En vindtunnel for lukt mediert insekt atferdsmessige analyser

Vindtunnel er et viktig verktøy i insekt kjemiske økologi studier at laboratorietester av insekter fly svar på semiochemicals. Ved å frigjøre lukt i et kontrollert vind, kan insekter atferdsmessige respons på disse stimuli direkte overvåkes ved å studere deres motvind flukt mot kilden. Luktesans er den viktigste sensoriske mekanismen som mange insekter samhandle med deres biotiske miljø¹. Insekter bruk lukt signaler for å finne passende partnere for parring. På samme måte bruker de lukt buketter fra vert ressurser for å finne mat for seg selv, eller avkommet. Plantene slipper floral lukt i kombinasjon med nektar og pollen belønninger å sikre insekt pollinering effektivitet. Alle disse flyktige signaler diffus passivt i miljøet og insekter må identifisere og tolke deres personlige relevans. Som flyktige slippes ut i miljøet, reiser molekylene med vinden filamenter, beholder den innledende konsentrasjonen for lange avstander vindretningen, før slutt blir brutt opp og utvannet av turbulens og diffusion². Insekter kan oppdage minutt endringer i flyktige signal og direkte deres bevegelse kryssen, mot kilden. Insekter viser en flytur opptreden med rask motvind støt når i kontakt med en attraktiv lukt, og støping sidelengs over tapet å flytte lukt plume^3,4. Samlokalisert ordningen av olfactory nerveceller i sensilla av insekt antenner kan lette atferdsmessige responser til utbruddet og tap av skyen kontakt med bemerkelsesverdig høy oppløsning⁵ og aktiverer insekter å skille mellom lignende lukt molekyler som kommer fra ulike kilder⁶. Visuell tilbakemelding mens i flukt, kalt optomotor anemotaxis, er grunnleggende for å identifisere vindretning, objekter og relativ forskyvning^2,7. Ved bruk av sensoriske samhandling og sofistikert atferd, kan insekter finne punktkilder i et tredimensjonalt miljø.

Identifikasjon av insekt Oktenol og repellents kan ha flere viktige anvendt aspekter. Sex feromoner (intraspecific signaler) av mange Klegger kan syntetiseres og slippes ut i luften for å forstyrre den parring atferd⁸. Både feromoner og kairomones (interspesifikk signaler) kan brukes til masse overlapping, tiltrekke og drepe overvåke feller å gi direkte informasjon pest status. Insektjagende, eksempel for mygg⁹, kan også utføres innen vindtunnel bioassay. Disse metodene spille en viktig del av integrert pest management og beslutning systemer for bønder.

Vindtunnel bioassay, der lukt mediert atferd repertoaret av en art kan overvåkes, er en kraftig metode for å identifisere potensielle nye verktøy til skadedyrbekjempelse erstatte eller redusere virkningen av plantevernmidler bruk.

Teoretisk begrunnelsen vindtunnel design er grundig beskrevet¹⁰. Her beskriver vi vindtunnel bygging, lukt program og fly atferd som har blitt brukt i flere forsøk for å bestemme vindtunnel bioassay protokollen. Vindtunnel (figur 1) på Nibio (Ås, Norge) er konstruert av ripebestandige gjennomsiktig polykarbonat. De fly er 67 cm høy, 88 cm bred og 200 cm lang. Foran flight arena er det en ekstra polykarbonat seksjon, 30 cm lang. Denne delen av vindtunnel fungerer som en verktøy seksjon for anvendelse av lukt. Hvis flyktige meningen av polykarbonat boliger i flight arena, de kan senere ble relansert og forurense mellom økter. I hver ende av delen verktøyet er det derfor et perforert metall rutenett. Begge nett begrense luftstrømmen og lage en liten overtrykk på motvind side. Dette resulterer i økt laminær strømning på vindretningen side. Kryssen rutenettet er laget av en perforert metallplate med 8 mm hull jevnt spredt over tverrsnitt av tunnelen å gi 54% åpne området. Vindretningen rutenettet har hull på 3 mm og en 51% åpne området. Dette reduserer turbulens og sikrer at lukt plume reise sentralt ned lengden på fly arena. Lukt plume har form av en smal kjegle og kan visualiseres ved bruk av røyk. På gulvet i klassen plasseres arena, plast eller papir sirkler av varierende størrelse (fra 5 til 15 cm diameter) for å gi insekter visuell tilbakemelding under flyturen. Det er en 25 av 50 cm dør på motvind slutten flytur arenaen og i delen verktøy. Mellom vindretningen slutten flytur arenaen og eksos filter-delen er det en 60 cm åpne området for insekt håndtering. Tilgang området er dekket på sidene med en 0,8 mm meshed stoff å hindre insekter rømmer inn i rommet.

Luften trekkes inn i første filterhuset av en vifte. Luften passerer gjennom en støvfilteret før det renset ved 24 høy kapasitet aktivt kull filtre og lansert i tunnelen. Luften avslutter tunnelen går gjennom en lignende filterhuset før han ble løslatt tilbake i rommet. Det kan være fordelaktig å utmatte luften på utsiden av bygningen gjennom avtrekksvifte. Fans på begge filter hus kjøres med samme flyt. Både fans har en kontinuerlig lysdemperbryter og er kalibrert til ulike vindhastigheter bruker en flowmeter. Air hastigheten er avhengig av arten testet. 30 cm s^-1 er ofte et godt utgangspunkt. For små insekter, den ideelle air-hastigheten reduseres, og sterk flygeblader, fart kan være høyere større relative flight avstand.

Vindtunnel rommet forenkler kontroll av temperatur, fuktighet og lysintensiteten. LED strimler er plassert bak en 3 mm ugjennomsiktig poly(methyl methacrylate) ruten for å opprette en diffus lyskilde over og bak fly arena. Begge lyskildene kan styres uavhengig.

Lukt programmet kan oppnås på flere forskjellige måter. Vanligvis slippes lukt luftstrømmen i midten av motvind slutten flytur arenaen. Avhengig av problemstillingene for hånden, kan utgivelsen punktet være utsatt eller dekket. En glass sylinder (10 cm diameter, 12,5 cm lang) med en metall maske (2 × 2 mm mesh størrelsen) på vindretningen side kan visuelt blokkere lukt kilde og samtidig tjene som en landing plattform for insekter. I mange eksperimenter, kan en horisontal glass-plattformen brukes for å presentere lukt eller visuelle signaler nær utgivelsen punktet. Det er også muligheten til å løslate to lukt samtidig, side ved side, å lette valg analyser. Utgivelsen poeng plasseres 20 cm fra hverandre og lukt plumes overlappe fra halvveis ned tunnelen. Valg kan deretter identifiseres av hvilke plume insekt følger kryssen.

Vindtunnel design muliggjør mange metoder for flyktige utgivelsen. For eksempel kan en bestemt lukt frigis foran en bakgrunn lukt som slippes ut av en avling anlegget^11,12. Ulike visuelle stimuli kan også være testet^13,14. Eksperimentelle oppsett må tilpasses hvert arter og forskning spørsmål.

Naturlig lukt kilder, for eksempel plantedeler og syntetisk lukt fra dispensere kan innføres direkte inn i flyturen arena. For å isolere lukt mediert atferd fra visuelle, lukt kilde kan dekkes eller flyktige bæres inn i flyturen arena via en trekull filtrerte laboratorium lufttilførselen fra utsiden. Lukt kilde er da begrenset til en glasskrukke og luften er skjøvet gjennom glasset i vindtunnel via Teflon rør og glass rør. Fart på utgivelsen punktet bør tilsvare vindhastighet på arenaen.

For å løslate lukt på bestemte blanding prosenter, kan en sprøyta brukes. Sprøyta er en ultralyd munnstykke med en konisk tips og en innsatt microbore å forenkle en flytende flyt på 10 µL min^-1. Munnstykket er koblet til en bredbånd ultralyd generator og opererer på 120 kHz. En sprøytepumpe presser lukt prøven i sprøyta munnstykket. Fluorholdige etylen propylen (FEP) rør med 0,12 mm indre diameter kobler 1 mL gastight sprøyten og munnstykket. Rør adaptere som svelle i etanol og krympe i luften, lette støvtette med ingen interne volum. Aerosol dråpestørrelse generert fra vibrasjoner i munnstykket er frekvens avhengige og avhenger av spesifikke løsemiddelet brukes. De små dråpene fordampe og bringes ned vindtunnel som flyktige. Det finnes også andre sprøyta tegninger og en billigere versjon bruker en piezo drevet glass kapillær gir en lignende løsning¹⁵.

Syntetisk mikser eller headspace samlinger kan brukes med sprøyta. Prøvene er fortynnet med ren etanol til de ønskede konsentrasjonene. Med flyktige samlinger, kan prøven bli utvannet samsvare med samling tid. Dette betyr at en flyktige samling samplet over 3t bør fortynnes til 1800 µL, som på en utgivelse rente fra sprøyta på 10 µL min^-1 tilsvarer 3 h.

Identifikasjon av fly kan gjøres direkte ved manuell observasjon eller ved post hoc videoanalyse. Orientert flyet bør skilles fra tilfeldige fly. Lukt mediert atferd kan bli gjenkjent av følgende egenskaper: sikk-sakk fly over lukt plume, rett motvind fly når i skyen, og looping tilbake hvis du mister kontakten med skyen. Over tapet av en attraktiv plume, kan insekter også begynne å sikk-sakk med økende buer å koble til tapt plume^3,4. Dette er grunnleggende i feltet omgivelser hvor insekter etter en attraktiv lukt må takle turbulens og skiftende retninger. Flight mønsteret er ikke ensartet og varierer over insekt bestillinger. Som et eksempel, sterk flygeblader som blowflies har en raskere motvind retning med større avstøpning mønster enn møll og vindhastigheten bør økes for å lette en lengre relativ bane.

Flukten til et insekt kan også bli filmet. Med et enkelt kamera, kan enkel Flybillett egenskaper beskrives ved å plotte x y koordinatene¹⁶. Ved hjelp av to kameraer med synkroniserte rammen fange, kan 3D klassen rekonstrueres bruker en ekstern programvare¹⁷. Flight sporet kan bli analysert for å gi informasjon om fly hastighet og avstand, flight vinkler med hensyn til vindretning og detaljer om flyturen karakteristikker i forhold til lukt plume. Det er både tilpassede og kommersielle utstyr og programvare tilgjengelig som aktiverer automatisk bilde for bilde-sporing. Kalibrering rammene skal brukes til referanse virkelige verden plass og rettlinjet vidvinkelobjektiver skal brukes til å minimere objektivfortegning. Forsiktighet bør utvises å redusere visuelle bakgrunnsstøy, for eksempel kanter og hjørner i vindtunnel arena, og maksimere insekt til bakgrunnen diskriminering. Ved hjelp av en infrarød lyskilde, refleksjon (f.eks., fra nattlige mygg) kan bli filmet med monokrom CCD kameraer¹⁷.