Salivary deposits and plant damage associated with specific probing behaviors of the potato leafhopper, <i>Empoasca fabae</i>, on alfalfa stems

Abstract

Abstract The feeding behaviors and salivary deposits of the potato leafhopper, Empoasca fabae (Harris), on stems of a susceptible cultivar of alfalfa ( Medicago sativa , L.) were studied in relation to the cellular damage and initiation of hopperburn they cause. An AC electronic monitoring system (EMS) was used to quantify the number and duration of probes made on alfalfa stems. Light and electron microscopy were then used to examine the effects of these probes. Most probes were short in duration as determined by EMS and comprised primarily of multiple‐cell laceration behavior (represented by the I a waveform). Probes containing still‐stylet ingestion behavior (represented by the I c waveform) were longer in duration and occurred less frequently. There was a close correspondence between the number of probes containing the I c waveform and number of salivary deposits. Histological examinations of the stems revealed six types of salivary deposits but only one of these resembled the solid, distinct (or ‘true’) salivary sheaths characteristic of sheath‐feeders. Less than 25% of E. fabae probes left any salivary deposit, and only 1% left true sheaths. Therefore, it seems unlikely that these deposits could physically block the phloem to cause hopperburn. Cellular disruptions, such as abnormally divided and enlarged cells, were found in the vascular cambium and phloem, as well as other tissues. Enlarged vascular cambial cells appeared to crush the phloem cells, and thus probably caused hopperburn. This microscopic damage was initiated by vigorous, active probing, along with the copious watery saliva that is secreted during the behavior represented by I a . These observations strongly support Medler's (1941) hypothesis that hopperburn is caused by a substance in the insect's saliva that induces plant cells to enlarge and block the phloem. Résumé Dépôts salivaires et dégâts sur tiges de luzerne associés au comportement spécifique de sondage d ‘Empoasca fabae Le comportement alimentaire et les dépôts salivaires d' E. fabae Harris ont été examinés en relation avec les dégâts cellulaires sur tiges de cultivars sensibles de Medicago saliva. Un système de contrôle électronique AC (EMS) a été utilisé pour quantifier le nombre et la durée des sondages dans les tiges de luzerne. Les microscopies optique et électronique ont permis d'examiner les effets de ces sondages. EMS a montré que la majorité des sondages étaient brefs (1 à 2 min) et commençait par la lacération multiple de cellules (révélé par un onde I a ). Les sondages comprenant un comportement d'ingestion avec immobilisation des stylets (révélé par une onde I c ) sont plus longs et moins fréquents. Il y a une bonne correspondance entre le nombre de sondages contenant un onde I c et le nombre de dépôts salivaires. L'association des sondages et des dépôts salivaires montre que la durée du sondage était plus liée à la solidité des dépôts salivaires que la durée des ondes individuelles. L'examen histologique des tiges a révélé 6 types de dépôts salivaires, mais seul l'un d'entre eux ressemblait à celui donnant la gaine sonde, individualisée (ou véritable) gaine salivaire caractéristique des consommateurs avec gaines salivaires. Moins de 25% des sondages d' E. fabae laissent un dépôt et seulement 1% laisse une véritable gaine. Ainsi, il semble improbable que ces dépôts puissent bloquer le phloème et provoquer la brûlure des ciccadèles. Des dégâts cellulaires, tels que divisions anormales et cellules hypertrophiées, ont été observés dans la cambium vasculaire et dans le phloème, ainsi que dans d'autres tissus. Dans des tissus fortement abimés, le phloème est complètement désorganisé et contient des cellules ratalinées et affaissées. Des cellules vasculaires cambiales hypcrtrophiées paraissaient aplatir les cellules du phloème, et ainsi interférer avec la translocation des photosynthétats. Les dégâts microscopiques sont produits par les sondages actifs et vigoureux, associés à la copieuse détrempe salivaire secrétée pendant le comportcment représenter par I a . Ces observations appuient fortement l'hypothèse de Medler (1941) suivant laquelle la brûlure des ciccadèles est provoquée par une substance de la salive de l'insecte qui induit l'hypertrophie cellulaire et bloque le phloème.