Transgenic Bt maize, seed treatment and foliar insecticides against fall armyworm and a stink bug

Abstract

Maize is one of the most important cereal crops in the world, and the high infestation by insect pests is one of the main yield-loss factors in the crop, especially when occurring in the early growth stages. In these, the fall armyworm (FAW), Spodoptera frugiperda (J.E. Smith, 1797) (Lepidoptera: Noctuidae), and the green- belly stink bug (GBS), Dichelops melacanthus (Dalas, 1851) (Hemiptera: Pentatomidae), can be great a challenge, particularly if the maize crop is preceded by soybeans or grown using minimal tillage over the preceding-crop residues. In this dissertation, the integrated use of Bacillus thuringiensis (Bt) transgenic maize, seed treatment and foliar insecticides was tested for efficacy against these two insect species. Because some Bt-resistant FAWs can have altered response to stressors, the susceptibility of Bt-resistant populations of FAW to seed treatment and foliar insecticides was also determined. In bioassays of cumulative effects of control measures against FAW and GBS, the seed treatment using neonicotinoid (clothianidin) was effective against FAW and GBS; the diamide (chlorantraniliprole) was effective only for FAW until seven days after emergence in optimal edaphoclimatic conditions. After 21 days of emergence, the mortality effect of the seed treatment was no longer present and foliar insecticides may be needed to provide plant protection. In bioassays using field-rate sprayed maize plants, all foliar insecticides were efficacious (mortality > 80%) in controlling the Bt-resistant FAWs feeding on Cry1A.105+Cry2Ab Bt maize, except acephate. In contrast, acephate killed 100% of the stink bugs as did methomyl. Imidacloprid+beta-cyfluthrin also caused more than 80% mortality of GBS adults. The other insecticides (thiamethoxam+lambda-cyhalothrin, chlorantraniliprole and flubendiamide) had less than 80% mortality. Diamides as foliar insecticides or in seed treatment caused high mortality of FAWs, but not of GBSs. Regarding seed treatments, in concentration- mortality bioassays the larvae of a recently-isolated Bt-resistant FAW population showed resistance to diamides (43 fold for chlorantraniliprole and 17 fold for cyantraniliprole). In concentration-response bioassays with foliar insecticides, at least one FAW population resistant to Cry Bt toxins showed resistance to the insecticides tested (chlorantraniliprole, spinetoram, indoxacarb, flubendiamide, bifenthrin+carbosulfan, methomyl) when compared to the susceptible population; however, only to indoxacarb the larvae showed moderate-to-high resistance ratios. The LC 90 values for the insecticides introduced more recently (e.g., chlorantraniliprole, spinetoram) were 300-900 fold lower than their field label rates, indicating a high likelihood of control success; for the insecticides introduced long ago (carbamates, pyrethroids) these values were only 10 fold, indicating a smaller safety margin for control success in the field. Therefore, the use of clothianidin to treat seeds of transgenic Bt maize may be a efficacious combination against FAWs and GBSs; if needed, foliar insecticides such as methomyl and imidacloprid+beta- cyfluthrin are likely to have high efficacy against both of these pest species and may be useful for integrated management in maize. These results are useful in decision- making and recommendations for integrated resistance management to important pest control technologies used against FAW and GBS, including Bt maize, seed treatment and foliar insecticides. Keywords: Spodoptera frugiperda. Dichelops melacanthus. Zea mays. Resistance. Integrated pest management. Crop protection.

O milho é uma das culturas de cereais mais importantes do mundo, e alta infestação por insetos-praga é um dos principais fatores de perda de rendimento na lavoura, especialmente quando ocorre nos estágios iniciais de crescimento das plantas. Dentre essas pragas, a lagarta-do-cartucho, Spodoptera frugiperda (JE Smith, 1797) (Lepidoptera: Noctuidae) e o percevejo barriga verde, Dichelops melacanthus (Dalas, 1851) (Hemiptera: Pentatomidae) podem ser um grande desafio, particularmente se a safra de milho for precedida pela da soja ou cultivada em plantio direto sobre os resíduos da cultura anterior. Nesta pesquisa, o uso integrado de milho transgênico Bacillus thuringiensis (Bt), tratamento de sementes e inseticidas foliares foi testado quanto à eficácia contra essas duas espécies de insetos. Como algumas populações de S. frugiperda resistentes a Bt podem ter resposta alterada a certos estressores, também foi determinada a suscetibilidade de populações resistentes a Bt ao tratamento de sementes e inseticidas foliares. Nos bioensaios de efeitos cumulativos dos métodos de controle contra ambas as espécies, o tratamento de sementes usando neonicotinóide (clotianidina) é eficaz contra S. frugiperda e D. melacanthus; porém a diamida (clorantraniliprole) é eficaz apenas para S. frugiperda até sete dias após a emergência em condições edafoclimáticas ideais. Após 21 dias de emergência, o efeito da mortalidade do tratamento de sementes não estava mais presente e aplicações com inseticidas foliares podem ser necessárias para complementar a proteção das plantas. Em bioensaios usando plantas de milho pulverizadas com as concentrações de campo, todos os inseticidas foliares foram eficazes (mortalidade> 80%) no controle da população resistente de S. frugiperda alimentados com o milho Cry1A.105+Cry2Ab, exceto acefato. Por outro lado, o acefato matou 100% dos percevejos, assim como o metomil. O imidacloprido+beta-ciflutrina também causou mais de 80% de mortalidade em adultos do percevejo. Os demais inseticidas (tiametoxam+lambda-cialotrina, clorantraniliprole e flublendiamida) apresentaram mortalidade inferior a 80%. Diamidas como inseticidas foliares ou em tratamento de sementes causaram alta mortalidade em S. frugiperda, mas não em D. melacanthus. Em relação ao tratamento de sementes, em bioensaios de concentração-resposta, as larvas de uma população de S. frugiperda resistente a Bt recentemente isolada apresentou resistência as diamidas (43 vezes para clorantraniliprole e 17 vezes para ciantraniliprole). Nos bioensaios de concentração-resposta com inseticidas foliares, pelo menos uma população de S. frugiperda resistente as toxinas Bt mostrou resistência aos inseticidas testados (clorantraniliprole, espinetoram, indoxacarbe, flubendiamida, bifentrina+carbosulfan e metomil) quando comparados com a população suscetível, no entanto apenas para o indoxacarbe as larvas apresentaram razões de resistência de moderada a alta. Os valores de LC 90 para os inseticidas introduzidos mais recentemente (clorantraniliprole, espinetoram) foram 300-900 vezes menores do que suas doses de campo, indicando uma alta probabilidade de sucesso no controle; para os inseticidas introduzidos há muito tempo (carbamatos, piretróides) esses valores foram 10 vezes menores, indicando uma margem de segurança menor para o sucesso de controle no campo. Portanto, o uso de clotianidina no tratamento de sementes de milho Bt pode ser uma combinação eficaz contra a lagarta-do-cartucho o percevejo barriga verde; se necessário, é provável que inseticidas foliares como metomil e imidacloprido+beta-ciflutrina tenham alta eficácia contra essas duas espécies-pragas e possam ser úteis para o manejo integrado no milho. Estes resultados auxiliarão na tomada de decisões e nas recomendações visando manejo integrado da resistência a importantes tecnologias de controle de pragas disponíveis contra S. frugiperda e D. melacanthus, incluindo milho Bt, tratamento de sementes e inseticidas foliares. Palavras-chave: Spodoptera frugiperda. Dichelops melacanthus. Zea mays. Resistência. Manejo integrado de pragas. Proteção de plantas.