)
RVK - Regensburg Classification:WI 3100
URN:urn:nbn:de:bvb:703-opus-7378
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):12.10.2010