Morphological and Ecological Studies on Hemiptera: Coccoidea

Scale insects (Hempitera: Coccoidea) are noxious sap-sucking plant pests, most important as agricultural pest of perennial plants, woody ornamentals, greenhouse plants and forest trees. They are worldwide distributed and occur in almost all habitats. Unlike their ecological and economic importance, scale insects represent a neglected research topic and most studies are almost always referred to the main families, bringing to the current dearth of scientific data for this taxon. This thesis deals with two main investigation fields: taxonomy (Chapter I) and bio-ecology (Chapter II) of scale insects. With regard to taxonomy, the work focuses on the adult males and immatures morphology, that may play a critical role in understanding scale insects systematic relationships, currently based on teneral adult females morphology. The information gathered from these studies will be important in the pests management by providing new identification means The first two taxonomical studies concern the morphology of adult males and male instars of Ceroplastes japonicus Green and Ceroplastes rusci L (Hemiptera: Coccidae: Ceroplastinae). These instars are here described and illustrated for the first time (Section I and II). An identification key to the adult males of six wax scale species is also provided and morphological affinities are here discussed. Finally, with the recent collection of fresh specimen of the Mexican wax scale Ceroplastodes dugesii (Signoret) (Hemiptera: Coccidae: Cardiococcinae), the opportunity is taken to properly redescribe the adult female and the 1st-instar nymph and to describe the remaining male and female stages apart from the adult male. Descriptions and illustrations, reported on section III, complete the adult female morphology, adding previously unreported morphological features, e.g. one pair of distinctive bands of preopercular pores occurring on dorsum. Ecological studies (Chapter II) regard two species: P. rufulum (Cockerell) (Coccidae) (Section I) and P. comstocki (Kuwana) (Pseudococcidae) (Section II), both reported as a pests of orchards and ornamentals. Section I deals with observations on the life history, phenology and morphology of P. rufulum, a Palaearctic species largely distributed in European countries and especially common on Quercus. The study was carried out in North-eastern Italy on Quercus robur trees from July 2006 to June 2008. P. rufulum develops one generation/ year and overwinters as 2nd instar nymph. Moulting to adult female occurs from mid April onward. Egg-laying starts between the first days of April to mid May. Egg hatching occurs from the end of May. First-instar nymphs settle on the undersurface of leaves. Moults to 2nd- instar nymph occur in August. Starting from mid September, the 2nd-instar nymphs gradually migrate from the leaves to the twigs to overwinter. This migration is completed by the beginning of December. Phenology pattern in Italy appears earlier than in Central Europe by about one month. The nymphal instars of P. rufulum are redescribed and illustrated. Observations on the presence of the predator Anthribus nebulosus Forster (Coleoptera: Anthribidae) are reported as well. Section II deals with Pseudococcus comstocki, an Asiatic mealybug, pest of fruit and ornamentals, recently recorded in Italy. A comprehensive study on the bio-ecology of P. comstocki has been carried out under both field and laboratory conditions. Fieldwork has been carried out by a preliminary survey on the occurrence of the Comstock mealybug within the Verona district (North–eastern Italy) during summer 2008 (Subsection I). Many foci of P. comstocki were found on mulberry (Morus nigra) trees. Moreover two infested peach orchards were recorded near Verona, suggesting a widespread distribution of the mealybug. In addition to fieldwork, some aspects of the biology were investigated and life history surveyed on captive colonies of P. comstocki reared under both screen-house and laboratory conditions. Results provided by the survey of P. comstocki under screen-house conditions (2007-2008) confirm that it overwinters at the egg stage and develops 3 generations/year. First instar nymphs (crawlers) occur in April, between June and July, and in October. These biological observations gather with data obtained from laboratory. The effect of two temperature regimes (T1 = 25 °C; T2 = 30 °C) on life table parameters (R0, Rm, ?, DT, T) fecundity and sex ratio was assessed. Temperature has significant effect (a<0.01) on R0, Rm, ?, fecundity and sex ratio. The differences were not significant for Dt and T. This study on P. comstocki provides also guidelines for pest management with both biological and chemical methods. A survey of natural enemies of this pest was initiated and a first list of parasitoids of P comstocki is provided (subsection III). The encyrtid wasp Clausenia purpurea Ishii, (Hymenoptera: Encyrtidae) has been recorded. C. purpurea, first record for Europe, is considered as an effective biological control agent of P. comstocki and was introduced into Israel and California (USA) from Japan during 1940’s. In addition, Chrysoplatycerus splendens (Howard), (Hymenoptera: Encyrtidae), native from the Afrotropical Region, was obtained from P. comstocki infesting Viburnum tinus hedges and currently represent the first record of this species in the Palearctic Region. Finally, the effect of Thiametoxam, Chlorpyriphos-ethil, Phosmet and Pyrethrum was assayed on P. comstocki in a preliminary trial in one infested peach orchard (subsection IV). Satisfactory results were obtained for only Thiametoxam.

Le cocciniglie (Hemiptera: Coccoidea) costituiscono una Superfamiglia di fitomizi di interesse economico, che attaccano piante coltivate di intereresse agrario e forestale, sia in condizioni di pieno campo sia in serra. Tale gruppo di insetti colonizza gli habitat in tutte le regioni del mondo e a tutte le latitudini, tranne che nelle regioni polari. Sebbene rivestano un ruolo chiave nell’ecologia dei sistemi agrari e di foresta, la Superfamiglia Coccoidea rappresenta un gruppo tassonomico poco studiato. La presente dissertazione approfondisce due temi di ricerca affrontati nel corso del dottorato, e precisamente la morfologia (capitolo I) e studi di bio-ecologia e biologia (capitolo II). Il lavoro svolto nei due diversi ambiti fornisce strumenti originali per l’identificazione di specie e informazioni inedite sulla biologia di due cocciniglie. I taxa oggetto di studio sono afferenti alle famiglie Coccidae e Pseudococcidae. Per quanto concerne gli aspetti tassonomici la ricerca ha affrontato lo studio della morfologia degli stadi maschili e degli stadi giovanili, i quali recentemente sono stati oggetti di particolare interesse per la loro utilità nel campo sistematico. Attualmente, infatti, la sistematica della superfamiglia Coccoidea si basa quasi esclusivamente sui caratteri morfologici della femmina adulta. I primi due lavori di morfologia riguardano due Coccidi Ceroplastini, afferenti rispettivamente alle specie Ceroplastes japonicus Green (sezione I) e Ceroplastes rusci L. (sezione II). Nei suddetti lavori si descrive la morfologia dei maschi adulti e degli stadi neanidali maschili. Viene infine fornita una chiave di riconoscimento basata sui caratteri dei pochi maschi adulti di Ceroplastini ad oggi descritti e sono quindi discusse le affinità tra le specie. Un ultimo lavoro di tassonomia riguarda lo studio della morfologia del Coccide Cardiococcino messicano Ceroplastodes dugesii (Signoret), di cui si sono descritti tutti gli stadi di sviluppo, maschili e femminili; ad esclusione del maschio adulto. Il suddetto lavoro fornisce nuovi strumenti tassonomici per l’identificazione della specie; in particolare la descrizione della morfologia della femmina è integrata riportando caratteri, mai osservati in precedenza. La presenza di bande divergenti di pori preopercolari presenti sul dorso, evidenziati in questo studio, assume quindi valore diagnostico. Nel capitolo II sono riportati due studi sull’ecologia di due specie ritenute dannose alle piante ornamentali e ai fruttiferi. Nella sezione I viene trattato Parthenolecanium rufulum (Cockerell) (Coccidae), mentre lo studio di Pseudococcus comstocki (Kuwana) (Pseudococcidae) è trattato nella sezione II. Le indagini su Parthenolecanium rufulum affrontano la fenologia e la morfologia di questa occiniglia, specie a diffusione paleartica infeudata prevalentemente alle querce a foglia caduca. La specie è stata monitorata nel periodo luglio 2006 – 2008 su piante di Quercus robur. P rufulum è specie monovoltina con svernamento allo stadio di neanide di 2a età sui rami. La muta ad adulto avviene a partire da metà aprile. L’ovideposizione avviene tra la terza decade di aprile e la seconda decade di maggio. La schiusura delle uova si verifica sin dalla fine di maggio e le neanidi di 1a età (crawlers) migrano dai rami verso la pagina inferiore delle foglie. Nel corso del mese di agosto avviene la muta a neanide di 2a età. A partire da metà settembre le neanidi di 2a età migrano gradualmente dalle foglie ai rami, ove svernano. La migrazione si completa durante la prima decade di dicembre. Dai risultati del presente studio si evince che la fenologia della cocciniglia appare anticipata di circa un mese rispetto a quanto noto per il centro Europa. Infine sono riportate alcune note sulla presenza di Anthribus nebulosus Forster (Coleoptera: Anthribidae), predatore di P. rufulum. Oltre allo studio della fenologia di P. rufulum, è riportata la descrizione morfologica degli stadi neanidali, finora descritti solo in modo incompleto. Nella sezione II è riportato lo studio su Pseudococcus comstocki (Kuwana), specie esotica di recente introduzione in Italia, infeudata a numerose specie di fruttiferi e ornamentali. I primi risultati di un monitoraggio sulla presenza di P. comstocki nel territorio Veneto è stata condotta nell’estate 2008. I risultati sono riportati nella sottosezione I. Sono stati individuati numerosi focolai di infestazione su ornamentali e in particolare su piante di gelso (Morus nigra); sono stati rinvenuti inoltre nuovi focolai nell’ambito dei pescheti. I risultati dell’indagine suggeriscono un’ampia diffusione dello pseudococcide sul territorio. Ecologia e biologia dello pseudococcide sono state studiate sia in pieno campo sia in condizioni controllate di screen-house e laboratorio. Le osservazioni condotte in screen-house sulla fenologia di P. comstocki (2007-2008) confermano lo svernamento allo stadio di uovo e il verificarsi di 3 generazioni all’anno. La nascita delle neanidi di prima età (crawlers) avviene rispettivamente in aprile, giugno e ottobre. Oltre ai dati ottenuti da popolazioni allevate in screen-house, colonie di P. comstocki sono state allevate su patata in celle climatiche a due livelli termici (T1= 25 °C e T2=30 °). E’ stato quindi valutato l’effetto delle due temperature sui parametri delle tavole di sopravvivenza (R0, Rm, ?, DT, T) e sulla fecondità e sulla sex ratio. Allo scopo di fornire informazioni utili alla gestione delle infestazioni è stata verificata l’eventuale presenza di nemici naturali (sottosezione III) e l’effetto di alcuni principi attivi in pieno campo (sottosezione IV). Per quanto riguarda l’indagine sui nemici naturali, è stata accertata la presenza di alcuni interessanti imenotteri parassitoidi. Di particolare rilevanza appare la presenza di Clausenia purpurea Ishi, (Hymenopera: Encyrtidae), specie finora mai riscontrata in Europa, sfarfallata da materiale raccolto su pesco. Inoltre si segnala il rinvenimento di Chrysoplatycerus splendens (Howard), (Hymenoptera: Encyrtidae), anch’esso parassitoide di P. comstocki. Nella sottosezione IV si riportano i risultati di una prova di lotta chimica su pesco nei confronti di P. comstocki, condotta utilizzando quattro diverse sostanze attive (Thiametoxam, Clorpirifos-etil, Fosmet e Piretro). Solo la tesi trattata con Thiametoxam ha indotto una riduzione significativa dell’ infestazione rispetto al gruppo di controllo.