Waiting
Login-Verarbeitung ...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Behavior

En vindtunnel til lugt medieret insekt adfærdsmæssige Assays

Published: November 30, 2018 doi: 10.3791/58385

Summary

Her, beskriver vi konstruktionen og brugen af en vindtunnel for lugt medieret adfærdsmæssige assays med insekter. Vindtunnel-design letter frigivelsen af lugt kilder af flere metoder, med og uden visuelle stimuli. Vindtunnel eksperimenter er vigtige metoder til at identificere behaviorally aktive flygtige kemikalier.

Abstract

Lugtesansen er den vigtigste sensoriske mekanisme som mange insekter interagerer med deres miljø og en vindtunnel er et fremragende værktøj til at studere insekt kemiske økologi. Insekter kan finde punktkilder i en tre-dimensionel miljø gennem sensoriske interaktion og sofistikeret adfærd. Kvantificering af dette problem er et nøgleelement i udviklingen af nye værktøjer til pest kontrol og beslutning support. En vindtunnel med et egnet flyvning afsnit med laminar air flow, visuelle stikord for in-flight feedback og en række muligheder for anvendelse af lugte kan bruges til at måle komplekse adfærd, som efterfølgende kan tillade identifikation af attraktive eller frastødende lugt, insekt flyvning karakteristika, visual-lugt interaktioner og interaktioner mellem attraktanter og lugte dvælende som baggrund lugte i miljøet. En vindtunnel holder fordelen af at studere lugt medieret adfærdsrepertoire af et insekt i et laboratorium indstilling. Adfærdsmæssige foranstaltninger i kontrollerede omgivelser give link mellem insekt fysiologi og feltet ansøgning. En vindtunnel skal være et fleksibelt redskab og let bør støtte ændringerne i opsætning og hardware til at passe forskellige forskningsspørgsmål. Den store ulempe at vindtunnel konfigurationen som beskrevet her, er den rene lugt baggrund, som kræver særlig opmærksomhed, når de udvikler en syntetisk flygtige blanding til feltet ansøgning.

Introduction

Vindtunnelen er et vigtigt redskab i insekt kemiske økologi undersøgelser, der giver mulighed for laboratorietest af insekt flyvning svar til semiochemicals. Ved at frigive lugte i en kontrolleret vind strøm, kan insekter adfærdsmæssige reaktion på disse stimuli overvåges direkte ved at studere deres vindretningen flugt mod kilden. Lugtesansen er den vigtigste sensoriske mekanisme som mange insekter interagere med deres biotiske miljø1. Insekter bruger lugt stikord til at finde egnede partnere til parring. På samme måde, de bruger lugt buketter fra værten ressourcer til at finde føde selv, eller afkom. Planter frigive blomster lugte i kombination med nektar og pollen belønninger til sikre insekt bestøvning effektivitet. Alle disse flygtige stikord diffuse passivt i miljøet og insekter skal identificere og fortolke deres individuelle relevans. Som flygtige stoffer der frigives i miljøet, rejser molekylerne med vinden som filamenter, bevarer den oprindelige koncentration for lange afstande vindretningen, før til sidst at blive brudt op og fortyndet af turbulens og diffusion2. Insekter kan registrere minute ændringer i ustabile signal og direkte deres bevægelse vindretningen, mod kilden. Insekter vise en flyvning adfærd med hurtigt vindretningen strømstød ved kontakt med en attraktiv lugt, og støbning sidelæns ved tab til at flytte lugten plume3,4. Olfaktoriske neuroner i sensilla af insekt antenner Co lokaliserede arrangementet kan lette adfærdsmæssige reaktioner på debut og tab af plume kontakt med bemærkelsesværdig høj opløsning5 og aktiverer insekter kan skelne mellem lignende lugt molekyler med oprindelse fra forskellige kilder6. Visuel feedback samtidig i flugt, betegnes optomotor anemotaxis, er grundlæggende at identificere vindretningen, objekter og relative forskydning2,7. Ved hjælp af sensoriske interaktion og sofistikeret adfærd, kan insekter finde punktkilder i en tre-dimensionelle miljø.

Identifikation af insekt attraktanter og afskrækningsmidler kan have flere vigtige anvendte aspekter. Sex feromoner (intraspecific signaler) på mange skadedyr insekter kan syntetiseres og udgivet i luften for at forstyrre den parring adfærd8. Både feromoner og kairomones (artskrydsede signaler) kan bruges til masse diffusering, tiltrække og dræbe i overvågning fælder for at give direkte oplysninger af skadedyr status. Insektmidler, såsom myg9, kan også studeres i vindtunnel bioassays. Disse metoder spille en vigtig rolle for integreret bekæmpelse af skadegørere styring og beslutning støtteordninger for landmænd.

Vindtunnel bioassays, hvor lugt medieret adfærd repertoire af en art kan overvåges, er en kraftfuld metode til at identificere potentielle nye værktøjer til skadedyrsbekæmpelse til at erstatte eller mindske virkningerne af anvendelsen af pesticider.

Det teoretiske ræsonnementet bag vindtunnel-design er grundigt beskrevet10. Her, beskriver vi vindtunnel byggeri, lugt ansøgning og flight adfærd, der er blevet brugt i flere forsøg for at bestemme vindtunnel bioassay protokol. Vindtunnel (figur 1) på Nibio (Ås, Norge) er fremstillet af ridsefast gennemsigtig polycarbonat. Flight arena er 67 cm høj, 88 cm bred og 200 cm lang. Foran flyvning arena er der en ekstra polycarbonat sektion, 30 cm lang. Denne del af vindtunnel fungerer som et hjælpeprogram sektion for anvendelsen af lugte. Hvis de flygtige stoffer kommer i kontakt med polycarbonat boliger i arenaen fly de kan senere blive genudgivet og forurene mellem sessioner. På hver ende af afsnittet nytte er der derfor en perforeret metal gitter. Begge gitre begrænse luftstrømmen og skabe et lille overtryk på vindretningen side. Dette resulterer i øget laminar flow i vindretningen side. Gitteret vindretningen er lavet af en perforeret metal plade med 8 mm huller jævnt fordelt i hele tværsnittet af tunnelen med 54% åbne område. Vindretningen gitteret har huller på 3 mm og en 51% åbne område. Dette reducerer turbulensen og sikrer, at lugt plume rejser centralt ned på længden af flyvningen arena. Lugt plume vil have form af en smal kegle og kan visualiseres ved hjælp af røg. På gulvet i flyvningen er arena, plast eller papir cirkler af forskellig størrelse (fra 5 til 15 cm i diameter) lagt ud til at give insekter visuel feedback under flyvningen. Der er en 25 af 50 cm adgang dør på vindretningen slutningen af flyvningen arena og i afsnittet nytte. Mellem vindretningen slutningen af flyvningen arena og afsnittet udstødning filter er der en 60 cm åbent område for insekt håndtering. Denne adgang område er dækket på sider med en 0,8 mm fintmaskede stof til at forhindre insekter undslipper til rummet.

Luften er trukket ind i den første filter boliger af en fan. Luften passerer gennem en støv filter før det er renset af 24 høj kapacitet aktivt kul filtre og udgivet i tunnelen. Luften forlader tunnelen er passeret gennem en lignende filter bolig før den blev udgivet tilbage ind i stuen. Det kan være gavnligt for udsugning til ydersiden af bygningen gennem et stinkskab. Fans på begge filterhuse køres med lige flow. Både fans har en kontinuerlig lysdæmper og er kalibreret til forskellige vindhastigheder ved hjælp af et flowmeter. Luft hastighed er afhængig af de arter, der er testet. 30 cm s-1 er ofte et godt udgangspunkt. For små insekter, den ideelle luft hastighed kan reduceres, og for stærk flyers, flyvehastighed kan være højere for at øge relative flyvning afstanden.

Vindtunnel værelse letter kontrol af temperatur, luftfugtighed og lysintensitet. LED strips er placeret bag en 3 mm uigennemsigtig poly(methyl methacrylate) rude til at oprette en diffus lyskilde ovenfor og bag arenaen flyvning. Begge lyskilder kan kontrolleres uafhængigt.

Lugt ansøgning kan opnås med flere midler. Generelt, lugte frigives til luftstrømmen i midten af vindretningen slutningen af flyvningen arena. Afhængigt af forskningsspørgsmål ved hånden, kan frigivelsen punkt udsat eller dækket. Et glas cylinder (10 cm diameter, 12,5 cm lang) med et metalnet (2 × 2 mm maskestørrelse) i vindretningen side kan visuelt blokere lugt kilde og samtidig fungere som en landing platform for insekter. I mange eksperimenter, kan en vandret glas platform bruges til at præsentere lugt kilder eller visuelle signaler tæt på frigivelsen punkt. Der er også mulighed for at frigive to lugte samtidig side om side, at lette valg assays. Release punkter er så placeret 20 cm fra hinanden og lugt plumes overlapper fra halvvejs ned i tunnelen. Valget kan derefter identificeres af hvilke plume insekt følger vindretningen.

Vindtunnel-design letter talrige flygtige release metoder. For eksempel kan en bestemt lugt frigives foran en baggrund lugt som udsendes af en afgrøde Vegetabilske11,12. Desuden kan være forskellige visuelle stimuli testet13,14. Opsætningen af eksperimenterende skal tilpasses til hver art og forskning spørgsmål.

Naturlige lugt kilder, såsom plantedele og syntetiske lugte fra dispensere kan indføres direkte i arenaen flyvning. For at isolere lugt medieret adfærd fra visuel, lugt kilde kan dækkes, eller de flygtige stoffer transporteres ind i arenaen fly via en trækul filtrerede laboratorium lufttilførsel udefra. Lugt kilden er så begrænset til en glaskrukke og luften er skubbet gennem krukken i vindtunnelen via Teflon rør og glas rør. Flyvehastighed ved frigivelsen punkt bør matche vindhastigheden i arenaen.

For at frigive lugte på særlige blanding nøgletal, kan en sprøjte anvendes. Sprøjten er en ultralyd dyse med en kegleformet spids og en indsatte microbore til at lette en flydende flow på 10 µL min-1. Dysen er forbundet til en bredbånds ultralyd generator og opererer på 120 kHz. En sprøjten pumpe skubber lugt prøven i sprøjte dyse. Fluorholdige ethylen propylen (FEP) slanger med 0,12 mm indre diameter er tilslutning 1 mL er gastætte sprøjten og dysen. Slangen adaptere, som svulme i ethanol og skrumpe i luft, fremme tætsiddende med ingen indvendige volumen. Aerosol Dråbestørrelse genereret fra vibrationer i dysen er frekvens afhængige og afhænger af den specifikke opløsningsmidlet anvendes. De små dråber fordamper og bringes ned i vindtunnel som flygtige stoffer. Andre sprøjten designs findes også og en billigere version udnytter en piezo drevet glas kapillær giver en lignende løsning15.

Syntetiske blandinger eller headspace samlinger kan bruges med sprøjten. Prøverne fortyndes med ren ethanol til den ønskede koncentration. Med flygtige samlinger, kan prøven fortyndes for at svare til afhentningstidspunkt. Det betyder, at en flygtig samling stikprøven over 3 h skal fortyndes til 1800 µL, som på en frigivelse sats fra sprøjten på 10 µL min-1 svarer til 3 h.

Identifikation af flyvningen opførsel kan gøres direkte ved manuel observation eller ved post hoc videoanalyse. Orienteret flyvningen bør skelnes fra tilfældige flyvning. Lugt medieret adfærd kan blive genkendt af følgende karakteristika: zig-zag flyvning på tværs af lugt plume, lige vindretningen flyvning når inde røgfanen, og springer tilbage hvis kontakt med røgfanen er tabt. Efter tabet af en attraktiv plume, kan insekter også begynde at zig-zag med stigende buer til at genoprette forbindelsen til tabt plume3,4. Denne adfærd er grundlæggende i feltet omgivelser hvor insekter efter en attraktiv lugt skal håndtere turbulens og skiftende vindretninger. Flight mønster er ikke ensartet og varierer på tværs af de insekt ordrer. Som et eksempel, stærk flyers som blowflies har en hurtigere vindretningen orientering med bredere støbning mønster end møl og vindhastigheden skal øges for at fremme et længere relative flyvevej.

Rækken af et insekt kan også blive filmet. Med et enkelt kamera, kan enkle flyvning karakteristika betegnes ved plotte x y koordinaterne16. Ved hjælp af to kameraer med synkroniserede ramme fange, kan den 3D flyvning rekonstrueres ved hjælp af en ekstern programmel17. Flight spor kan derefter analyseres for at give oplysninger om flyvning hastighed og distance, flight vinkler med hensyn til vindretningen og detaljer om flyvning karakteristika i forhold til lugt plume. Der er både brugerdefineret og kommercielle udstyr og software til rådighed, som aktiverer automatisk ramme ved ramme sporing. Kalibrering rammer bør anvendes til at henvise til virkelige verden rum, og retlinede vidvinkelobjektiver bør anvendes til at minimere linseforvrængning. Bør udvises forsigtighed, at reducere visuelle baggrundsstøj, såsom kanter og hjørner i arenaen vindtunnel og maksimere insekt baggrund diskrimination. Ved hjælp af en infrarød lyskilde, refleksion (fx., fra nocturnal myg) kan blive filmet med monokrom CCD kameraer17.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. forberedelse glasrør

  1. Forbered glasrør (fx., 2,8 cm diameter, 13 cm lang) og lukke ene ende med en plastik snap hætten.
  2. Separat 10 insekter ind i udjævnede glasrør og dække de resterende ender med gaze ved hjælp af en elastik. Tillad insekter til at akklimatisere til den temperatur, lysforhold og fugtighed af vindtunnel plads til mindst 2 h.
    Bemærk: Antallet af insekter inde i hvert rør afhænger af arter og forskning spørgsmålet.

2. forberedelse af lugt kilder

  1. Sprøjten protokol.
    1. Fyld 1 mL er gastætte sprøjte med en fortyndet headspace samling eller en syntetisk lugt mix.
      Bemærk: Indholdet af den fortyndede headspace eller syntetiske lugt mix afhænger insekt arter og forskning spørgsmål. Generelt er bør koncentrationerne anvendes svare til de naturlige release satser af den autentiske lugt kilde.
    2. Tilslutte sprøjten tip til FEP slangen ved hjælp af slanger adaptere og Sæt sprøjten i sprøjten pumpe.
    3. Start sprøjten pumpe.
    4. Start den broadband ultralyd generator.
      Bemærk: Frigivelsen af aerosol fra sprøjten kan bekræftes ved at pege en torch lys fra under frigivelsen punkt.
    5. Køre sprøjten med 96% ethanol i mindst 10 min mellem behandlinger at rengøre indersiden af rør og mundstykke. Brug en separat sprøjte, dedikeret til ren ethanol, for alle rengøring.
    6. Ren sprøjter og spidsen af dysen med 96% ethanol efter brug.
  2. Autentiske lugt kilde protokol.
    1. Indsæt de autentiske lugt kilder i vindtunnelen eller i en 2 L headspace samling krukke.
    2. Tilslut headspace samling krukke til laboratoriet air flow og frigive i vindtunnel.
      Bemærk: Indsamle plantemateriale som tæt på starten af eksperimenterne som muligt og forhindre Visnen af indlagde den afskårne ende i en lille hætteglas med vand. Mængden og typen af plantemateriale eller andre autentiske lugt kilde, afhænger af insekt arter og forskning spørgsmål.
  3. Placer glasrør med insect(s) en holderen 180 cm til vindretningen fra lugt/visual source og 30 cm fra jorden. Udjævnede slutningen påpege vindretningen.

3. start af protokollen

  1. Bruge to kameraer til at fange to forskellige visninger. Montere kameraer over arenaen flyvning og vinklet for at fange to forskellige visninger.
  2. Åbn fælles landbrugspolitik.
  3. Starte timeren.
    Bemærk: Forskellige arter kræver forskellige tidsrammer til at reagere, fx., æble frugt moth (Argyresthia conjugella) vil svare inden for 4-5 min.11, men grapewine moth (Lobesia botrana) kræver op til 20 min til at reagere 18.
  4. Observere flyvningen mønster og lægge særlig vægt på flight Karakteristik og vindretningen orientering. Score flyvepræstation efter foruddefinerede adfærdsmæssige kategorier, fx., tage ud orienteret flyvetur over en kort afstand (minimum 20 cm), orienterede flyvning over længere afstand (< 5 cm fra kilden) og landing.
    Bemærk: Filme og 3D sporing ved hjælp af to kameraer kan bruges til at give mere detaljerede oplysninger om flyvning karakteristika. Generelt er er kameraerne monteret over arenaen flyvning og vinklet for at fange to forskellige visninger.
  5. Indsamle insekter landing på væggene i vindtunnel, lugt plume, og erstatte holderen tilbage til.
    Bemærk: Insekter kan gives en chance for at reagere på lugte med vindretningen flyvning og ikke erstattes.
  6. Skift til rent glas hardware mellem behandlingerne.
    Bemærk: Hyppig kontrol behandlinger bør køres for at identificere eventuel kontamination kilder.
  7. Aflive insekter med CO2 eller ved frysning efter forsøgene.
    Bemærk: Afhængigt af problemformulering, hunner kan scorede for æg udvikling eller visuelt inspiceret for at kontrollere tilstanden af vinger eller antenner.

4. rengøring

  1. Vask alle metal og glas hardware med ethanol og vand og lad indtil tør.
  2. Opvarm alle metal og glas hardware til 300 ° C 6 h at fjerne forurenende stoffer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Blowflies reagerer kraftigt på lugte fra døde dyr, som repræsenterer en flygtig larve vækst substrat19,20. Brug døde mus som en naturlig lugt kilde, vi undersøgt detaljerne i flight funktionsmåden for 15 dage gamle, parret kvindelige C. vicina, med eller uden en visuelle stimuli ved siden af lugt frigivelse punkt13. For at fjerne den naturlige visuelle stikord, brugte vi glas krukke systemet beskrevet ovenfor. Med en vindhastighed på 30 cm s-1 blowflies vises, mere end 80% take-off og orienteret flyvning opførsel i vindretningen slutningen af vindtunnel og mere end 60% af dem avanceret med kontrolleret og orienteret bevægelse i vindretningen del af tunnel ( Figur 2). Der var ingen signifikant effekt af den visuelle stikord på orienteret flyvning adfærd. Men du effektivt viser det fulde spektrum af adfærd, der under naturlige forhold vil give blowflies mulighed for at deponere æg på en slagtekrop (take-off, orienteret flyvning og landing) ved tilføjelse af et visuelt vink er nødvendigt at markere lugt kilde. Brug af en visuel cue steget betydeligt landinger på kilde fra 14% til 40%. Denne enkle udvinding af en større vindtunnel eksperiment13 illustrerer behovet for en fuldstændig beretning om de sensoriske modaliteter bruges i resource placering af insekter, og det viser, at udvidede oplysninger om adfærd kan styrke resultaterne og efterfølgende give mere viden til at blive udvundet fra hvert eksperiment.

For at besvare som flygtige stikord ært møl bruger til at finde en egnet vært anlæg for oviposition, studerede vi vindretningen orientering af 5-7 dages gamle parret hunnen mod ærten planter i forskellige fænologiske faser (blad, knop, blomst, pod) i vindtunnel14 . Vindhastighed var 30 cm s-1, lysintensitet 1000 lux, temperatur 20-22 ° C og RH 60-70%. Vi brugte en kombination af visuelle og olfaktoriske stikord ved at placere levende planter direkte ind i vindretningen ende af vindtunnel arena og sammenligne den adfærdsmæssige reaktion med de tilsvarende headspace ekstrakter. Vi har også testet en syntetisk blanding af ti antennaly aktive pea plante flygtige stoffer. Den adfærdsmæssige reaktion på ærten moth (figur 3) viste, at skytterne kvinder var meget mere tiltrukket af ærten planter med blomster (58%) og knopper (52%) end at ærten planter i bladet (10%) eller pod fase (24%). Lignende svar blev observeret ved hjælp af den tilsvarende headspace ekstrakter. Skytterne kvinder var mest tiltrukket af headspace ekstrakter fra blomstrende ærten planter (56%), efterfulgt af ærten planter med knopper (42%), og lav svar blev registreret for pod (28%) og bladstadium (10%). Test en sprøjtede syntheic blanding af ti antennaly aktive ært flygtige stoffer som stimuli, resulterede i en landing respons på 34%.

Resultaterne viser linket mellem værten plante Fænologi og de tilsvarende plante lugt, såvel som dens indvirkning på adfærden hos parret C. nigricana hunner. Skytterne hunnen har en klar præference for ærten planter under flower udvikling og den tilknyttede lugt profil er afgørende for lokationen vært. Dette eksperiment viser desuden, at parret C. nigricana hunner kan skelne mellem forskellige fænologiske stadier af ærten planter når sensing kun flygtige stikord. Sensorisk integration er vigtigt for værten placering og kan øge evnen til at opfatte mindre forskelle, navnlig kvinder13,21,22. Ikke desto mindre i denne vindtunnel eksperiment var landing svar på headspace uddrag fra blomstrende ærten planter (56%) uden tilstedeværelse af visuelle stikord de samme som svar til den rigtige plante (58%). Ligheden mellem headspace ekstrakter eneste og reel planter antyde, at lugten er grundlæggende vært plante cue for parret C. nigricana hunner.

En af de vigtigste udfordringer ved udviklingen kairomone lokker fra vindtunnel adfærdsmæssige assays, oversætte den færdige blanding til feltet miljø. Vindtunnelen har rene lugt baggrund, mens markforhold er gennemsyret af lugt fra den omgivende vegetation, som kan ændre den kemiske information.

Eksperimenter i vindtunnel blev udført med felt indsamlede hunner ved vindens hastighed af 30 cm s-1, lysintensitet af 5 lux, temperatur på 19-20 ° C og en RH på 55-65%. Eksperimenter med og uden baggrunden lugte hjulpet i udviklingen af Luren flygtige plantebaseret felt for apple frugt møl Argyresthia conjugella11. Resultaterne viser at lugt dispensere med en kompleks blanding (7 komponenter) og en enkel blanding (2 komponenter) har lignende vindretningen attraktion når præsenteret alene på en ren baggrund (figur 4A). I et valg assay, dog foretrak med feltet dispensere indlejret i en apple flygtige baggrund, apple frugt møl hunnerne komplekset, men ikke simpelt blend (figur 4B).

Resultaterne viser at blend kompleksitet er en nøglespiller at overvinde plante baggrund indflydelse og at baggrunden samspillet skal overvejes, når udvikling kairomones for feltet brug.

Figure 1
Figur 1. Skematisk af vindtunnel placeret som NIBIO, Ås - Norge. Vindtunnel er placeret i et klima kontrolleret rum. Luftstrømmen er filtreret af aktivt kul filtre før og efter lugt ansøgning og cirkuleres derefter tilbage ind i stuen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2. Gennemsnit (±SE) procent adfærdsmæssige reaktion af Calliphora vicina til naturlige lugt kilder med og uden visuelle stimuli. Lugt stimuli var begrænset til en glaskrukke og indført i vindtunnel af en trækul filtreret luft stream. Dette tal er blevet ændret fra [Aak, A. & Knudsen, G. K. (2011) Sex forskelle i lugtesansen-medieret synsstyrken i blowflies og dens konsekvenser for kønsspecifikke diffusering. Entomologia Experimentalis et Applicata 139 25-34]. Væsentlige forskelle identificeres ved hjælp af t-test (signifikansniveau: p = 0,05) på i alt 50 fluer per eksperimentel behandling, med gennemsnit baseret på andelen af respondenter blandt 10 fluer testet på fem separate dage. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3. Procent landing svar (±SE) af Cydia nigricana at ærten planter i forskellige fænologiske fase, den tilsvarende headspace samling og en syntetisk flygtige blanding af 10 antennaly aktive forbindelser. Headspace og syntetiske blandingen blev udgivet fra en ultralyd sprøjten. Plantematerialet var placeret direkte i arenaen flyvning. Dette tal er blevet ændret fra [Thöming, G., Norli, H. R., Saucke, H. & Knudsen, G. K. (2014) Pea plante flygtige guide vært placering adfærd i ært møl. Leddyr-plante interaktion. 8 (2), 109-122]. Væsentlige forskelle identificeres ved hjælp af ANOVA (signifikansniveau: p = 0,05). For alle behandlinger, mindst 50 kvinder blev testet og møllet havde 6 min at reagere på lugten. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4. Procent Argyresthia conjugella nærmer sig komplekse og forenklet tiltrækningsmidler (< 5 cm). A. vindretningen tiltrækning til feltet dispensere uden baggrunden. B. vindretningen tiltrækning til feltet dispensere indbygget i plante flygtige baggrund. Dette tal er blevet ændret fra [Knudsen, G. K. & Tasin, M. (2015) Spotting angriberne: et kontrolsystem baseret på plante flygtige stoffer til at forudsige apple frugt møl angreb i æbleplantager. Grundforskning og anvendt økologi 16 (4), 354-364]. Væsentlige forskelle identificeres ved hjælp af ANOVA (signifikansniveau: p = 0,05). For alle behandlinger, mindst 45 hunner blev testet og møllet havde 5 min til at reagere på lugten. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Vindtunnelen er et nyttigt værktøj til at identificere både tiltrækkende og frastødende lugt for mange insekter4,9. Med godt kendskab til økologi, biologi og adfærd af insektet studerede, sin flyvning karakteristika let kan identificeres og miljøforhold, vindhastighed, visuelle stimuli og lugt program kan være skræddersyet til at passe. Det anbefales, når du starter med en ny art, at finjustere vindtunnel parametre ved hjælp af de mest attraktive kilde muligt. Med kairomones, dette er normalt live-vært plantemateriale eller en naturlige fødekilde og med feromoner, et bur ringer hun- eller handyr (afhængigt af insektet studerede). For at identificere afskrækningsmidler, er der også behov for en attraktiv kilde som at måle antagonisme9. Disse første resultater vil også tjene som en baseline for yderligere eksperimenter.

Vindtunnel dimensioner bør anses for at give plads til fri bevægelighed og visning af medfødte flyvning karakteristika. Med stærk flyers og store insekter, kan store fly arenaer være nødvendigt. For mindre insekter kan der anvendes en del af arenaen. Vindhastigheden kan være specifikke for insekt arter studerede og bør justeres for at passe flyvning kapaciteten. Med alle duftstoffer, men især med feromoner bør sørges for at undgå kontaminering og hyppig kontrol behandlinger bør gøres for at undgå forkerte konklusioner.

Aktivt kul filtre vil levere et tomt lærred til ansøgning af de ønskede lugte. Men der kan være en flip side at rengøre laboratorieforhold, fordi naturlige baggrund lugte kan interagere med udviklede felt dispensere11,23. Oversætte vindtunnel blandinger af allestedsnærværende flygtige stoffer til markforhold kan derefter være mindre ligetil og muligheder for at medtage baggrunden lugte i vindtunnel bør overvejes. Med feromoner, som er særskilt flygtige, oversættelse til markforhold er mindre af et problem. Dette gælder også for flygtige stoffer fra sjældne ressourcer, såsom Kadaver kairomones udnyttet af Calliphorid flyver24.

Sprøjten er et fremragende værktøj for at frigive flygtige stoffer på kendte koncentrationer og blanding nøgletal. Sprøjten omgår problemet med beregning af frigivelse satser som hurtigt bliver kompliceret. Med sprøjtede headspace er det let at sammenligne effektiviteten af en flygtig headspace samling ved at sammenligne attraktionen for levende planter og intakt plantematerialer. Indhold af flygtige samlinger kan identificeres med en gaskromatograf, koblet til et massespektrometer. Sprøjten udnytter en solvent fortyndede prøve. Opløsningsmidlet kan interagere med insekt flyvning performance og bør sikres at identificere effekten. Ethanol er et lokkemiddel for nogle insektarter, fx., woodboring biller25. Som sprøjte funktioner af vibrerende på ultrasonisk frekvenser, pleje også bør tages til at overveje den anti-aggressive reaktion på visse arter i stand til at opdage flagermus26.

Tiltrækning af kravlende insekter kan også blive testet i en vindtunnel27. En ophøjet platform, parallel til og i centrum af lugt plume kunne derefter monteres inde i arena28. Dog bør drages særlig omsorg for at håndtere smitteproblemer.

Vindtunnelen kan også være et effektivt redskab til at validere bioteknologiske løsninger, som en undersøgelse af genetisk modificerede Vitis vinifera planter med ændret kairomone emission ratio og tilsvarende L. botrana attraktion har vist29. Transgene planter, headspace ekstrakter og syntetiske blandinger blev testet for L. botrana attraktion i vindtunnel og resulterede i nedsat attraktion i forhold til kontrol planter af V. vinifera29.

Der er dog nogle begrænsninger i anvendelsen af vindtunneler, som bør overvejes nøje i hvert enkelt tilfælde. Som insekter normalt er anvendte i arenaen kun én gang, er arter med lange generationstid mindre velegnet til vindtunnel eksperimenter. Også kan røde anførte arter være kontroversiel til test i laboratoriet adfærdsmæssige undersøgelser. Dog skadedyr insekter, hvortil der er et stort behov for attraktive lokker, har som regel kort generationstid og tilstrækkeligt antal kan opnås fra feltsamlingen eller en stejlende protokol.

Vindtunnelen helt sikkert har sin plads i kemiske økologi adfærdsmæssige undersøgelser. Det kan opbygges på forskellige måder, afhængigt af budgettet, og funktioner kan føjes til at passe med forskellige forskningsspørgsmål. Vindtunnelen har fordelen, at observationer og målinger af flyvning adfærd af insekt svar til lugt og andre sensoriske stimuli.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Ingen

Acknowledgments

M. Tasin blev støttet af det svenske Forskningsråd for bæredygtigudvikling (formular, Grant 2013-934).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Flight arena any NA Construct to fit the filter housing
Filter housing x 2 Camfill Farr Contains the dust and charcoal filters
Fan x 2 Fischbach Model D640/E35 Silent fan with continous dimmer switch
Perforated grids any NA Two different open areas are needed, e.g. 54 and 51%
Flowmeter Swema air Swema air 300 Identifying the wind speed
Ultrasonic sprayer SonoTek Sprayer nozzle with conical tip and inserted microbore
Broadband ultrasonic generator SonoTek Function generator
Syringe pump CMA microdialysis CMA 102 Liquid delivery
FEP tubing CMA microdialysis 0.12 mm inner diameter
Tubing adaptors CMA microdialysis Connectors for zero internal volume
Gastight syringe any NA 1000 µL syringe for headspace collections and synthetic blends
Gastight syringe any  NA 1000 µL syringe for cleaning sprayer
Torch any NA Small light source for checking sprayer release
Timer any NA Timer with alarm function 
Holder for insect release any NA Metal construction
Lighting any NA LED is preferable due to low heat production
Moisturiser any NA Size depends on volume of wind tunnel room
Temperature control any NA Temperture range depends on species
Glass tubes any NA Tubes (2.8 cm diameter, 13 cm long) for  insects
Snap cap any NA Snap cap that fits the glass tube
Gauze any NA Fabric to close the glass tube
Rubber band any NA To hold gauze in place
Glass cylinder any NA Cylinder for odour containment and landing platform (10 cm diameter, 12.5 cm long)
Glass jars any NA Glass jars for dynamic headspace collection
Connectors and tubes any NA Tubes and connectors depends on type of glass jars
Air supply any NA From laboratory air or bottles
Charcoal filters any NA For cleaning the outside air sypply
Vial any NA Small vial with water to keep plant material fresh
Oven any NA Heat metal and glassware to 300 degrees to decontaminate

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hansson, B. S., et al. Insect olfaction. , Springer. Berlin Heidelberg. (1999).
  2. Murlis, J., Elkinton, J. S., Cardé, R. T. Odor Plumes and How Insects Use Them. Annual Review of Entomology. 37, 505-532 (1992).
  3. Todd, J. L., Baker, T. Ch. 3. Insect olfaction. Hansson, B. , Springer. 67-96 (1999).
  4. Carde, R. T., Willis, M. A. Navigational strategies used by insects to find distant, wind-borne sources of odor. Journal of Chemical Ecology. 34 (7), 854-866 (2008).
  5. Baker, T. C., Fadamiro, H. Y., Cosse, A. A. Moth uses fine tuning for odour resolution. Nature. 393 (6685), 530 (1998).
  6. Bruce, T. J. A., Wadhams, L. J., Woodcock, C. M. Insect host location: a volatile situation. Trends in Plant Science. 10 (6), 269-274 (2005).
  7. Srinivasan, M. V., Zhang, S. W. Visual motor computations in insects. Annual Review of Neuroscience. 27, 679-696 (2004).
  8. Rhainds, M., Kettela, E. G., Silk, P. J. Thirty-five years of pheromone-based mating disruption studies with Choristoneura fumiferana (Clemens) (Lepidoptera: Tortricidae). Canadian Entomologist. 144 (3), 379-395 (2012).
  9. Sharpington, P. J., Healy, T. P., Copland, M. J. W. A wind tunnel bioassay system for screening mosquito repellents. Journal of the American Mosquito Control Association. 16 (3), 234-240 (2000).
  10. Baker, T. C., Linn, C. E. Techniques in pheromone research. Hummel, H. E., Miller, T. A. , Springer. 75-110 (1984).
  11. Knudsen, G. K., Tasin, M. Spotting the invaders: A monitoring system based on plant volatiles to forecast apple fruit moth attacks in apple orchards. Basic and Applied Ecology. 16 (4), 354-364 (2015).
  12. Knudsen, G. K., Norli, H. R., Tasin, M. The ratio between field attractive and background volatiles encodes host-plant recognition in a specialist moth. Frontiers in Plant Science. 8, (2017).
  13. Aak, A., Knudsen, G. K. Sex differences in olfaction-mediated visual acuity in blowflies and its consequences for gender-specific trapping. Entomologia Experimentalis et Applicata. 139, 25-34 (2011).
  14. Thöming, G., Norli, H. R., Saucke, H., Knudsen, G. K. Pea plant volatiles guide host location behaviour in the pea moth. Arthropod-Plant Interactions. 8 (2), 109-122 (2014).
  15. El-Sayed, A., Godde, J., Arn, H. Sprayer for quantitative application of odor stimuli. Environmental Entomology. 28 (6), 947-953 (1999).
  16. Haynes, K. F., Baker, T. C. An analysis of anemotactic flight in female moths stimulated by host odour and comparison with the males' response to sex pheromone. Physiological Entomology. 14 (3), 279-289 (1989).
  17. Spitzen, J., Takken, W. Keeping track of mosquitoes: A review of tools to track, record and analyse mosquito flight. Parasites and Vectors. 11 (1), (2018).
  18. Masante-Roca, I., Anton, S., Delbac, L., Dufour, M. -C., Gadenne, C. Attraction of the grapevine moth to host and non-host plant parts in the wind tunnel: effects of plant phenology, sex, and mating status. Entomologia Experimentalis et Applicata. 122 (3), 239-245 (2007).
  19. Johansen, H., et al. Blow fly responses to semiochemicals produced by decaying carcasses. Medical and Veterinary Entomology. 28, 9 (2014).
  20. Paczkowski, S., Maibaum, F., Paczkowska, M., Schutz, S. Decaying Mouse Volatiles Perceived by Calliphora vicina Rob.-Desv. Journal of Forensic Sciences. 57 (6), 1497-1506 (2012).
  21. Aluja, M., Prokopy, R. J. Host odor and visual stimulus interaction during intratree host finding behavior of Rhagoletis pomonella flies. Journal of Chemical Ecology. 19 (11), 2671-2696 (1993).
  22. Reeves, J. Vision should not be overlooked as an important sensory modality for finding host plants. Environmental Entomology. 40 (4), 855-861 (2011).
  23. Knudsen, G. K., et al. Discrepancy in laboratory and field attraction of apple fruit moth Argyresthia conjugella to host plant volatiles. Physiological Entomology. 33 (1), 1-6 (2008).
  24. Aak, A., Knudsen, G. K., Soleng, A. Wind tunnel behavioural response and field trapping of the blowfly Calliphora vicina. Medical and Veterinary Entomology. 24, 250-257 (2010).
  25. Montgomery, M. E., Wargo, P. M. Ethanol and other host-derived volatiles as attractants to beetles that bore into hardwoods. Journal of Chemical Ecology. 9 (2), 181-190 (1983).
  26. Skals, N., Anderson, P., Kanneworff, M., Löfstedt, C., Surlykke, A. Her odours make him deaf: Crossmodal modulation of olfaction and hearing in a male moth. Journal of Experimental Biology. 208 (4), 595-601 (2005).
  27. Willis, M. A., Avondet, J. L., Zheng, E. The role of vision in odor-plume tracking by walking and flying insects. Journal of Experimental Biology. 214 (24), 4121-4132 (2011).
  28. Martel, J. W., Alford, A. R., Dickens, J. C. Laboratory and greenhouse evaluation of a synthetic host volatile attractant for Colorado potato beetle, Leptinotarsa decemlineata (Say). Agricultural and Forest Entomology. 7 (1), 71-78 (2005).
  29. Salvagnin, U., et al. Adjusting the scent ratio: using genetically modified Vitis vinifera plants to manipulate European grapevine moth behaviour. Plant Biotechnology Journal. 16 (1), 264-271 (2018).

Tags

Adfærd sag 141 kemiske økologi kairomone pheromone ultralyd sprøjten overvågning olfaktoriske og visuelle stimuli
En vindtunnel til lugt medieret insekt adfærdsmæssige Assays
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Knudsen, G. K., Tasin, M., Aak, A.,More

Knudsen, G. K., Tasin, M., Aak, A., Thöming, G. A Wind Tunnel for Odor Mediated Insect Behavioural Assays. J. Vis. Exp. (141), e58385, doi:10.3791/58385 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter