باستخدام مطاحن الطيران لقياس الميل الطيران والأداء من الجذور الخفية الذرة الغربية ، ديروتيكا virgifera virgifera (leconte)
Summary
مطاحن الطيران هي أدوات هامه لمقارنه كيفيه العمر, الجنس, حاله التزاوج, درجه الحرارة, أو عوامل أخرى مختلفه قد تؤثر علي سلوكالحشرات ‘ق الطيران. هنا نحن وصف بروتوكولات لحبل وقياس الميل الطيران وأداء الجذور الخفية الذرة الغربية تحت العلاجات المختلفة.
Abstract
الجذور الخفية الذرة الغربية ، ديروديتيكا virgifera virgifera (leconte) (مغمدات: كريسسوميلينيد) ، هو افه هامه اقتصاديا من الذرة في شمال الولايات المتحدة. وقد وضعت بعض السكان مقاومه لاستراتيجيات الاداره بما في ذلك الذرة المحورة وراثيا التي تنتج مبيد السموم المستمدة من بكتيريا عصيه تورينجيانسيس (Bt). المعرفة من الغربية الذرة تشتت الجذور الخفية ذات اهميه حاسمه لنماذج من تطور المقاومة ، وانتشار ، والتخفيف. سلوك الطيران من الحشرات ، وخاصه علي مسافة طويلة ، من الصعب بطبيعتها لمراقبه وتوصيف. وتوفر مطاحن الرحلات وسيله لاختبار التاثيرات التطورية والفسيولوجية وعواقب التحليق في المختبر مباشره والتي لا يمكن الحصول عليها في الدراسات الميدانية. وفي هذه الدراسة ، استخدمت مطاحن الطيران لقياس توقيت نشاط الطيران ، والعدد الإجمالي للرحلات الجوية ، والمسافة ، والمدة ، وسرعه الرحلات التي تقوم بها الديدان الخفية الانثويه خلال فتره اختبار 22 ساعة. تم إيواء سته عشر مطاحن الطيران في غرفه بيئية مع الاضاءه القابلة للبرمجة ، ودرجه الحرارة ، والتحكم في الرطوبة. مطحنه الطيران وصفها من تصميم نموذجي ، حيث ذراع الطيران هو حر لتدوير حول المحور المركزي. ويحدث الدوران بسبب تحليق حشره مربوطه إلى طرف واحد من ذراع الرحلة ، ويتم تسجيل كل دوران بواسطة جهاز استشعار ذو طابع زمني. ويتم تجميع البيانات الاوليه بواسطة البرمجيات التي تجهز فيما بعد لتقديم إحصاءات موجزه عن بارامترات الرحلات ذات الاهميه. المهمة الأكثر صعوبة لأي رحله مطحنه الدراسة هو التعلق الحبل إلى الحشرة مع لاصق ، والطريقة المستخدمة يجب ان تكون مصممه خصيصا لكل نوع. يجب ان يكون المرفق قويا بما يكفي للاحتفاظ بالحشرة في اتجاه جامد ولمنع الانفصال اثناء الحركة ، في حين لا تتداخل مع حركه الجناح الطبيعي اثناء الرحلة. تتطلب عمليه المرفق البراعة ، والبراعة ، والسرعة ، مما يجعل لقطات الفيديو لعمليه الديدان الخفية من القيمة.
Introduction
الجذور الخفية الذرة الغربية ، ديدايروتيكا virgifera virgifera leconte (مغمدات: كريسسوميليريد) ، تم التعرف علي انها افه من الذرة المزروعة في 19091. اليوم ، هو أهم افه من الذرة (زيميس ل.) في الولايات الامريكيه حزام الذرة ، مع اليرقات تتغذي علي جذور الذرة مما تسبب في معظم فقدان الغلة المرتبطة بهذه آلافه. وتقدر التكاليف السنوية للاداره وخسائر إنتاج الذرة بسبب الجذور الخفية الذرة لتتجاوز $1,000,000,0002. الدودة الجذر الذرة الغربية قابله للتكيف للغاية ، والسكان قد تطورت المقاومة لاستراتيجيات أداره متعددة بما في ذلك المبيدات الحشرية ، وتناوب المحاصيل ، والوراثية Bt الذرة3. يعتمد تحديد الابعاد المكانية التي يجب تطبيق التكتيكات عليها للتخفيف من التنمية المحلية للمقاومة ، أو نقطه المقاومة الساخنة ، علي فهم أفضل لتشتت4. ولن تكون تدابير التخفيف ناجحه إذا اقتصرت علي نطاق مكاني ضيق حول نقطه ساخنه للمقاومة ، لان البالغين المقاومين سينتشرون خارج منطقه التخفيف5. فهم سلوك الطيران من الذرة الخفية الغربية هو المهم لخلق خطط فعاله لأداره المقاومة لهذه آلافه.
تشتت عن طريق الطيران يلعب دورا هاما في الكبار الغربية الذرة الجذور الخفية تاريخ الحياة والإيكولوجيا6، وسلوك الطيران من هذه آلافه يمكن دراستها في المختبر. ويمكن استخدام عده طرق لقياس سلوك الطيران في المختبر. ويمكن لل actograph ، الذي يقيد الطيران في طائره عموديه ، وقياس مقدار الوقت الذي تشارك فيه الحشرات في الطيران. وقد استخدمت actographs البيانية لمقارنه مده الرحلة وأنماط دوريه من الذكور والإناث الجذور الخفية الغربية في مختلف الاعمار ، واحجام الجسم ، ودرجات الحرارة ، وقابليه المبيدات الحشرية ، والتعرض للمبيدات7،8، 9-الآن نفقات الطيران ، والتي تتكون من غرفه التعقب وتدفق الهواء الموجه ، هي مفيده بشكل خاص لفحص سلوك الحشرات الطيران عند اتباع عمود رائحة ، مثل المكونات فرمون المرشح10 أو النبات متطاير11. وربما تكون مطاحن الرحلات هي الطريقة الأكثر شيوعا للدراسات المختبرية لسلوك الحشرات الجوية ويمكن ان تميز عده جوانب من ميل الرحلة وأداءها. وقد استخدمت مطاحن الرحلات المختبرية في دراسات الذرة الخفية الغربية لتوصيف الميل لجعل رحلات قصيرة ومستدامه ، فضلا عن السيطرة الهرمونية للرحلة مستمرة12,13.
توفر مطاحن الطيران طريقه بسيطه نسبيا لدراسة سلوك الحشرات في الظروف المختبرية من خلال السماح للباحثين بقياس بارامترات الطيران المختلفة بما في ذلك الدورية والسرعة والمسافة والمدة. العديد من المطاحن الطيران المستخدمة اليوم مشتقه من الدوارات كينيدي وآخرون14 و Krogh و ويس-فوغ15. مطاحن الطيران يمكن ان تكون مختلفه في الشكل والحجم ، ولكن المبدا الأساسي لا يزال هو نفسه. يتم المربوطة حشره وشنت علي ذراع أفقي شعاعي الذي هو حر للتدوير ، مع الحد الأدنى من الاحتكاك ، حول رمح عمودي. وبما ان الحشرة تطير إلى الامام ، فان مسارها يقتصر علي التحليق في طائره أفقيه ، مع المسافة المقطوعة لكل دوران تمليها طول الذراع. وعاده ما يستخدم جهاز استشعار للكشف عن كل دوران الذراع الناجمة عن نشاط الطيران للحشرات. وتشمل البيانات الاوليه التناوب لكل وحده زمنيه ، ووقت الرحلة الجوية اليومية. يتم تغذيه البيانات في جهاز كمبيوتر للتسجيل. وكثيرا ما تسجل البيانات المستمدة من مطاحن الرحلات المتعددة بالتوازي ، وفي الوقت نفسه أساسا ، مع وجود مصارف من 16 و 32 من مصانع الرحلات المشتركة. وتتم معالجه البيانات الاوليه بواسطة برامج مخصصه لتوفير قيم لمتغيرات مثل سرعه الطيران ، والعدد الإجمالي للرحلات المنفصلة ، والمسافة والمدة الجوية ، وما إلى ذلك.
يختلف كل نوع من أنواع الحشرات عندما يتعلق الأمر بأفضل طريقه للربط بسبب المتغيرات المورفولوجية مثل الحجم والحجم والشكل الكلي للمنطقة المستهدفة لربط الحبل والنعومة والمرونة في الحشرة والحاجة والطريقة التخدير ، والمحتملة لقاذورات الاجنحه و/أو الراس مع لاصقه في غير محله أو تجاوز ، والعديد ، والعديد من التفاصيل. في حالات تصور الربط من الشوائب plataspid16 وخنفساء امبروسيا17، والمناطق المستهدفة ذات الصلة لمرفق الحبل هي كبيره نسبيا ومتسامحة من وضع لاصقه غير دقيقه لان الراس والاجنحه هي إلى حد ما مفصوله جيدا عن موقع المرفق. هذا ليس للتقليل من صعوبة الربط هذه الحشرات ، والتي تطالب بأي نوع من الأنواع. ولكن الدودة الجذر الذرة الغربية هي حشره صعبه للغاية لحبل: و البروتونيوم ضيقه وقصيرة ، مما يجعل مرفق دقيق جدا مع كميه الحد الأدنى من لاصقه (شمع الأسنان في هذه الحالة) اللازمة لمنع التدخل مع افتتاح اليترا للطيران ومع الراس ، حيث الاتصال مع العينين أو هوائيات يمكن ان تؤثر علي السلوك. وفي الوقت نفسه ، يجب ان يعلق الحبل بحزم لتجنب الحرمان من هذا المنشور القوي. مظاهره الربط من البالغين الجذور الخفية هو العرض الأكثر اهميه في هذه الورقة. وينبغي ان يكون من المساعدة للآخرين الذين يعملون مع هذه أو الحشرات المماثلة حيث الطريقة تصور هنا يمكن ان يكون خيارا مفيدا.
تصف هذه الورقة الأساليب المستخدمة في الحبل بفعالية وتميز نشاط الطيران الخاص بالبالغين الغربيين من دوده الذرة التي تربيت في كثافات اليرقات المختلفة. تم اشتقاق مطاحن الرحلات والبرمجيات المستخدمة في هذه الدراسة (الشكل 1) من التصاميم المنشورة علي شبكه الإنترنت من قبل جونز وآخرون18 تم تعديل تقنيات الربط من الوصف في ستيبينغ وآخرون9 وكانت مجموعه من 16 مطاحن الطيران التي تقع في غرفه البيئية ، والمصممة للسيطرة علي الاضاءه والرطوبة ودرجه الحرارة (الشكل 2). استخدام هذا الاعداد أو ما شابه ذلك مع التقنيات التالية يسمح لاختبار العوامل التي قد تؤثر علي ميل الرحلة وأداء الجذور الغربية الذرة ، بما في ذلك العمر ، والجنس ، ودرجه الحرارة ، photoperiod ، وغيرها الكثير.
Protocol
Representative Results
Discussion
يعتبر سلوك الطيران الخفي للذرة الغربية أمرا مهما لابتكار خطط أداره المقاومة الفعالة. وقد درس سلوك الطيران من هذه آلافه في المختبر باستخدام أساليب مختلفه بما في ذلك الرسوم البيانية ، وانفاق الطيران ، ومطاحن الطيران. المطاحن الطيران ، كما هو موضح والموضحة في هذه الورقة ، تسمح الحشرات لجعل ا…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وكانت المؤسسة الوطنية للعلوم التابعة للمؤسسة ، وهي مركز تقنيات أداره المفصليات ، تحت المنحة رقم E.Y.Y. ، مدعومة بالدراسات العليا. IIP-1338775 ، وشركاء الصناعة.
Materials
| Butane multi-purpose lighter | BIC | UXMPFD2DC | To soften wax when tethering |
| Clear polystyrene plastic vial (45-ml) | Freund Container and Supply | AS112 | To hold beetle while anesthetizing |
| Dehydrated culture media, agar powder | Fisher Scientific | S14153 | To make agar for holding moisture for adults |
| Delrin rod (1" diameter, 3.75" long) | Many suppliers: can use cheapest on the internet. | For post of flight mill | |
| Dental wax | DenTek | 47701000335 | Adheres wire tether to prothorax |
| Ferrite ring magnets (OD: 0.69”, ID: 0.29”, Thickness: 0.118”; 7oz pull) | Magnet Shop | 63B06929118 | Opposing – to generate the float. |
| Hall effect sensor | Optikinc | OHN3120U | Look under magnetic sensors on the left side of the Optekinc website then look for the part number. A link is given for current suppliers. |
| Hypodermic tubing (22 gauge; 0.0358” OD x 0.01975” ID x 0.004” wall) | Small Parts, Inc. | HTX-22T-12 | Used for flight mill arms and main axis rod. |
| Incubator (104.1 x 85.4 x 196.1 cm) | Percival Scientific | I-41VL | |
| LabVIEW Full Development System software, system-design platform | National Instruments (See http://www.ni.com/en-us/shop/labview/select-edition.html) | LabVIEW 2018 (Full Edition) | Provides environment needed to run flight mill files (.vi extensions) available for download from Jones et al.18 at http://entomology.tfrec.wsu.edu/VPJ_Lab/Flight-Mill. LabVIEW 2018 Full is compatible with Win/Mac/Linux operating systems. |
| Mesh cage (18 x 18 x 18 cm) | MegaView Science Co. Ltd. | BugDorm-4M1515 | mesh size = 44 x 32, 650 µm aperture |
| Needle tool | BLICK | 34920-1063 | For scoring soil surface for egg laying in laboratory |
| Nickel ring magnets (3/16” OD x 1/16” ID x: 1/16” thick) | K&J Magnetics | R311 | Used to trigger the digital hall effect sensor. |
| Petri dish (100 mm x 15 mm) | Fisher Scientific | S33580A | |
| Plastic container (44-ml) | Dart | 150PC | For initial rearing of young larvae |
| Plastic container (473-ml) | Placon | 22885 | For rearing of older larvae |
| Round brush (size 2) | Simply Simmons | 10472906 | For transferring freshly hatched neonates to surface of roots |
| Sieve (250-µm) | Fisher Scientific | 08-418-05 | To separate eggs from soil |
| Steel wire (28-gauge) | The Hillman Group | 38902350282 | |
| Teflon rod (3/8" diameter, 3/4" length) | United States Plastic Corporation | 47503 | To accept the rotating arm. |
| Vacuum | Gast Manufacturing, Inc. | 1531-107B-G288X | For aspirating adults in laboratory |
| White poly chiffon fabric | Hobby Lobby | 194811 | To prevent escape of larvae from rearing container |
References
- Gillette, C. P. Diabrotica virgifera Lec. as a corn root-worm. Journal of Economic Entomology. 5 (4), 364-366 (1912).
- Rice, M. E. Transgenic rootworm corn: assessing potential agronomic, economic, and environmental benefits. Plant Management Network. , (2004).
- Gray, M. E., Sappington, T. W., Miller, N. J., Moeser, J., Bohn, M. O. Adaptation and invasiveness of western corn rootworm: Intensifying research on a worsening pest. Annual Review of Entomology. 54 (1), 303-321 (2009).
- Martinez, J. C., Caprio, M. A. IPM use with the deployment of a nonhigh dose Bt pyramid and mitigation of resistance for western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera). Environmental Entomology. 45 (3), 747-761 (2016).
- Miller, N. J., Sappington, T. W. Role of dispersal in resistance evolution and spread. Current Opinion in Insect Science. 21, 68-74 (2017).
- Spencer, J. L., Hibbard, B. E., Moeser, J., Onstad, D. W. Behaviour and ecology of the western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera LeConte). Agricultural and Forest Entomology. 11, 9-27 (2009).
- VanWoerkom, G. J., Turpin, F. T., Barret, J. R. Influence of constant and changing temperatures on locomotor activity of adult western corn rootworms (Diabrotica virgifera) in the laboratory. Environmental Entomology. 9 (1), 32-34 (1980).
- Naranjo, S. E. Comparative flight behavior of Diabrotica virgifera virgifera and Diabrotica barberi in the laboratory. Entomologia Experimentalis et Applicata. 55 (1), 79-90 (1990).
- Stebbing, J. A., et al. Flight behavior of methyl-parathion-resistant and -susceptible western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae) populations from Nebraska. Journal of Economic Entomology. 98 (4), 1294-1304 (2005).
- Dobson, I. D., Teal, P. E. A. Analysis of long-range reproductive behavior of male Diabrotica virgifera virgifera LeConte and D. barberi Smith and Lawrence to stereoisomers of 8-methyl-2decyl propanoate under laboratory conditions. Journal of Chemical Ecology. 13 (6), 1331-1341 (1987).
- Spencer, J. L., Isard, S. A., Levine, E. Free flight of western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae) to corn and soybean plants in a walk-in wind tunnel. Journal of Economic Entomology. 92 (1), 146-155 (1999).
- Coats, S. A., Tollefson, J. J., Mutchmor, J. A. Study of migratory flight in the western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae). Environmental Entomology. 15 (3), 620-625 (1986).
- Coats, S. A., Mutchmor, J. A., Tollefson, J. J. Regulation of migratory flight by juvenile hormone mimic and inhibitor in the western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae). Annals of the Entomological Society of America. 80 (5), 697-708 (1987).
- Kennedy, J. S., Ainsworth, M., Toms, B. A. Laboratory studies on the spraying of locusts at rest and in flight. Anti-Locust Bull. L. 2, 64 (1948).
- Krogh, A., Weis-Fogh, T. A Roundabout for studying sustained flight of Locusts. Journal of Experimental Biology. 29, 211-219 (1952).
- Attisano, A., Murphy, J. T., Vickers, A., Moore, P. J. A simple flight mill for the study of tethered flight in insects. Journal of Visualized Experiments. (106), e53377 (2015).
- Okada, R., Pham, D. L., Ito, Y., Yamasaki, M., Ikeno, H. Measuring the flight ability of the ambrosia beetle, Platypus quercivorus (Murayama), using a low-cost, small, and easily constructed flight mill. Journal of Visualized Experiments. (138), e57468 (2018).
- Jones, V. P., Naranjo, S. E., Smith, T. J. . Insect ecology and behavior: laboratory flight mill studies. , (2010).
- Abendroth, L. J., Elmore, R. W., Boyer, M. J., Marlay, S. K. . Corn Growth and Development. , (2011).
- Meinke, L. J., Sappington, T. W., Onstad, D. W., Guillemaud, T., Miller, N. J., Komáromi, J., Levay, N., Furlan, L., Kiss, J., Toth, F. Western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera LeConte) population dynamics. Agricultural and Forest Entomology. 11, 29-46 (2009).
- Hammack, L., French, B. W. Sexual dimorphism of basitarsi in pest species of Diabrotica and Cerotoma (Coleoptera: Chrysomelidae). Annals of the Entomological Society of America. 100 (1), 59-63 (2007).
- Guss, P. L. The sex pheromone of the western corn rootworm (Diabrotica virgifera). Environmental Entomology. 5 (2), 219-223 (1976).
- Hammack, L. Calling behavior in female western corn rootworm beetles (Coleoptera: Chrysomelidae). Annals of the Entomological Society of America. 88 (4), 562-569 (1995).
- Minter, M., Pearson, A., Lim, K. S., Wilson, K., Chapman, J. W., Jones, C. M. The tethered flight technique as a tool for studying life-history strategies associated with migration in insects. Ecological Entomology. 43, 397-411 (2018).
- Ribak, G., Barkan, S., Soroker, V. The aerodynamics of flight in an insect flight-mill. PLoS One. 12 (11), e0186441 (2017).
- Riley, J. R., Downham, M. C. A., Cooter, R. J. Comparison of the performance of leafhoppers on flight mills with that to be expected in free flight. Entomologia Experimentalis et Applicata. 83, 317-322 (1997).
- Isard, S. A., Spencer, J. L., Mabry, T. R., Levine, E. Influence of atmospheric conditions on high-elevation flight of western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae). Environmental Entomology. 33 (3), 650-656 (2004).
- Chapman, J. W., Reynolds, D. R., Wilson, K. Long-range seasonal migration in insects: mechanisms, evolutionary drivers and ecological consequences. Ecology Letters. 18, 287-302 (2015).
- Spencer, J. L., Mabry, T. R., Vaughn, T. T. Use of transgenic plants to measure insect herbivore movement. Journal of Economic Entomology. 96 (6), 1738-1749 (2003).
- Isard, S. A., Spencer, J. L., Nasser, M. A., Levine, E. Aerial movement of western corn rootworm, Diabrotica virgifera virgifera (Coleoptera: Chrysomelidae): diel periodicity of flight activity in soybean fields. Environmental Entomology. 29 (2), 226-234 (2000).
- Kim, K. S., Sappington, T. W. Genetic structuring of western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae) populations in the U.S. based on microsatellite loci analysis. Environmental Entomology. 34 (2), 494-503 (2005).
