Koku için bir rüzgar tüneli böcek davranış deneyleri aracılı
Summary
Burada, koku böcekler ile davranış deneyleri aracılı için inşaat ve bir rüzgar tüneli kullanımını açıklar. Rüzgar Tüneli tasarım çeşitli yöntemler ve olmayan görsel uyaranlara tarafından koku kaynakları serbest kolaylaştırır. Rüzgar Tüneli deneyler davranışsal etkin uçucu kimyasalları tanımlamak için önemli yöntemlerdir.
Abstract
Koku alma hangi birçok böcek onların çevre ile etkileşim ve bir rüzgar tüneli böcek kimyasal ekoloji eğitim için mükemmel bir araçtır en önemli duyu mekanizmadır. Böcekler sofistike davranış ve duyusal etkileşim aracılığıyla üç boyutlu bir ortamda noktası kaynakları bulabilirsiniz. Bu davranış miktar pest kontrol ve karar destek için yeni araçlar geliştirilmesi bir unsurdur. Bir rüzgar tüneli ve laminar hava akımı ile uygun uçuş bölümü visual uçuş sırasında geribildirim için ipuçları ve daha sonra çekici tanımlaması ayr─▒cal─▒klar karmaşık davranış ölçmek için çeşitli seçenekler kokuları uygulanması için kullanılabilir veya itici kokular, böcek uçuş özellikleri, görsel-koku etkileşimleri ve cezbedici ve arka plan kokular çevre olarak kalan kokuları arasındaki etkileşimler. Bir rüzgar tüneli koku eğitim avantajı bir böcek bir laboratuvar ortamında davranış repertuar aracılı tutar. Davranışsal kontrollü bir ortamda böcek fizyolojisi ve alan uygulama arasındaki bağlantıyı sağlar. Bir rüzgar tüneli esnek bir araç olmalı ve kolay kurulum ve farklı araştırma soruları uygun donanım değişiklikleri desteklemelidir. Burada, açıklanan rüzgar tüneli kurulum için büyük dezavantaj sentetik bir uçucu karışım için alan uygulama geliştirilirken özel dikkat gerektiren temiz koku arka plan olduğunu.
Introduction
Rüzgar Tüneli semiochemicals böcek uçuş tepkileri laboratuvar test izin böcek kimyasal ekoloji çalışmalarda önemli bir araçtır. Kokuları kontrollü rüzgar akışı içine bırakarak, böceklerin davranış yanıt bu uyaranlara karşı doğrudan kaynak doğru rüzgâra karşı uçuş inceleyerek izlenebilir. Koku alma hangi tarafından birçok böcek onların biyotik ortamı1ile etkileşim en önemli duyu mekanizmadır. Böcekler koku cues çiftleşme için uygun ortaklar bulmak için kullanın. Benzer şekilde, kendileri veya çocukları için yiyecek bulmak için ana kaynaklardan gelen koku buketleri kullanın. Bitkiler böcek tozlaşma verimliliği sağlamak için nektar ve polen senin ile birlikte çiçek kokuları bırakın. Bu geçici ipuçları pasif ortama diffüz ve böcekler tanımlamak ve kendi bireysel alaka yorumlamak gerekir. Tenler ortama yayımlanan olarak molekülleri filamentler, sonunda çok kırılmış ve türbülans ve difüzyon2ile seyreltilmiş önce downwind, uzun mesafeler için başlangıç konsantrasyonu istinat olarak rüzgar ile seyahat. Böcekler uçucu dakika değişiklikleri sinyal ve rüzgâra karşı kendi hareketi doğru kaynak doğrudan algılayabilir. Bir uçuş davranış ne zaman çekici bir koku ile temas hızlı rüzgâra karşı dalgalanmaları ile görüntülemek böcekler ve yana doğru döküm koku taşınmaya kayıp üstüne tüy3,4. Böcek anten sensilla koku nöronların ortak yerelleştirilmiş düzenlenmesi davranışsal yanıt başlangıçlı ve olağanüstü yüksek çözünürlüklü5 kişiyle tüy kaybı kolaylaştırmak ve böcekler benzer arasında ayırt etmek için etkinleştir farklı kaynaklardan6‘ dan kaynaklanan koku molekülleri. Süre görsel geribildirim uçuş optomotor anemotaxis olarak adlandırdığı, Rüzgar yönü, nesneleri ve göreceli öteleme2,7tanımlamak için esastır. Duyusal etkileşim ve sofistike davranış kullanımı ile böcekler üç boyutlu bir ortamda noktası kaynakları bulabilirsiniz.
Böcek cezbedici ve iticiler birkaç önemli uygulamalı yönleri olabilir. Seks feromon (intraspecific sinyalleri) birçok zararlı böceklerin sentezlenmiş ve çiftleşme davranışı8bozmaya havaya serbest. Feromonlar ve kairomones (interspecific sinyalleri) kitle bindirme için kullanılabilir, çekmek ve haşere durumunu doğrudan bilgi vermek için tuzaklar izleme öldürmek. Böcek kovucular, tür sivrisinek9, rüzgar tüneli biyoanalizler okudu olabilir. Bu yöntemler bir önemli entegre zararlı yönetimi ve karar destek sistemleri çiftçiler için rol.
Rüzgar Tüneli biyoanalizler, nerede bir tür koku aracılı davranış repertuar izlenebilir, değiştirmek veya pestisit kullanım etkisini azaltmak İlaçlama için potansiyel yeni araçlar tanımlamak için güçlü bir yöntem olduğunu.
Rüzgar Tüneli tasarım arkasındaki teorik mantık iyice açıklanan10‘ dur. Burada, rüzgar tüneli inşaat, koku uygulama ve çeşitli deneyler rüzgar tüneli bioassay iletişim kuralını belirlemek için kullanılan uçuş davranış açıklanmaktadır. Rüzgar Tüneli (Şekil 1) Nibio (Ås, Norveç),–dan tırmalamak direnen şeffaf polikarbonat inşa edilmiştir. Uçuş arena 67 cm yüksekliğinde, 88 cm genişliğinde ve 200 cm uzunluğunda olduğunu. Uçuş arena önünde bir ek Polikarbonat bölümü, 30 cm uzunluğunda vardır. Rüzgar Tüneli bu parçası kokuları uygulanması için bir yardımcı programı bölüm olarak hizmet verir. Eğer tenler Polikarbonat temas almak uçuş arena, konut onlar daha sonra yeniden yayımladı ve oturumları arasında kontamine. Yardımcı programı bölüm her ucunda, bu nedenle bir delikli metal ızgara olduğunu. Her iki ızgaraları hava akımı sınırlamak ve hafif bir aşırı basınç rüzgâra karşı taraftan oluştur. Bu yüksek laminer akış downwind tarafında olur. Rüzgâra karşı kılavuz bir delikli metal plaka ile eşit tünel kesit dağınık 8 mm delik % 54 açık alan sağlamak için yapılır. Downwind kılavuz 3 mm delik vardır ve % 51 açık alan. Bu türbülans azaltır ve bu koku sağlar tüy seyahat merkezi olarak uçuş arena uzunluğu aşağı. Koku tüy dar bir koni şeklinde olacak ve duman kullanılarak görüntülenir. Uçuş katta arena, plastik veya kağıt Daire (5-15 cm çapında)’dan farklı boyutlarda böcekler uçuş sırasında görsel geribildirim vermek için koyulur. Uçuş arena ve yardımcı programı bölümünde rüzgâra karşı sonuna 25 50 cm giriş kapısı orada. Uçuş arena downwind sonu ve egzoz filtresi bölümüne arasında böcek işleme için bir 60 cm açık alan vardır. Bu erişim alanı odaya kaçan böcekler önlemek için 0.8 mm meshed kumaş ile iki tarafta kaplıdır.
Hava ilk filtre gövde içine bir hayranı tarafından çizilir. Önce 24 yüksek kapasiteli aktif kömür filtreleri tarafından saflaştırılmış ve tünelde serbest hava toz filtreden geçer. Tünel çıkmadan hava odasına geri serbest bırakılması daha önce benzer bir filtre konut geçişi sağlanır. Bir duman hood ile bina dışına hava egzoz yararlı olabilir. Her iki filtre gövdeleri taraftarlara eşit akışı ile çalışır. Her iki fanlar sürekli bir dimmer anahtarı vardır ve bir akış ölçer kullanarak farklı Rüzgar hızları için kalibre. Hava hızı test türler üzerinde bağlıdır. 30 cm s-1 kez iyi bir başlangıç noktasıdır. Küçük böcekler için ideal hava hız azalabilir ve güçlü el ilanları için hava hızı göreceli uçuş uzaklığı artırmak için daha yüksek olabilir.
Rüzgar Tüneli oda sıcaklık, nem ve ışık şiddeti kontrolünü kolaylaştırır. LED şeritler diffüz ışık kaynağı yukarıdaki oluşturmak için 3 mm opak poly(methyl methacrylate) bölmesi arkasında ve uçuş arena arkasına yerleştirilir. Her iki ışık kaynakları bağımsız olarak kontrol edilebilir.
Koku uygulama çeşitli yollarla elde edilebilir. Genel olarak, kokuları uçuş arena rüzgâra karşı sonu merkezinde hava akımı içine salınır. Araştırma soruları bağlı olarak el altında yayın noktası maruz veya kaplı. Cam silindir (10 cm çapında, 12,5 cm uzunluğunda) bir metal kafes ile (2 × 2 mm mesh boyutu) downwind tarafında görsel olarak koku kaynağı engellemek ve aynı zamanda böcekler için bir iniş platformu olarak hizmet vermektedir. Birçok deneylerde bir yatay cam platformu koku kaynakları veya yayın nokta yakın görsel sinyaller sunmak için kullanılabilir. Aynı zamanda, seçim deneyleri kolaylaştırmak için yan yana iki koku serbest bırakmak için fırsat vardır. Yayın puan sonra 20 cm arayla yerleştirilir ve tünel yarıya kadar gelen koku tüyleri örtüşmesi. Seçim hangi tüy tarafından böcek rüzgâra karşı takip ediyor sonra tanımlanabilir.
Rüzgar Tüneli tasarım çok sayıda geçici yayın yöntemleri kolaylaştırır. Örneğin, belirli bir koku gibi bir bitki bitki11,12tarafından yayılan bir arka plan koku önünde serbest bırakılabilir. Ayrıca, farklı görsel uyaranlara test13,14olabilir. Deneysel kurulum için her tür ve araştırma soru adapte olması gerekir.
Bitki parçaları ve dağıtıcılar üzerinden sentetik kokuları gibi doğal koku kaynakları doğrudan uçuş arenaya tanıttı olabilir. Visual üzerinden aracılı koku davranışları yalıtmak için koku kaynağı kaplı olabilir veya dışarıdan bir kömür filtre uygulanmış laboratuvar Hava İkmal yolu ile uçuş arena içine tenler taşıdı. Koku kaynağı daha sonra bir cam kavanoz için sınırlı olduğunu ve hava kavanoz rüzgar tüneli Teflon tüpler ve cam borular ile itilir. Hava hızı yayın noktada arenada rüzgar hızı aynı olmalıdır.
Kokuları özel karışım oranları, serbest bırakmak için bir püskürtme kullanılabilir. Püskürtücü konik bahşiş ve 10 µL min-1adlı bir sıvı akışını kolaylaştırmak için eklenen bir microbore ultrasonik bir meme olduğunu. Meme bir geniş bant ultrasonik jeneratör için bağlı ve 120 kHz çalışır. Bir şırınga pompa koku örnek püskürtücü meme içine itiyor. Fluorlu etilen propilen (FEP) boru 0,12 mm iç çap ile 1 mL gastight enjektör ve meme bağlanıyor. Etanol şişmeye ve havada küçültmek adaptörleri boru, hiçbir iç hacim ile sıkı uygun kolaylaştırmak. Meme titreşim oluşturulan aeresol damlacık boyutu frekansa bağımlı ve kullanılan belirli solvent üzerinde bağlıdır. Küçük damlacıklar buharlaşır ve rüzgar tüneli tenler getirilir. Diğer püskürtücü tasarımları da var ve benzer bir çözüm15cam kapiller tahrik bir piezo kullanan bir ucuz yorum sağlar.
Sentetik karışımları veya headspace koleksiyonları püskürtücü ile kullanılabilir. Örnekleri istenilen konsantrasyonları saf etanol ile seyreltilmiş. Uçucu koleksiyonları ile örnek toplama vakti karşılık gelecek şekilde seyreltilmiş. Bu geçici bir koleksiyon 3 h üzerinden örnek 10 µL min-1 , püskürtücü oranı 3 h için karşılık gelen bir sürümde 1800 µL seyreltilmiş anlamına gelir.
Uçuş davranış tanımlaması doğrudan el ile gözlem veya öğleden hoc video analizi yapılabilir. Odaklı uçuş rasgele uçuş ayırt. Aracılı koku davranış aşağıdaki özelliklere göre tanınan: zig-zag uçuş koku genelinde tüy, tüy zaman içinde düz rüzgâra karşı Uçuş ve döngü geri tüy ile temas kaybı olduğunda. Çekici bir tüy kaybı, böcekler de kayıp tüy3,4‘ e bağlanmayı kemerler artan zig-zag başlayabilirsiniz. Bu davranış bir çekici koku takip böcekler türbülans ve değişen rüzgar yönleri ile başa çıkmak gereken yere bir alan ayarında esastır. Uçuş desen üniforma değildir ve böcek siparişler arasında değişir. Örnek olarak, blowflies gibi güçlü el ilanları pervane daha geniş döküm desenli bir daha hızlı rüzgâra karşı yönlendirmeye sahip olması ve daha uzun bir göreli uçuş yolu kolaylaştırmak için rüzgar hızı artırılmalıdır.
Bir böcek uçuş da filme. Tek bir fotoğraf makinesi ile basit uçuş özellikleri x y koordinatları16komplo tarafından tanımlanabilir. İki kamera ile eşitlenmiş çerçeve yakalama kullanarak, 3D uçuş bir dış yazılım17kullanarak yeniden olabilir. Uçuş parça sonra uçuş hız ve mesafe, Rüzgar yönü ile ilgili olarak uçuş açıları ve koku tüy ile ilgili olarak uçuş özellikleri hakkındaki ayrıntıları hakkında bilgi vermek için analiz edilebilir. Orada özel ve Ticari donatım ve otomatik kare kare izleme sağlayan bilgisayar yazılımı elde edilebilir. Kalibrasyon çerçeveler gerçek dünya uzay başvurmak için kullanılması gerektiğini ve dikdörtgen çizgili geniş açı lensler mercek deformasyonuna en aza indirmek için kullanılmalıdır. Kenarları ve köşeleri rüzgar tüneli arenada gibi görsel arka plan gürültüsünü azaltmak ve böcek arka plan ayrımcılık için en üst düzeye çıkarmak için özen gösterilmelidir. Bir kızılötesi ışık kaynağı, yansıma kullanarak (Örn., gece sivrisinekler gelen) tek renkli CCD kameralar17ile filme.
Protocol
Representative Results
Discussion
Rüzgar Tüneli birçok böcekler4,9için çekici ve itici kokular tanımlamak için yararlı bir araçtır. Ses bilgisi ekoloji, biyoloji ve davranış eğitimi böcek ile uçuş karakteristiklerini kolayca tespit edilebilir ve çevre koşulları, Rüzgar hızı, görsel uyaranlara ve koku uygulama sığdırmak için uygun olabilir. Bu yeni bir tür ile yola çıkıp ne zaman rüzgar tüneli parametreleri en çekici kaynak mümkün kullanarak ince ayar yapmak i?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
M. tasın sürdürülebilir kalkınma (Formas, Grant 2013-934) İsveçli Araştırma Konseyi tarafından desteklenmiştir.
Materials
| 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 |
References
- Hansson, B. S., et al. . Insect olfaction. , (1999).
- Murlis, J., Elkinton, J. S., Cardé, R. T. Odor Plumes and How Insects Use Them. Annual Review of Entomology. 37, 505-532 (1992).
- Todd, J. L., Baker, T., Hansson, B. Ch. 3. Insect olfaction. , 67-96 (1999).
- 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).
- Baker, T. C., Fadamiro, H. Y., Cosse, A. A. Moth uses fine tuning for odour resolution. Nature. 393 (6685), 530 (1998).
- 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).
- Srinivasan, M. V., Zhang, S. W. Visual motor computations in insects. Annual Review of Neuroscience. 27, 679-696 (2004).
- 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).
- 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).
- Baker, T. C., Linn, C. E., Hummel, H. E., Miller, T. A. . Techniques in pheromone research. , 75-110 (1984).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- El-Sayed, A., Godde, J., Arn, H. Sprayer for quantitative application of odor stimuli. Environmental Entomology. 28 (6), 947-953 (1999).
- 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).
- 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).
- 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).
- Johansen, H., et al. Blow fly responses to semiochemicals produced by decaying carcasses. Medical and Veterinary Entomology. 28, 9 (2014).
- 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).
- 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).
- Reeves, J. Vision should not be overlooked as an important sensory modality for finding host plants. Environmental Entomology. 40 (4), 855-861 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
