BIo-based Control Strategies of Bruchus Rufimanus in Faba Bean Crop

Abstract

This thesis broaches the promotion of faba bean cultivation (Vicia faba L., Fabaceae) for food uses in Wallonia and the challenge posed by the broad bean weevil, Bruchus rufimanusBoheman 1833 (Coleoptera : Chrysomelidae). Faced with no effective control methods against this pest, biocontrol strategies and alternatives to pesticides were investigated. Five approaches were adressed, including the improvement of the pest bio-ecological knowledge, the identification of optimal varieties for seed valorization in food industries, the evaluation of most effective semiochemical traps, and the development of specific control methods based on entomopathogenic fungi and RNA interference.

Chapter I provided an overview of faba bean cultivation and the challenges posed by Bruchus rufimanus(BBW) infestations in Europe. The chapter reviews the biology and chemical ecology of BBW, identifies knowledge gaps, and explores potential improvements to semiochemical-based approaches and alternative control methods. This chapter lays the groundwork for the subsequent research areas of the thesis.

Chapters II focused on the ecology and the biology of BBW in Wallonia. Field monitoring studies were conducted to gather comprehensive data about adult infestations, addressing the lack of region-specific information. The diversity of bruchids and their parasitoids in faba bean crops are described, including their spatial distribution and the damage they cause to seeds. Bruchus rufimanus was identified as the predominant bruchid species, along with four larval parasitoids: Triaspis luteipes, T. thoracica, Pteromalus sequester, and P. fasciatus. Infestation rates and emergence timing of BBW varied across different bioclimatic areas. Chapter III provides a methodological description of rearing Bruchus rufimanusand models the influence of temperature on the pest's embryonic and post-embryonic development.

Chapter IVevaluated faba bean varieties and the combined influence of climate on crop productivity, seed quality, and Bruchus spp. infestations. The aim was to identify promising varieties for local protein sourcing in the food industry. Fourteen varieties were assessed over two seasons, taking into consideration parameters such as protein production and bruchid infestations. A ranking methodology based on principal component analyses is presented, along with the varieties most suitable for the Walloon agro-climatic context. Factors promoting varietal resilience in European contexts were also identified.

Chapter Vfocused on the semiochemical control of BBW, aiming to identify efficient traps for capturing BBWs, assess the traps' impact on BBW sex ratios, evaluate collateral effects on crop benefits, and examine the influence of crop stage on trap captures. White pan traps combined with floral kairomones were found to be the most effective. Crop phenology strongly influenced trap attractiveness, and no significant sex ratio trends were observed. However, semiochemical traps had a significant impact on beneficial insects, requiring further adaptation to minimize collateral effects, particularly for threatened species. Recommendations are provided for minimizing impacts on beneficial entomofauna.

Chapter VI investigated in laboratory potential new biopesticides against BBW. Firstly, five strains of entomopathogenic fungi were screened for their lethal and sublethal effects on bruchid species. B. bassiana(GHA) exhibited the highest virulence in terms of TL50.

Alternate abstract:

Cette thèse aborde le développement des stratégies de biocontrôle et les alternatives | l’usage des insecticides contre la bruche de la fève (BF), Bruchus rufimanus Boheman 1833 (Coleoptera : Chrysomelidae) en culture de féverole (Vicia fabaL. – Fabaceae). Cinq leviers de lutte ont été évalués, notamment l'amélioration des connaissances bio-écologiques du ravageur, l'identification de variétés optimales pour la valorisation des graines en alimentation humaine, l'évaluation d’efficacité de pièges sémiochimiques et le développement de méthodes de lutte spécifiques basées sur les champignons entomopathogènes et l'interférence ARN.

Le chapitre Ifait l’état des lieux de la problématique des bruches en culture de féverole en Europe. Le chapitre passe en revue la biologie et l'écologie chimique du ravageur, identifie les lacunes des connaissances et explore les améliorations potentielles de l’utilisation des sémiochimiques et des méthodes de lutte alternatives. Ce chapitre pose les bases des domaines de recherche et des objectifs abordés ultérieurement dans cette thèse thèse.

Le chapitre II se concentre sur l'écologie et la biologie de BF en Wallonie. Des études de monitoring ont été menées pour collecter des données décrivant les infestations d'adultes, répondant au manque d'informations spécifiques à la région wallonne. La diversité des bruches et de leurs parasitoïdes dans les cultures de féveroles y sont décrite, y compris leur distribution spatiale et les dommages qu'ils causent aux graines. Bruchus rufimanus a été identifié comme l'espèce de bruche prédominante, ainsi que quatre parasitoïdes larvaires : Triaspis luteipes, T. thoracica, Pteromalus sequester et P. fasciatus. Les taux d'infestation de BF et les périodes d’émergences variaient selon les différentes zones bioclimatiques. Le chapitre IIIfournit une description méthodologique de l'élevage de BF et modélise l'influence de la température sur le développement embryonnaire et post-embryonnaire du ravageur.

Le chapitre IV aborde l’effet variétal et l'influence combinée du climat sur la productivité des cultures, la qualité des graines et les infestations de Bruchusspp. L'objectif était d'identifier des variétés les plus prometteuses pour l'approvisionnement local en protéines dans l'industrie alimentaire wallonne. Quatorze variétés ont été évaluées sur deux saisons, en tenant compte de paramètres tels que la production de protéines et les infestations de bruches. Une méthodologie de classement basée sur des analyses de composantes principales est présentée ainsi que les variétés les plus favorables au contexte agro-climatique wallon. Les facteurs favorisant la résilience variétale dans les contextes européens ont également été mis en évidence.

Le chapitre Vaborde le contrôle sémiochimique de BF, plus particulièrement l’identification des pièges les plus efficaces vis-à-vis de BF, l’évaluation de l’influence des pièges sur le sexe-ratio des captures, l’évaluation des potentiels effets collatéraux sur les auxiliaires ainsi que l'influence de la phénologie des cultures sur sur les captures. Les pièges blancs combinés à des kairomones florales se sont avérés les plus efficaces. La floraison des cultures exerçait une forte compétition sur les captures de bruches, et aucune tendance significative des sexe-ratios n'a été observée. Cependant, les pièges sémiochimiques ont eu un impact significatif sur les insectes bénéfiques, nécessitant une adaptation supplémentaire pour minimiser les effets collatéraux, en particulier pour les espèces menacées.