Een windtunnel voor geur gemedieerde Insect gedrags Assays

De wind-tunnel is een belangrijk instrument in insect chemische ecologie studies waarmee de laboratorium testen van insect vlucht reacties op semiochemicals. Door het vrijgeven van geuren in een gecontroleerde wind stroom, kan de insecten gedragsmatige reactie op deze stimuli rechtstreeks worden gecontroleerd door het bestuderen van hun upwind vlucht naar de bron. Olfaction is het meest belangrijke sensorische mechanisme die veel insecten met hun biotische milieu^{1 interageren}. Insecten gebruiken geur signalen geschikt om partners te vinden voor de paring. Ook gebruiken ze geur boeketten van hostbronnen om voedsel voor zichzelf, of de nakomelingen te vinden. Planten vrij floral geuren in combinatie met nectar en pollen beloningen teneinde insecten bestuiving efficiëntie. Alle deze vluchtige signalen diffuse passief in het milieu en insecten moeten identificeren en interpreteren van hun persoonlijke relevantie. Zoals vluchtige stoffen in het milieu worden geïntroduceerd, reizen de moleculen met de wind als door samensmelting van filamenten, behoud van de oorspronkelijke concentratie voor lange afstanden windafwaarts, voordat uiteindelijk wordt gebroken en verdund door turbulentie en diffusie². Insecten kunnen detecteren minieme veranderingen in de vluchtige signaal en hun beweging tegen de wind, rechtstreeks naar de bron. Insecten weer een vlucht gedrag met snel upwind piekspanningen bij aanraking met een aantrekkelijke geur en zijwaarts gieten op het verlies te verhuizen van de geur plume^3,4. De co gelokaliseerde regeling van olfactorische neuronen in de sensilla van het insect antennes kan vergemakkelijken gedrags reacties op het ontstaan en het verlies van pluim contact met opmerkelijke hoge resolutie⁵ en inschakelen van de insecten te onderscheiden van vergelijkbare geur moleculen die afkomstig zijn uit verschillende bronnen⁶. Visuele feedback terwijl in vlucht, genoemd optomotor anemotaxis, is fundamenteel voor het identificeren van de windrichting, de voorwerpen en de relatieve verplaatsing^2,7. Door het gebruik van sensorische interactie en verfijnde gedrag, kunnen insecten vinden puntbronnen in een driedimensionale omgeving.

De identificatie van insecten lokstoffen en insectenwerende middelen kan verschillende belangrijke toegepaste aspecten hebben. Seks feromonen (intraspecifieke signalen) van vele ongediertebestrijding insecten kunnen worden gesynthetiseerd en vrijgegeven in de lucht te verstoren de paring gedrag⁸. Zowel feromonen en kairomones (interspecifieke signalen) kan worden gebruikt voor massa overlapping, trekken en doden in het toezicht vallen het geven van rechtstreekse informatie van de status van de pest. Insectenwerende middelen, zoals muggen⁹, kunnen ook worden bestudeerd in de windtunnel bioassays. Deze methoden spelen een belangrijke rol van IPM beheer en de beschikking van de steunregelingen voor landbouwers.

Windtunnel bioassays, waar de geur gemedieerde gedrag repertoire van een soort kan worden gecontroleerd, is een krachtige methode om het identificeren van potentiële nieuwe hulpmiddelen voor ongediertebestrijding te vervangen of te beperken van de gevolgen van het gebruik van pesticiden.

De theoretische redenering achter de windtunnel ontwerp is grondig beschreven¹⁰. Hier beschrijven we de windtunnel bouw, de geur toepassing en het gedrag van de vlucht die hanteert voor het bepalen van het protocol van de bioassay windtunnel in verschillende experimenten. De wind-tunnel (Figuur 1) bij Nibio (Ås, Noorwegen) is opgebouwd uit krasbestendig transparant Polycarbonaat. De vlucht arena is 67 cm hoog, 88 cm breed en 200 cm lang. Voorkant van de vlucht-arena is er een extra polycarbonaat sectie, 30 cm lang. Dit deel van de windtunnel fungeert als een sectie van nut voor de toepassing van geuren. Als de vluchtige stoffen in contact met de polycarbonaat krijgen behuizing in de arena van de vlucht, ze later opnieuw kunnen worden vrijgegeven en besmetten tussen sessies. Aan elke kant van de sectie van nut is er dus een geperforeerde metalen raster. Beide rasters beperken de luchtstroom en maak een lichte overdruk op de wind kant. Dit resulteert in verhoogde laminaire flow aan de kant mee. De wind raster bestaat uit een geperforeerde metalen plaat met 8 mm gaten gelijkmatig verspreid over de doorsnede van de tunnel te verstrekken 54% open gebied. Het programma raster heeft gaatjes van 3 mm en een 51% open gebied. Dit vermindert de turbulentie en zorgt ervoor dat de geur plume reizen centraal beneden de lengte van de vlucht-arena. De geur rookpluim zal hebben de vorm van een smalle kegel en kan worden gevisualiseerd door het gebruik van rook. Op de verdieping van de vlucht zijn arena, plastic of papier cirkels van verschillende grootte (van 5 tot 15 cm in diameter) aangelegd om insecten visuele feedback tijdens de vlucht. Er is een 25 door 50 cm toegang deur op het upwind einde van de vlucht-arena en in de sectie van nut. Tussen het programma einde van de arena van de vlucht en de uitlaat filter sectie is er een open ruimte van 60 cm voor insect hanteren. Dit gebied toegang is aan de zijden bedekt met een 0.8 mm mazen stof om te voorkomen dat de insecten ontsnappen in de kamer.

Lucht wordt in de eerste filterhuis getekend door een fan. De lucht passeert een stoffilter voordat het is gezuiverd door 24 hoge capaciteit actieve houtskool filters en in de tunnel vrijgegeven. De lucht uit de tunnel wordt doorgegeven via een soortgelijke filterhuis voordat het wordt vrijgegeven terug in de ruimte. Het zou gunstig zijn voor de uitlaat van de lucht aan de buitenkant van het gebouw door een zuurkast. De fans op beide behuizingen filter worden uitgevoerd met gelijke stroom. Beide fans zijn voorzien van een continue dimmer schakelaar en zijn gekalibreerd naar verschillende windsnelheden met behulp van een debietmeter. De luchtsnelheid is afhankelijk van de soorten getest. -30 cm s^-1 is vaak een goed uitgangspunt. Voor kleine insecten, kan de ideale snelheid van de lucht kan worden verminderd, en voor sterke flyers, de luchtsnelheid hoger vergroot de afstand van de relatieve vlucht.

De windtunnel kamer vergemakkelijkt de controle van temperatuur, vochtigheid en lichtsterkte. LED strips staan achter een ruit 3 mm ondoorzichtige poly(methyl methacrylate) maken een diffuse lichtbron hierboven en achter de vlucht arena. Beide lichtbronnen kunnen onafhankelijk worden gecontroleerd.

Geur toepassing kan worden bereikt door verschillende middelen. Geuren vrijkomen in het algemeen, de luchtstroom in het midden van de wind einde van de arena van de vlucht. Afhankelijk van de onderzoeksvragen bij de hand, kan het punt van de release worden blootgesteld of bedekt. Een glazen cilinder (10 cm diameter, 12,5 cm lang) met een metalen gaas (2 × 2 mm maaswijdte) aan de kant mee kunt visueel blokkeren van de bron van de geur en tegelijkertijd dienen als een landing platform voor insecten. In vele experimenten, kan een horizontale glas platform worden gebruikt voor de presentatie van de bronnen van de geur, of visuele signalen dicht bij het punt van de release. Er is ook de mogelijkheid om twee geuren vrij op hetzelfde moment, naast elkaar, ter vergemakkelijking van de keuze testen. De release-punten worden dan geplaatst 20 cm uit elkaar en de geur pluimen overlappen vanaf halverwege de tunnel. De keuze kan vervolgens worden vastgesteld door welke pluim het insect tegen de wind volgt.

De windtunnel ontwerp vergemakkelijkt talloze vluchtige release methoden. Bijvoorbeeld, kan een specifieke geur worden vrijgegeven voor een achtergrond geur zoals uitgestoten door een gewas plant^11,12. Ook kunnen verschillende visuele stimuli geteste^13,14. De experimentele opzet moet worden aangepast aan elke vraag soorten en onderzoek.

Natuurlijke geur bronnen, zoals plantendelen en synthetische geuren uit de automaten kunnen rechtstreeks in de arena van de vlucht worden ingevoerd. Om te isoleren geur gemedieerde gedrag van visual, de bron van de geur kan worden gedekt, of de vluchtige stoffen die in de arena van de vlucht via een houtskool gefilterde laboratorium luchttoevoer van buiten. De bron van de geur is dan beperkt tot een glazen pot en de lucht wordt geduwd door de pot in de windtunnel via Teflon buizen en pijpen van de glazen. De luchtsnelheid op het punt van de versie moet overeenkomen met de windsnelheid in de arena.

Als u wilt vrijgeven geuren op specifieke mix ratio’s, kan een sproeier worden gebruikt. De sproeier is een ultrasone verstuiver schoon met een conisch uiteinde en een ingevoegde microbore om een vloeibare stroom op 10 µL min^-1. Het mondstuk is verbonden met een breedband ultrasone generator en opereert op 120 kHz. Een spuitpomp duwt het monster geur in het mondstuk van de sproeier. Gefluoreerde ethyleen propyleen (FEP) buis met 0,12 mm binnendiameter is de gasdicht spuit van 1 mL en het mondstuk aansluiten. Buis-adapters die zwellen in ethanol en krimpen in lucht, vergemakkelijken strakke montage met geen interne volume. De aërosol druppel grootte gegenereerd op basis van de trillingen van de verstuiver is frequentie afhankelijk en afhankelijk van het specifieke oplosmiddel gebruikt. De kleine druppels verdampen en de wind-tunnel worden gebracht als vluchtige stoffen. Er bestaan ook andere sproeier ontwerpen en een goedkopere versie met behulp van een piezo gedreven glazen capillaire biedt een soortgelijke oplossing¹⁵.

Synthetische mixen of headspace collecties kunnen worden gebruikt met de sproeier. De monsters worden verdund met pure ethanol tot de gewenste concentraties. Met de collecties van het vluchtige, kan het monster worden verdund om te corresponderen met de afhaaltijd. Dit betekent dat een vluchtige collectie meer dan 3 h bemonsterd moet worden verdund tot 1800 µL, die op een release tarief van de spuitmachine op 10 µL min^-1 komt met 3 h overeen.

De identificatie van de vlucht-gedrag kan worden gedaan door handmatige observatie of door post hoc Videoanalyse. De georiënteerde vlucht moet worden onderscheiden van willekeurige vlucht. Geur gemedieerde gedrag kan worden herkend door de volgende kenmerken: zig-zag vlucht over de geur plume, rechte upwind vlucht wanneer binnen de plume, en in een lus terug als het contact met de rookpluim wordt verbroken. Na het verlies van een aantrekkelijke pluim, kunnen de insecten ook beginnen met zigzag-anker met toenemende bogen de verloren pluim^3,4opnieuw wilt verbinden. Dit gedrag is van fundamenteel belang in de instelling van een veld waar de insecten na een aantrekkelijke geur moeten omgaan met onrust en windrichtingen verschuiven. De vlucht patroon is niet uniform en verschilt van de insecten orders. Als voorbeeld, sterke folders zoals aasvliegen hebben een sneller upwind oriëntatie met bredere gieten patroon dan nachtvlinders en de windsnelheid moet worden verhoogd om een langere relatieve vlucht weg.

De vlucht van een insect kunt ook gefilmd worden. Met een enkele camera, kunnen eenvoudige vliegeigenschappen worden beschreven door het uitzetten van de x y coördinaten¹⁶. Met behulp van twee camera’s met gesynchroniseerde frame capture, kan de 3D vlucht worden gereconstrueerd met behulp van een externe software¹⁷. De vlucht-track kan vervolgens worden geanalyseerd om informatie over de vlucht snelheid en afstand, de vlucht hoeken ten opzichte van de windrichting en de details over de vliegeigenschappen ten opzichte van de rookpluim geur te geven. Er zijn zowel aangepaste en commerciële apparatuur en software beschikbaar waarmee automatisch frame voor frame bijhouden. De kalibratie-frames moeten worden gebruikt om te verwijzen naar de echte wereld ruimte en rechtlijnige groothoek lenzen moeten worden gebruikt om te minimaliseren van lensvervorming. Worden moet gezorgd om visuele achtergrondgeluiden, zoals randen en hoeken in de windtunnel arena, en om te maximaliseren insect achtergrond discriminatie. Met behulp van een infrarood lichtbron, de reflectie (bv., van nachtelijke muggen) kan worden gefilmd met een monochroom-CCD camera’s¹⁷.