نفق الرياح لرائحة بوساطة الحشرات فحوصات السلوكية
Summary
هنا، نحن تصف بناء واستخدام نفق الرياح لرائحة وساطة فحوصات السلوكية بالحشرات. ويسهل تصميم نفق الرياح الإفراج عن مصادر رائحة بطرق عدة، مع أو بدون المحفزات البصرية. تجارب نفق الرياح طرق هامة لتحديد المواد الكيميائية المتفجرة النشطة سلوكيا.
Abstract
أولفاكشن هو أهم إليه حسية بموجبه الكثير من الحشرات تتفاعل مع بيئتها ونفق الرياح أداة ممتازة لدراسة الإيكولوجيا الكيميائية الحشرات. يمكن تحديد موقع الحشرات مصادر نقطة في بيئة ثلاثية الأبعاد من خلال التفاعل الحسي وسلوك متطورة. التحديد الكمي لهذا السلوك عنصر أساسي في تطوير أدوات جديدة لدعم مراقبة وقرار مكافحة الآفات. نفق الرياح مع قسم طيران مناسبة مع تدفق الهواء الصفحي، العظة البصرية للتغذية المرتدة أثناء الطيران ومجموعة متنوعة من الخيارات لتطبيق الروائح يمكن استخدامها لقياس سلوك المعقدة التي قد تسمح في وقت لاحق بتحديد جاذبية أو طارد الروائح وخصائص طيران الحشرات والتفاعلات البصرية-رائحة والتفاعلات بين عناصر والروائح الكريهة العالقة كخلفية الروائح في البيئة. نفق الرياح تحمل الاستفادة من دراسة الرائحة وساطة مرجع السلوكية للحشرات في وضع مختبر. التدابير السلوكية في إعداد التي تسيطر عليها توفير الارتباط بين فسيولوجيا الحشرات والتطبيق الميداني. نفق الرياح يجب أن تكون أداة مرنة وأن يدعم بسهولة التغييرات في الإعداد والأجهزة لتناسب أسئلة بحثية مختلفة. أما العيب الرئيسي في إعداد نفق الرياح الموصوفة هنا، هي خلفية رائحة نظيفة مما يتطلب عناية خاصة عند وضع مزيج متقلبة اصطناعية للتطبيق الميداني.
Introduction
نفق الرياح هو أداة هامة في الدراسات الإيكولوجيا الكيميائية الحشرات التي تسمح الاختبارات المختبرية للردود طيران الحشرات إلى سيميوتشيميكالس. عن طريق الإفراج عن الروائح الكريهة في مجرى رياح التي تسيطر عليها، يمكن رصد الاستجابة السلوكية للحشرات لهذه المحفزات مباشرة عن طريق دراسة هروبهم الريح نحو المصدر. أولفاكشن هو أهم إليه الحسية التي الحشرات العديد من التفاعل مع هذه البيئة الأحيائية1. استخدام الحشرات رائحة الإشارات إلى إيجاد الشركاء المناسبين للتزاوج. وبالمثل، أنها تستخدم رائحة باقات من الموارد المضيف للعثور على الغذاء لأنفسهم، أو الذرية. محطات إطلاق روائح الأزهار في تركيبة مع مكافآت الرحيق وحبوب اللقاح لضمان كفاءة التلقيح الحشرات. كل هذه الإشارات المتقلبة منتشر سلبية في البيئة والحشرات بحاجة إلى تحديد وتفسير أهميتها الفردية. كما يتم الإفراج عن التطاير في البيئة، السفر الجزيئات مع الريح كخيوط، الاحتفاظ بتركيز أولى لمسافات طويلة في اتجاه الريح، قبل في نهاية المطاف تفككت وتضعف من الاضطراب ونشر2. يمكن الكشف عن الحشرات التغييرات الدقيقة في الطيارة إشارة وتوجيه حركتها عكس الريح، نحو المصدر. عرض الحشرات سلوك رحلة مع اندفاع سريع متعرج عند اتصال مع رائحة جذابة، والصب جانبية عند فقدان نقل الرائحة عمود3،4. يمكن تيسير الاستجابة السلوكية لبداية وفقدان الاتصال بلوم مع الرائعة عالية الدقة5 الترتيب المشترك المترجمة من الخلايا العصبية حاسة الشم في سينسيلا هوائيات الحشرات وتمكين الحشرات للتمييز بين مماثلة جزيئات الرائحة التي تنشأ من مصادر مختلفة6. الملاحظات البصرية بينما في الرحلة، ووصف أنيموتاكسيس أوبتوموتور، هو أمر أساسي لتحديد اتجاه الرياح والكائنات والتشرد النسبي2،7. باستخدام التفاعل الحسي وسلوك متطورة، يمكن تحديد الحشرات مصادر نقطة في بيئة ثلاثية الأبعاد.
يمكن أن يكون تحديد عناصر الحشرات وطاردات العديد من الجوانب التطبيقية الهامة. يمكن توليفها الفيرومونات الجنس (إشارات إينتراسبيسيفيك) من العديد من الآفات الحشرات والتي تطلق في الهواء لتعطيل سلوك التزاوج8. الفيرومونات وكيرومونيس (الإشارات) يمكن استخدامها لتعويض جماعي وجذب وتقتل في رصد الفخاخ لإعطاء معلومات مباشرة من مركز مكافحة الآفات. كما يمكن دراسة طاردات الحشرات، مثل البعوض9، في نفق الرياح المقايسة. هذه الطرق دوراً هاما للمكافحة المتكاملة للآفات نظم الإدارة وقرار دعم للمزارعين.
المقايسة نفق الرياح، حيث يمكن رصد مرجع السلوك وساطة رائحة الأنواع، وسيلة قوية لتحديد الإمكانيات الجديدة للسيطرة على الآفات لاستبدال أو الحد من تأثير استخدام مبيدات الآفات.
المنطق النظري وراء تصميم نفق الرياح هو وصف بدقة10. وهنا يصف لنا بناء نفق الرياح ورائحة التطبيق والسلوك الرحلة التي تم استخدامها في عدة تجارب لتحديد البروتوكول الحشري نفق الرياح. نفق الرياح (الشكل 1) في نيبيو (Ås، النرويج) هي التي شيدت من البولي شفافة مقاومة للخدش. على الساحة الرحلة هو ارتفاع 67 سم، 88 سم وطولها 200 سم. أمام ساحة الطيران، وهناك قسما إضافيا البولي، طولها 30 سم. هذا الجزء من نفق الرياح بمثابة قسم الأداة المساعدة الخاصة بالتطبيق من الروائح الكريهة. إذا التطاير الحصول على اتصال مع البولي الإسكان في مجال الطيران، ربما في وقت لاحق إعادة إصدارها وتلوث بين الدورات. في نهاية كل قسم الأداة المساعدة، ولذلك هناك شبكة معدنية مثقبة. كل الشبكات تقييد تدفق الهواء وإنشاء يركب طفيفة من ناحية الريح. هذا يؤدي إلى زيادة تدفق الصفحي على الجانب اتجاه الريح. الشبكة الريح مصنوعة من صفيحة معدنية مثقبة بثقوب 8 مم موزعة بالتساوي عبر المقطع العرضي للنفق لتوفير 54% فتح المجال. الشبكة اتجاه الريح فتحات من 3 مم، ونسبة 51% فتح المجال. وهذا يقلل من الاضطرابات، ويضمن أن الرائحة عمود السفر مركزياً لأسفل طول الساحة الرحلة. وسوف يكون على شكل مخروط ضيقة لوم رائحة ويمكن تصور باستخدام الدخان. في الطابق الرحلة مبينة الدوائر الساحة أو البلاستيك أو الورق من أحجام مختلفة (من 5 إلى 15 سم في القطر) لإعطاء التغذية المرتدة البصرية الحشرات أثناء الرحلة. وهناك باب وصول 25 من 50 سم في نهاية يقترب من ساحة الطيران وفي قسم الأداة المساعدة. بين نهاية اتجاه الريح لساحة الطيران وقسم تصفية العادم، هناك منطقة مفتوحة 60 سم لمعالجة الحشرات. يغطي هذا المجال الوصول على الجانبين مع نسيج 0.8 ملم مزجها لمنع الحشرات الهروب إلى الغرفة.
الهواء رسمها في السكن عامل التصفية الأولى المعجبين. يمر الهواء من خلال عامل تصفية غبار قبل تنقيته من 24 عالية السعة مرشحات الفحم النشط وأفرج عنه في النفق. يتم تمرير الهواء الخروج من النفق من خلال إسكان تصفية مماثلة قبل إطلاق سراحه مرة أخرى إلى الغرفة. قد يكون من المفيد لاستنفاد الهواء إلى خارج المبنى عن طريق غطاء دخان. يتم تشغيل المشجعين على كلا العلب تصفية مع تدفق متساوية. كلا المشجعين تبديل باهتة مستمر ومحسوب لسرعة الرياح المختلفة مقياس التدفق باستخدام. سرعة الهواء فيعتمد على الأنواع التي تم اختبارها. وكثيراً ما 30 سم s-1 نقطة انطلاق جيدة. للحشرات الصغيرة، يمكن تخفيض سرعة الهواء المثالي، والسرعة نشرات إعلانية قوية، يمكن أن يكون أعلى لزيادة مسافة الرحلة النسبية.
الغرفة نفق الرياح تسهل السيطرة على درجة الحرارة والرطوبة وكثافة الضوء. يتم وضع شرائط LED خلف جزء 3 مم poly(methyl methacrylate) مبهمة لإنشاء مصدر ضوء منتشر أعلاه وخلف الساحة الرحلة. يمكن التحكم بكل مصادر الضوء بشكل مستقل.
ويمكن تحقيق التطبيق رائحة بوسائل عدة. عموما، يتم إطلاق الروائح الكريهة في تدفق الهواء في مركز نهاية يقترب من ساحة الطيران. اعتماداً على الأسئلة البحثية في متناول اليد، يمكن كشف نقطة إطلاق سراح أو المشمولة. اسطوانة زجاج (قطرها 10 سم، طولها 12.5 سم) مع شبكة معدنية (2 × 2 مم مش الحجم) على الجانب اتجاه الريح يمكن بصريا كتلة مصدر الرائحة وفي نفس الوقت بمثابة منصة هبوط للحشرات. في العديد من التجارب، يمكن استخدام منصة زجاج أفقي لعرض مصادر الرائحة، أو إشارات بصرية قريبة من نقطة إطلاق سراح. وهناك أيضا فرصة لإطلاق سراح اثنين من الروائح الكريهة في الوقت نفسه، جنبا إلى جنب، لتسهيل الاختيار فحوصات. الإفراج عن النقاط التي توضع ثم 20 سم عن بعضها البعض وتتداخل مع أعمدة رائحة من منتصف الطريق أسفل النفق. يمكن ثم تحديد الخيار بلوم التي تتابع الحشرة عكس الريح.
ويسهل تصميم نفق الرياح المتقلبة الإفراج عن أساليب عديدة. على سبيل المثال، يمكن إطلاق رائحة محددة أمام رائحة خلفية مثل المنبعثة من محاصيل النباتية11،12. أيضا، يمكن أن تكون مختلفة من المحفزات البصرية اختبار13،14. يجب أن يكون الإعداد التجريبية تتكيف مع كل مسألة الأنواع والبحوث.
ويمكن إدخال مصادر الرائحة الطبيعية، مثل أجزاء النبات والروائح الاصطناعية من الصيادلة مباشرة في مجال الطيران. لعزل السلوكيات رائحة بوساطة من البصرية، يمكن تغطية مصدر الرائحة، أو التطاير في ساحة الطيران عبر عرض جوي مختبر مصفاة فحم من الخارج. ويقتصر مصدر رائحة ثم جرة زجاج ويدفع الهواء عن طريق الجرة إلى نفق الرياح عبر أنابيب تفلون وأنابيب زجاجية. يجب أن تطابق السرعة عند نقطة الإفراج عن سرعة الرياح في الساحة.
للإفراج عن الروائح الكريهة في نسب مزيج معين، ويمكن استخدام بخاخ. البخاخ من فوهة الموجات فوق الصوتية مع تلميح مخروطية وميكروبوري مدرج تسهيل تدفق سائل في 10 ميليلتر دقيقة-1. الفوهة متصل بمولد الموجات فوق الصوتية ذات النطاق العريض، وتعمل في 120 كيلو هرتز. مضخة الحقن هو دفع العينة رائحة إلى فوهة البخاخ. هو ربط المفلورة الإثيلين والبروبيلين (FEP) أنابيب مع القطر الداخلي مم 0.12 المحاقن جاستايت 1 مل والفوهة. محولات الأنابيب التي تضخم في الإيثانول، وتقليص في الهواء، وتيسير تركيب ضيق مع لا وحدة التخزين الداخلية. حجم التجميعية الأيروسول المتولدة من اهتزاز الفوهة تردد يتوقف ويعتمد على المذيب المحددة المستخدمة. تتبخر قطرات صغيرة وهي أسقطت نفق الرياح التطاير. تصاميم بخاخ أخرى توجد أيضا ويوفر نسخة أرخص استخدام بيزو دافع الزجاج الشعرية حل مماثل15.
يمكن استخدام خلطات الاصطناعية أو مجموعات headspace مع البخاخ. هي تضعف العينات مع الإيثانول النقي للتركيزات المطلوبة. مع المجموعات متقلبة، يمكن أن تضعف العينة لتتوافق مع الوقت جمع. وهذا يعني أن مجموعة متقلبة عينات أكثر من 3 ح ينبغي أن تضعف إلى 1800 ميليلتر، الذي يتوافق مع معدل من البخاخ في 10 ميليلتر دقيقة-1 ح 3 في إطلاق سراح.
يمكن أن يتم تحديد سلوك رحلة مباشرة بواسطة المراقبة اليدوية أو عن طريق تحليل أشرطة الفيديو المخصصة بعد. الرحلة المنحى ينبغي تمييزه عن الرحلة عشوائية. رائحة وساطة السلوك يمكن التعرف عليه بواسطة الخصائص التالية: الرحلة التعرج عبر الرائحة عمود، رحلة مباشرة الريح عندما داخل لوم، وحلقات مرة أخرى إذا فقدت الاتصال مع لوم. عند فقدان لوم جذابة، يمكن أيضا بدء الحشرات التعرج مع زيادة الأقواس لإعادة الاتصال ب لوم فقدت3،4. هذا السلوك الأساسية في إعداد حقل حيث الحشرات بعد رائحة جذابة بحاجة إلى التعامل مع الاضطرابات وتحول اتجاهات الريح. نمط الطيران ليست موحدة وتختلف بناء على أوامر الحشرات. على سبيل مثال، نشرات إعلانية قوية مثل يتسبب يكون اتجاه الريح أسرع مع نمط الصب أوسع من العث، وينبغي زيادة سرعة الرياح إلى تيسير مسار رحلة نسبية أطول.
ويمكن أيضا يتم تصويره هروب حشرة. مع كاميرا واحدة، يمكن وصف خصائص الرحلة بسيطة برسم إحداثيات س ص16. باستخدام اثنين من الكاميرات بالتقاط متزامنة، ويمكن بناؤها الرحلة 3D باستخدام برامج خارجية17. ثم يمكن تحليل مسار الرحلة لإعطاء معلومات عن سرعة الطيران والمسافة والزوايا الطيران فيما يتعلق باتجاه الرياح وتفاصيل حول خصائص الطيران فيما يتعلق بلوم رائحة. وهناك معدات مخصصة والتجارية والبرمجيات المتاحة التي تمكن من تتبع الإطار حسب الإطار التلقائي. ينبغي أن تستخدم إطارات المعايرة لمرجع الفضاء العالم الحقيقي، وينبغي أن تستخدم العدسات واسعة الزاوية المستقيمة للتقليل إلى أدنى حد تشويه العدسة. ينبغي الحرص على تقليل الضوضاء الخلفية المرئية، مثل حواف وزوايا في الساحة نفق الرياح، وتعظيم الحشرات على خلفية التمييز. باستخدام مصدر ضوء الأشعة تحت حمراء، الانعكاس (على سبيل المثال-، من البعوض الليلي) يمكن أن يتم تصويره ب كاميرات CCD أحادية اللون17.
Protocol
Representative Results
Discussion
نفق الرياح أداة مفيدة لتحديد الروائح الجذابة وطارد لكثير من الحشرات4،9. مع المعرفة السليمة إيكولوجيا وبيولوجيا وسلوك الحشرة درس، ويمكن بسهولة تحديد خصائصه الطيران والظروف البيئية، وسرعة الرياح، والمحفزات البصرية ورائحة التطبيق يمكن أن تكون مصممة لتناسب. …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد “مجلس البحوث السويدية” “التنمية المستدامة” (Formas، منحة 2013-934) م. تاسين.
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).
