Importance of floral scent compounds for the interaction between Silene latifolia (Caryophyllaceae) and the nursery pollinator Hadena bicruris (Lepidoptera: Noctuidae)

Die Rolle von Blütendüften für die Interaktion zwischen Silene latifolia (Caryophyllaceae) und dem samenfressenden Bestäuber Hadena bicruris (Lepidoptera: Noctuidae)

In the present study, the role of floral volatiles for the interaction between the nocturnal Caryophyllaceae Silene latifolia, and the noctuid moth Hadena bicruris was determined. This insect-plant relationship is one of the known nursery pollination systems, where pollinators reproduce within the flowers they pollinate. Silene latifolia is a dioecious weed, native to Europe and formerly introduced to North America. It is the main larval host plant of H. bicruris, which is distributed in Europe In the present study, the role of floral volatiles for the interaction between the nocturnal Caryophyllaceae Silene latifolia, and the noctuid moth Hadena bicruris was determined. This insect-plant relationship is one of the known nursery pollination systems, where pollinators reproduce within the flowers they pollinate. Silene latifolia is a dioecious weed, native to Europe and formerly introduced to North America. It is the main larval host plant of H. bicruris, which is distributed in Europe and North Africa. Especially night-active moths, among them H. bicruris, which are attracted by the flower scent, pollinate S. latifolia. However, until now, nothing was known about the role of single flower scent compounds for the attraction of the moths. This thesis describes the chemical composition and the geographical variability in the flower scent of S. latifolia. Furthermore, electrophysiological and behavioural tests with floral scent extracts and single authentic standard compounds were carried out in H. bicruris to identify the attractive compounds of the complex floral scent. To get an insight into the role of floral scent in guiding potential pollinators on flowers, the spatial fragrance pattern within the flowers of S. latifolia was determined, additionally. The variability in floral scent was very high, especially between different populations, and different chemotypes were characterised.Typical compounds in floral scent of S. latifolia were lilac aldehyde isomers, trans-beta-ocimene, benzaldehyde, phenyl acetaldehyde, or veratrole. Some of these compounds are known to attract nocturnal Lepidoptera species. To characterise antennal and behavioural responses of H. bicruris to various floral scent chemotypes of S. latifolia, and to S. vulgaris (which is rarely also used as host plant), different S. latifolia extracts, and a S. vulgaris extract were analysed using GC-MS methods. These extracts were further used in GC-FID/EAG and GC-MS/EAG detections, respectively. Main compounds in the tested extracts often elicited main signals in the antennae (e.g. lilac aldehydes, phenyl acetaldehyde). Some compounds elicited main signals in the antennae, though they were only minor components in the extracts (e.g. 3-methyl-butyl-aldoxime, benzaldehyde). Other compounds elicited only weak signals in the antennae, though they were abundant in the extracts (e.g. myrcene, methyl benzoate). The compounds of the most common chemotypes of S. latifolia were very sensitively detected by Hadena bicruris, whereas compounds of less abundant chemotypes were less sensitively detected. Floral scent blends that were dominated by lilac aldehydes or phenyl acetaldehyde effectively attracted moths. Hadena bicruris can electrophysiologically and behaviourally distinguish between its main host plant, S. latifolia, and the similarly scented S. vulgaris, another rarely used larval host plant, only by their floral scent. To identify floral scent compounds of S. latifolia that are important for the attraction of H. bicruris, the GC-FID/EAD or the GC-MS/EAD method was used in a first step to identify compounds that elicit signals in the antennae of the moth. Electrophysiologically very active compounds were tested in wind tunnel bioassays, and the attractivity of these compounds was compared to the attractivity of the natural scent of whole flowers of S. latifolia. The antennae of H. bicruris detected substances of several compound classes such as monoterpenoids, benzenoids, fatty acid derivatives, and nitrogen-bearing compounds. Lilac aldehydes were the most attractive compounds in wind tunnel bioassays, and attracted 90% of the tested moths, as did the scent of single flowers. Some compounds did not attract any moth, though they elicited significant signals in the antennae. To determine the parts of the female and male flowers responsible for scent emission, volatiles from attached intact flowers were sampled and then single flower parts were progressively removed. After each preparation step, volatiles were collected from the remaining “flower”. Especially the petals and the anthophore emitted the typical flower volatiles of S. latifolia; and compounds emitted from the petals differed from the compounds emitted by the anthophore. The anthophore emitted only lilac aldehydes and alcohols. Lilac aldehydes are known to be behaviourally very attractive for noctuid Lepidoptera such as Autographa gamma and Hadena bicruris, and they may serve as nectar guides in S. latifolia.show moreshow less
Die Rolle von Blütendüften für die Interaktion zwischen der diözischen, nachtblütigen Weißen Lichtnelke (Silene latifolia, Caryophyllaceae) und der nacht-aktiven Nelkeneule Hadena bicruris (Lepidoptera: Noctuidae) wurde erstmals detailliert untersucht. Bei diesem System parasitieren die Larven der Falter an den Samen der Pflanzen, die die Falter beim Nektartrinken und bei der Eiablage in den weiblichen Blüten bestäuben. Sowohl Hadena als auch andere Falter werden vom Blütenduft angelockt, wobei Die Rolle von Blütendüften für die Interaktion zwischen der diözischen, nachtblütigen Weißen Lichtnelke (Silene latifolia, Caryophyllaceae) und der nacht-aktiven Nelkeneule Hadena bicruris (Lepidoptera: Noctuidae) wurde erstmals detailliert untersucht. Bei diesem System parasitieren die Larven der Falter an den Samen der Pflanzen, die die Falter beim Nektartrinken und bei der Eiablage in den weiblichen Blüten bestäuben. Sowohl Hadena als auch andere Falter werden vom Blütenduft angelockt, wobei bisher aber nicht bekannt war, welche Duftstoffkomponenten für die Anlockung der Falter von Bedeutung sind bzw. welche Rolle sie im einzelnen spielen. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde neben der Zusammensetzung des Blütenduftes auch dessen geographische Variabilität mit Hinblick auf die unterschiedlichen Verbreitungsgebiete der beiden Interaktions-Partner ausführlich analysiert. Die Bedeutung der Blütendüfte der Weißen Lichtnelke für die Anlockung von H. bicruris wurde mittels Elektroantennogrammen und Biotests im Windkanal bestimmt. Zusätzlich wurde das räumliche Duftmuster an bzw. in den Blüten von S. latifolia mit Hinblick auf das Verhalten der bestäubenden Blütenbesucher analysiert. Der Blütenduft der Weißen Lichtnelke ist sehr variabel, und es fanden sich unterschiedliche Chemotypen, welche durch bestimmte Duftkomponenten wie z. B. Lilakakdehyde, (E)-Ocimen, Benzaldehyd, Phenylacetaldehyd oder Veratrol charakterisiert waren. Einige dieser Stoffe sind bekannt dafür, dass sie Nachtfalter anlocken. Der häufigste Chemotyp war von Lilakaldehyd-Isomeren dominiert. Die Extrakte unterschiedlicher Chemotypen von S. latifolia wurden mittels GC-MS analysiert, und mit Hilfe von der Gaschromatographie bzw. Gaschromatographie und Massenspektrometrie gekoppelt mit der Elektroantennographie (GC-FID/EAD, GC-MS/EAD) an H. bicruris getestet. Alle getesteten Extrakte riefen deutliche Signale in den Antennen von H. bicruris hervor, und die Falter konnten elektrophysiologisch zwischen den meisten Chemotypen unterscheiden. Hauptkomponenten in den untersuchten Extrakten führten oft zu den größten Signalen in den Antennen (z.B. Lilakaldehyde, Phenylacetaldehyd). Einige Komponenten lösten große relative elektrophysiologische Reaktionen aus, obwohl sie nur in kleineren Mengen in den Extrakten zu finden waren (z.B. 3-methyl-butyl-Aldoxim, Benzaldehyd), während andere Komponenten nur schwache Signale in den Antennen auslösten, obwohl sie in relativ großen Mengen in den Extrakten auftraten (Myrcen, Methylbenzoat). Im Biotest lockten Blüten, welche v.a. Lilakaldehyde bzw. Phenylacetaldehyd abgaben, viele Falter an. Hadena bicruris konnte bei den Elektroantennogrammen sowie bei den Windkanal-Biotests trotz relativ ähnlicher Blütenduftzusammensetzung zwischen S. latifolia und S. vulgaris unterscheiden. Die Antennen von weiblichen und männlichen Faltern detektieren gleichermaßen Substanzen aus verschiedenen Stoffklassen (Monoterpene, benzenoide Verbindungen, Fettsäurederivate, stickstoffhaltige Verbindungen). Die stärksten Antennensignale wurden von Lilakaldehyd-Isomeren und von Phenylacetaldehyd hervorgerufen. Die Lilakaldehyde waren auch die attraktivsten Komponenten in Winkanalbiotests. 90% der getesteten Falter reagierten auf sie – genauso viele wie auf den Duft von Einzelblüten. Alle anderen getesteten Substanzen lockten weniger Falter an. Einige Komponenten lockten keine Falter an, obwohl sie deutliche Signale in den Antennen auslösten. Zur Bestimmung der für die Duftemission verantwortlichen Blütenteile wurde zuerst der Duft ganzer weiblicher und männlicher Blüten analysiert. Anschließend wurden von den Blüten einzelne Teile entfernt und jeweils die Duftstoffe von der „Restblüte“ bestimmt. Die Blütenduftstoffe von S. latifolia wurden v. a. von den Blütenblättern und dem Anthophor emittiert, wobei sich die Stoffe je nach Emissionsort unterschieden. Der Anthophor gab ausschließlich Lilakaldehyde und Lilakalkohole ab, während die Blütenblätter sämtliche benzenoiden, phenylpropanoiden und stickstoffhaltigen Verbindungen sowie (E)-Ocimen abgaben. Die Lilakaldehyde sind bekannt für ihre große Attraktivität auf Nachtfalter und sind möglicherweise zum Nektar weisende „Saftmale“ von S. latifolia.show moreshow less

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Metadaten
Institutes:Biologie
Author: Stefan Dötterl
Advisor:Prof. Dr. Sigrid Liede-Schumann
Granting Institution:Universität Bayreuth,Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Date of final exam:27.07.2004
Year of Completion:2004
SWD-Keyword:Abendlichtnelke; Duftstoff; Eiablage; Geruchssinn; Hadena bicruris; Wirt / Parasit
Tag:Anlockung; Blütenduft; Elektroantennogramme; Samenprädator; Silene latifolia
attraction; flower scent; lilac aldehydes; nursery pollination; olfactory nectar guide
Dewey Decimal Classification:570 Biowissenschaften; Biologie
RVK - Regensburg Classification:WI 3600
RVK - Regensburg Classification:WI 3700
URN:urn:nbn:de:bvb:703-opus-1042
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):10.08.2004