A dynamic tubular olfactometer to evaluate the repellent effect of plants on aphids
Un olfactomètre tubulaire dynamique pour évaluer l'effet répulsif des plantes sur les pucerons
Résumé
Aphids are important crop pests that are difficult to control, even more that the use of synthetic insecticides is increasingly restricted by legislation (Ecophyto II+ plan). The use of repellent companion plants (CPs) could, in the long term, be a lever for controlling these pests. Some CPs have the capacity to emit volatile organic compounds (VOCs) that can disrupt the establishment and reproduction of these insects. In association with cash crops, repellent CPs could maintain aphid populations at a level of crop damage economically acceptable to farmers. The study of CPs and in particular their repellent capacity is therefore an essential prerequisite for their use in agronomic models. The olfactometer is a tool of choice for studying the effect of odours on insect movement. However, the olfactometers currently available are essentially used to test the choice between several odour sources and are mainly used to measure attraction phenomena (e.g. to pheromones). They are sometimes used to measure a repellent effect, but only in an indirect way: the insect goes towards the odour that is the least unpleasant. They also allow testing only a few individuals at the same time and are thus very time-consuming.
At the « Plants and cropping Systems in Horticulture» research unit (INRAE, Avignon, France), we have therefore developed a new type of dynamic airflow tubular olfactometer that allows us to directly study the repellent effect of CPs on a cohort of aphids (more
than 40 individuals simultaneously). We can also capture the odours (VOCs) emitted by the plants on devices such as Tenax® cartridge and SPME fiber at any time during the repellent test, and then characterise the VOCs emitted by gaz chromatography-mass spectrometry (GC-MS). In addition, the device is equipped with cameras to monitor the insect behaviour in real time and to establish a repulsion index (RI) for each aphid-plant modality.
The device was validated by tests on CPs but also on negative controls (host plants or absence of odours) and positive controls (β-farnesene). Finally, this device was designed to be scalable: it can be dismantled and adapted to other types of experiments and different odour sources.
Les pucerons sont d’importants ravageurs des cultures d’autant plus difficiles à contrôler que l’usage d’insecticides de synthèse est de plus en plus contraint par la législation (plan Ecophyto II+). L’utilisation de plantes de service (PdS) répulsives, en revanche, pourrait être, à terme, un levier de contrôle de ces ravageurs : certaines plantes ont, en effet, la capacité d’émettre des composés organiques volatils (COV) pouvant perturber l’installation et la reproduction de ces insectes. En association avec les plantes de rente, les PdS pourraient ainsi maintenir les populations de pucerons à un niveau d’atteinte des cultures économiquement acceptable pour les agriculteurs. L’étude des PdS, et notamment de leur capacité répulsive, constitue donc un pré-requis indispensable à leur utilisation dans des modèles agronomiques. L’outil de choix pour cela est l’olfactomètre qui permet d’étudier l’effet des odeurs sur le déplacement des insectes. Cependant, les olfactomètres actuellement disponibles sont essentiellement utilisés pour mesurer des phénomènes d’attraction (vers les phéromones par exemple) et ne permettent de réaliser des tests de choix qu’entre plusieurs sources d’odeurs. S’ils sont parfois utilisés pour mesurer un effet répulsif, c’est seulement de façon indirecte : l’insecte se dirigeant vers l’odeur qui lui est le moins désagréable. Enfin, ils ne permettent de tester que peu d’individus en simultanée et mobilisent donc beaucoup de temps.
À l’Unité de recherche « Plante et Système de culture Horticole » (INRAE, Avignon), nous avons mis au point un olfactomètre tubulaire en flux d’air dynamique d’un genre nouveau, qui permet d’étudier directement l’effet répulsif de PdS sur une cohorte de pucerons (+ de 40 individus en simultanée). Cet outil nous permet également, à tout moment durant le test de répulsion, de capter les odeurs (COV) émises par les plantes sur des dispositifs tels que cartouche Tenax® et fibre de SPME, puis de caractériser les COV émis par chroma tographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (CPG-SM). De plus, le dispositif est équipé de caméras permettant de suivre le comportement des insectes en temps réel et d’établir un indice de répulsion (IR) pour chaque modalité puceron-plante.
Le dispositif a été validé par des tests sur PdS mais aussi sur des témoins négatifs (plantes hôtes ou absence d’odeurs) et positifs (β-farnésène). Enfin, ce dispositif a été conçu pour être évolutif : il est démontable et adaptable à d’autres types d’expérimentations et à différentes sources d’odeurs.
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