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Tese de Doutorado
Documento
Autor
Nome completo
Adriano Gomes Garcia
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2017
Orientador
Banca examinadora
Godoy, Wesley Augusto Conde (Presidente)
Cordeiro, Erick Maurício Góes
Cônsoli, Fernando Luis
Fernandes, Odair Aparecido
Meagher Junior, Robert Leo
Título em inglês
Computational modeling to describe the dynamics of fall armyworm Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) in Bt crop areas
Palavras-chave em inglês
Computational programs
Decision tools
Insect pest
Transgenic crops
Resumo em inglês
Spodoptera frugiperda is one of the main insect pests of the New World, and causes extensive damage to economically important crops such as cotton and corn. One of the most common control strategies is the use of Bt plants; however, their intense and indiscriminate use has led to the evolution of resistance in some populations. The establishment of a refuge can be a viable option to delay this process. Refuges consist of areas where non-Bt crops are planted, in order to provide susceptible insects to the population. In this study, I initially developed a model to describe the evolution of resistance of fall armyworm populations in different refuge configurations (seed mixture, blocks, and strips) and sizes (20% - 50%), considering the larval movement. I demonstrated that with a seed mixture, in most cases, the higher the rate of larval movement, the higher the proportion of resistant insects in the population, regardless of the type of resistance tested; meanwhile, strip configurations showed the opposite trend. In the second part of this study, I obtained data to validate the proposed model. The development of the fall armyworm on corn leaves was determined at five constant temperatures ranging from 14°C to 30°C. These data were also used to estimate the number of generations of fall armyworms at 42 locations in the state of Florida, from 2006 to 2016, which were interpolated and represented on maps, using GIS (Geographic Information System). I observed that counties farther south had the highest numbers of generations, and that fall armyworms should be able to overwinter as far north as ~29°N. Using the data obtained in the experiment, a new model was proposed, covering a wider range of conditions and allowing the user to define the crop area, the thermal requirements of the population studied, the viability and oviposition functions, the migration rate, the rate of larval movement and the frequency of alleles for resistance. The model was verified with monitoring data collected in a crop area in Florida from 2012 - 2015, only 70 km from the area that provided the population for the experiment. I also used the model to estimate the number of adults for 2016 and for two hypothetical situations that considered possible scenarios involving global warming (mean temperatures in 2016 + 1°C and + 2°C). The model succeeded in fitting the monitoring data, and indicated that the simulated increases in mean temperature could produce outbreaks nearly twice as large as the levels of fall armyworm estimated for 2016. The model can be used to estimate the population dynamics of S. frugiperda in a particular area, according to the crop composition and disposal, to investigate the effects of temperature changes on the levels of fall armyworm populations, to define appropriate refuge areas in order to manage the evolution of insect resistance, and to define the best periods for plantation and harvesting during the year to reduce pest populations, among others.
Título em português
Modelagem computacional para descrever a dinâmica populacional de Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) em áreas com cultivos Bt
Palavras-chave em português
Cultivos transgênicos
Ferramentas de decisão
Insetos pragas
Programas computacionais
Resumo em português
Spodoptera frugiperda é um dos principais insetos-praga do hemisfério ocidental, causando diversos danos a cultivos de interesse econômico, como milho e algodão. Uma das estratégias mais comuns de controle é o uso de plantas Bt, contudo sua aplicação intensa e indiscriminada levou à evolução de resistência em algumas populações. O estabelecimento de refúgio pode representar uma opção viável para atrasar esse processo. Refúgios são áreas nas quais cultivos não-Bt são plantados de forma a fornecerem insetos suscetíveis para a população. Neste estudo, eu desenvolvi inicialmente um modelo para descrever a evolução de resistência de populações de S. frugiperda em diferentes configurações de refúgio (mistura de sementes, blocos e faixas) e tamanhos (20 - 50%), considerando o movimento larval. Eu demonstrei que para a mistura de sementes, na maioria dos casos, maiores taxas de movimentação larval implicavam em maiores proporções de insetos resistentes na população, independente do tipo de resistência testada, enquanto áreas com configurações em faixas apresentaram tendência oposta. Na segunda parte deste trabalho, eu obtive dados para validar o modelo proposto. O desenvolvimento de S. frugiperda em folhas de milho foram determinadas em 5 temperaturas constantes variando de 14°C a 30°C. Estes dados também foram utilizados para estimar o número de gerações do inseto em 42 localizações no estado da Flórida de 2006 a 2016, que foram interpolados e representados em mapas, utilizando SIG (Sistema de Informações Geográficas). Eu observei que condados mais ao sul apresentaram maior número de gerações e que S. frugiperda é capaz de passar o inverno abaixo de latitudes ~29°N. Utilizando os dados obtidos no experimento, um novo modelo foi proposto, considerando um intervalo maior de condições e permitindo ao usuário definir a área de cultivo, as exigências térmicas da população estudada, as funções de oviposição e viabilidade, a taxa de migração, a taxa de movimentação larval e a frequência do alelo de resistência. O modelo foi verificado com dados de monitoramento de 2012 a 2015, coletados em uma área de cultivo localizada na Flórida, distante apenas 70 km da área que forneceu a população para o experimento laboratorial. Eu também utilizei o modelo para estimar o número de adultos para 2016 e para duas situações hipotéticas que consideraram possíveis cenários envolvendo o aquecimento global (médias de temperaturas de 2016 + 1°C e + 2°C). O modelo se ajustou aos dados de monitoramento com sucesso e indicou que os aumentos simulados na temperatura média poderiam produzir surtos quase duas vezes maiores que os níveis de S. frugiperda estimados para 2016. O modelo pode ser usado para estimar a dinâmica populacional de S. frugiperda em uma determinada área de acordo com a composição e disposição dos cultivos, investigar os efeitos das mudanças de temperatura nos níveis populacionais, definir áreas de refúgio apropriadas para o manejo da evolução de resistência, definir os melhores períodos para plantação e colheita durante o ano de forma a reduzir a população da praga, entre outros.
 
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Data de Publicação
2018-04-02
 
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