吸液性昆虫能够从多孔表面获取微量液体。本实验方案描述了一种利用含荧光磁性纳米颗粒的喂养溶液，直接测定昆虫从多孔表面摄取液体能力的方法。
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本文内容
摘要
摘要
吸食液体的昆虫会摄取多种液体，这些液体在环境中以液滴、液膜形式存在，或局限于微小孔隙中。研究液体摄取过程需要评估口器结构与功能之间的关系；然而，以往对液体摄取机制的推断主要基于结构形态的观察，有时缺乏实验验证。本文报道了一种利用少量液体评估蝴蝶（鳞翅目）和蝇类（双翅目）液体摄取能力的新方法。将昆虫喂食含有荧光磁性纳米颗粒的20%蔗糖溶液，溶液置于特定孔径的滤纸上。随后取出昆虫的嗉囊（用于储存液体的内部结构），置于共聚焦显微镜下观察。用磁铁在嗉囊附近移动，检测其中是否存在纳米颗粒，从而判断昆虫是否能够摄入液体。该方法揭示了一种在鳞翅目和双翅目昆虫从多孔表面取食时可能普遍存在的摄食机制（毛细作用和液桥形成）。此外，该方法还可用于研究多种吸液昆虫的取食机制，包括在疾病传播和仿生学中具有重要意义的种类，以及可能涉及纳米或微米级通道、需要验证液体运输过程的其他研究。
引言
许多昆虫类群具有适应摄取液体食物的口器（喙），例如花蜜、腐烂果实、树液（例如 双翅目1、鳞翅目2、膜翅目3）、木质部汁液（半翅目4）、眼泪（鳞翅目5）以及血液（虱毛目6、蚤目7、双翅目7、半翅目8、鳞翅目9）。昆虫摄取液体的能力与生态系统健康（例如 传粉作用10）、疾病传播4,11、生物多样性形成2,12以及趋同进化研究13密切相关。尽管食物来源多种多样，某些液食性昆虫的共同特征是能够获取微量液体，这些液体可能局限于微米或纳米级液滴、液膜或孔隙表面。
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方案
1. 昆虫种类、溶液制备及饲喂装置设置
注意：选择菜粉蝶（Pieris rapae L.，粉蝶科）作为鳞翅目的代表性物种，是因为其在先前关于液体摄取能力及口器形态的研究中已被广泛使用22,23。家蝇（Musca domestica L.，蝇科）和蓝瓶蝇（Calliphora vomitoria L.，丽蝇科）则因其常被观察到在多孔表面取食而被采用13。
- 从昆虫供应商处订购P. rapae的幼虫，并在人工饲料（见材料表）上饲养，置于环境培养箱中，条件设置为23 °C、光周期18小时光照:6小时黑暗，直至其化蛹并羽化为成虫。订购M. domestica和C. vomitoria的蛹，在与P. rapae相同的环境条件下进行饲养。在取食实验前，成虫自蛹羽化后不再喂食。
- 配制20%蔗糖溶液（对照）和20%含纳米颗粒的蔗糖溶液，用于检测液体摄取情况。通过将荧光磁性纳米颗粒（氧化铁，表面包被聚丙烯酸，直径约20 nm）24加入20%蔗糖溶液中（终浓度为1 mg....
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结果
研究流体取食昆虫在取食能力上的模式差异，需要明确取食发生的时间。本文所述方案用于检验鳞翅目和双翅目昆虫中的限孔径假说13。限孔径假说认为，若孔隙的直径小于取食通道的直径，流体取食昆虫便无法从充满液体的孔隙中取食12。来自多孔表面的液体必须通过Plateau不稳定性18形成稳定的液桥，以克服将液体保留在孔隙中的毛细压力，并为吸泵作用提供可接触的液面。具有不同取食通道尺寸的昆虫（图3）预计在能够取食的最小孔径上存在差异。
每种生物的限制性孔径根据其个体在滤纸上摄食特定孔径时，有50%的受试个体能够摄食的能力来计算。13. 以20%蔗糖溶液（对照）饲喂的昆虫，其嗉囊中未发现纳米颗粒。解剖昆虫以检测纳米颗粒是否被.......
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讨论
昆虫口器功能的传统研究主要基于宏观形态学分析（例如，鳞翅目昆虫的喙被认为功能类似于吸管25,26）；然而，近年来结合实验证据的研究已促使人们对昆虫口器的复杂性及其结构-功能关系的理解发生了范式转变2,12,13,22,27。尽管现代成像技术（如扫描电子显微镜23、共聚焦显微镜22、显微计算机断层扫描（micro-CT）28以及激光消融断层成像（图3））为形态学的精细研究提供了可能，.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本研究工作由美国国家科学基金会（NSF）资助，项目编号为 IOS 1354956。我们感谢佛罗里达大学佛罗里达自然历史博物馆麦克圭尔鳞翅目与生物多样性研究中心的 Andrew D. Warren 博士允许使用蝴蝶图像。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 20% 蔗糖溶液 | Domino Sugar | 用于与 dH2O 配制蔗糖溶液的糖 | |
| 磷酸盐缓冲液（PBS） | Sigma-Aldrich | P5493 | 10X 浓缩液用 dH2O 稀释至 1X，用于昆虫解剖 |
| 单凹载玻片 | AmScope | BS-C6 | 进食阶段设置所必需的载玻片 |
| 滤纸 | EMD Millipore | NY6004700 (60 µm) | 需要尼龙网滤膜和 Isopore 滤膜以形成昆虫进食用的多孔表面 |
| 滤纸 | EMD Millipore | NY4104700 (41 µm) | 需要尼龙网滤膜和 Isopore 滤膜以形成昆虫进食用的多孔表面 |
| 滤纸 | EMD Millipore | NY3004700 (30 µm) | 需要尼龙网滤膜和 Isopore 滤膜以形成昆虫进食用的多孔表面 |
| 滤纸 | EMD Millipore | NY2004700 (20 µm) | 需要尼龙网滤膜和 Isopore 滤膜以形成昆虫进食用的多孔表面 |
| 滤纸 | EMD Millipore | NY1104700 (11 µm) | 需要尼龙网滤膜和 Isopore 滤膜以形成昆虫进食用的多孔表面 |
| 滤纸 | EMD Millipore | TCTP04700 (10 µm) | 需要尼龙网滤膜和 Isopore 滤膜以形成昆虫进食用的多孔表面 |
| 滤纸 | EMD Millipore | TETP04700 (8 µm) | 需要尼龙网滤膜和 Isopore 滤膜以形成昆虫进食用的多孔表面 |
| 滤纸 | EMD Millipore | TMTP04700 (5 µm) | 需要尼龙网滤膜和 Isopore 滤膜以形成昆虫进食用的多孔表面 |
| 滤纸 | EMD Millipore | RTTP04700 (1 µm) | 需要尼龙网滤膜和 Isopore 滤膜以形成昆虫进食用的多孔表面 |
| 虹膜显微解剖剪 | Carolina Biological Supply Company | 623555 | 用于解剖的剪刀 |
| 昆虫针（#1） | Bioquip Products | 1208B1 | 解剖和进食试验中使用的针 |
| 超细头解剖镊 | Carolina Biological Supply Company | 624684 | 解剖器械 |
| Leica M205 C 体视显微镜 | Leica Microsystems | M205 C | 用于解剖的体视显微镜 |
| 倒置共聚焦显微镜 | Olympus | IX81 | 用于检测磁性纳米颗粒的荧光显微镜 |
| Fisherbrand PTFE 一次性搅拌子 | Fisherscientific | S68067 | 用于检测纳米颗粒的磁体 |
| Kimtech Science Kimwipes 擦镜纸 | Kimberly-Clark Professional | 34155 | 用于在进食试验中固定昆虫的纸巾 |
| 家蝇（Musca domestica）蛹 | Mantisplace.com | 实验用昆虫 | |
| 蓝瓶蝇（Calliphora vomitoria）蛹 | Mantisplace.com | 实验用昆虫 | |
| 菜粉蝶（Pieris rapae）幼虫 | Carolina Biological Supply Company | 144102 | 实验用昆虫 |
| Finnpipette F1 | ThermoFisher Scientific | 4641080N | 用于分配液体的微量移液器 |
| Finntip 250 移液器吸头 | ThermoFisher Scientific | 9400250 | 微量移液器吸头 |
| 显微镜玻璃盖玻片（=盖片）（24 x 24 mm） | AmScope | CS-S24-100 | 用于在共聚焦显微镜下观察昆虫嗉囊的盖玻片 |
参考文献
- Vijaysegaran, S., Walter, G. H., Drew, R. A. I. Mouthpart structure, feeding mechanisms, and natural food sources of adult Bactrocera (Diptera: Tephritidae). Ann Entomol Soc Am. 90, 184-201 (1997).
- Lehnert, M. S., Monaenkova, D., Andrukh, T., Beard, C. E., Adler, P. H., Kornev, K. G. Hydrophobic-hydrophilic dichotomy of the butte....
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重印与许可
