本文介绍了用于昆虫嗅觉行为测定的风洞装置的构建与使用方法。该风洞设计支持多种方式释放气味源，既可结合视觉刺激，也可在无视觉刺激条件下进行。风洞实验是鉴定具有行为活性的挥发性化学物质的重要方法。
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本文内容
摘要
摘要
嗅觉是许多昆虫与环境相互作用的最重要感觉机制，而风洞是研究昆虫化学生态学的优秀工具。昆虫能够通过感觉交互和复杂的行为，在三维环境中定位点源。量化这种行为是开发新型害虫控制工具和决策支持系统的关键环节。配备合适飞行段、具有层流气流、提供飞行中视觉反馈线索，以及具备多种施加气味方式选择的风洞，可用于测量复杂行为，从而可能识别出具有吸引力或驱避性的气味、昆虫飞行特征、视觉与气味间的相互作用，以及吸引物与环境中残留背景气味之间的相互作用。风洞的优势在于可在实验室条件下研究昆虫由气味介导的行为谱。在受控环境中获得的行为数据，为昆虫生理学与田间应用之间建立了联系。风洞必须是一种灵活的工具，应能方便地调整设置和硬件，以适应不同的研究问题。本文所述风洞装置的主要缺点是其洁净的气味背景，在为田间应用开发合成挥发性混合物时需对此给予特别关注。
引言
风洞是昆虫化学生态学研究中的重要工具，可用于在实验室条件下测试昆虫对化学信号物质的飞行反应。通过将气味释放到受控的气流中，可直接监测昆虫朝气味源进行的逆风飞行行为，从而研究其对这些刺激物的行为响应。嗅觉是许多昆虫与其生物环境相互作用的最重要感觉机制1。昆虫利用气味线索寻找合适的交配对象；同样，它们也利用来自寄主资源的复合气味来为自己或后代寻找食物。植物在提供花蜜和花粉作为回报的同时释放花香气味，以提高昆虫传粉效率。所有这些挥发性信号物质均被动扩散到环境中，昆虫需要识别并解读其各自的生物学意义。当挥发性物质释放到环境中后，其分子会随风以丝状形式传播，在较远的下风向仍能保持初始浓度，最终才因湍流和扩散而断裂并稀释2。昆虫能够检测到挥发性信号的微小变化，并据此向气味源逆风移动。当接触到有吸引力的气味时，昆虫表现出快速逆风飞行的行为，而在失去气味信号时则进行横向搜索以重新定位气味羽流3,4。昆虫触角上的嗅觉神经元在感器中呈共定位排列，可对气味羽流的接触与中断产生高分辨率的行为响应5，并使昆虫能够区分来自不同来源的相似气味分子6。飞行过程中的视觉反馈，即所谓的视动风向趋性（optomotor anemotaxis），对于识别风向、物体及....
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方案
1. 准备玻璃试管
- 准备玻璃管（例如，直径 2.8 cm，长 13 cm），并用塑料卡扣盖封闭一端。
- 将 10 只昆虫分别放入带盖的玻璃管中，并用橡皮筋将纱布固定在另一端开口上。让昆虫在风洞室的温度、光照条件和湿度下适应至少 2 小时。
注意：每根管内昆虫的数量取决于物种种类和研究问题。
2. 准备气味源
- 喷雾器操作步骤。
- 用稀释后的顶空收集样品或合成气味混合物填充1 mL气密注射器。
注意：稀释后的顶空样品或合成气味混合物的具体成分取决于昆虫种类和研究问题。通常，所用浓度应与真实气味源的自然释放速率相当。 - 使用管路接头将注射器尖端连接至FEP管，并将注射器插入注射泵中。
- 启动注射泵。
- 启动宽带超声发生器。
注意：可通过从释放点下方照射手电筒光束来确认喷雾器中气溶胶的释放。 - 每次处理之间，使用96%乙醇运行喷雾器至少10分钟，以清洗管路内部和喷嘴。所有清洗操作应使用专用于纯乙醇的独立注射器。
- 使用后，用96%乙醇清洁注射器及喷嘴尖端。
- 用稀释后的顶空收集样品或合成气味混合物填充1 mL气密注射器。
- 真实气味源操作步骤。
- 将真实气味源放入风洞中，或置于2 L顶空采集罐内。
- ....
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结果
丽蝇对来自死亡动物的气味反应强烈，这些气味代表了一种短暂的幼虫生长基质19,20. 以死亡小鼠作为天然气味源，我们研究了15日龄交配后雌性果蝇的飞行行为细节 C. vicina, 有或没有视觉刺激位于气味释放点旁边13为了消除自然视觉线索，我们采用了上述玻璃罐系统。风速为 30 cm s-1 丽蝇在风洞的下风端表现出超过80%的起飞和定向飞行行为，其中超过60%的个体能够以受控且定向的运动向风洞的上风区域前进（图2）。视觉线索对定向飞行行为没有显著影响。然而，为了有效展示在自然条件下使丽蝇能够将卵产在尸体上的完整行为谱（起飞、定向飞行和降落），需要添加视觉线索以标记气味源。使用视觉线索使在气味源处的降落率从14%显著提高到40%。这是从一个更大的风洞实验中简化而来的实验方法。.......
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讨论
风洞是识别多种昆虫引诱性气味和驱避性气味的有效工具4,9。在充分了解所研究昆虫的生态学、生物学和行为特征的基础上，可轻松识别其飞行特性，并可根据需要调整环境条件、风速、视觉刺激以及气味施加方式。在首次研究新物种时，建议使用最具吸引力的气味源来精细优化风洞参数。对于利它素，通常采用活体寄主植物材料或天然食物来源；而对于信息素，则使用关在笼中释放性信息素的雌性或雄性个体（取决于所研究的昆虫种类）。为了鉴定驱避性物质，还需设置一个具有吸引力的气味源，以评估其拮抗作用9。这些初步结果还可作为后续实验的基准参照。
应考虑风洞的尺寸，以提供足够的空间供昆虫自由活动并展现其固有的飞行特性。对于飞行能力强且体型较大的昆虫，可能需要较大的飞行区域；而对于较小的昆虫，则可使用部分区域。风速应根据所研究的昆虫种类而定，并调整至适合其飞行能力的水平。在使用所有气味物质时，尤其是信息素时，应注意避免污染，并应频繁进行对照处理，以防止得出错误结论.......
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致谢
M. Tasin 得到了瑞典可持续发展研究理事会（Formas，资助号 2013-934）的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 飞行实验区 | 任意 | NA | 根据滤芯外壳定制结构 |
| 滤芯外壳 × 2 | Camfill Farr | 用于容纳粉尘和活性炭过滤器 | |
| 风扇 × 2 | Fischbach | 型号 D640/E35 | 带连续调光开关的静音风扇 |
| 穿孔网格 | 任意 | NA | 需要两种不同开孔面积，例如 54% 和 51% |
| 流量计 | Swema air | Swema air 300 | 用于测定风速 |
| 超声波喷雾器 | SonoTek | 带锥形喷嘴和插入式微孔管的喷雾喷头 | |
| 宽带超声波发生器 | SonoTek | 函数信号发生器 | |
| 注射泵 | CMA microdialysis | CMA 102 | 液体输送 |
| FEP 管路 | CMA microdialysis | 内径 0.12 mm | |
| 管路接头 | CMA microdialysis | 零内体积连接器 | |
| 气密注射器 | 任意 | NA | 1000 µL 注射器，用于顶空样品采集和合成混合物 |
| 气密注射器 | 任意 | NA | 1000 µL 注射器，用于清洗喷雾器 |
| 手电筒 | 任意 | NA | 小型光源，用于检查喷雾器释放情况 |
| 计时器 | 任意 | NA | 带报警功能的计时器 |
| 昆虫释放支架 | 任意 | NA | 金属结构 |
| 照明设备 | 任意 | NA | 推荐使用 LED，因其产热低 |
| 加湿器 | 任意 | NA | 尺寸取决于风洞室体积 |
| 温度控制 | 任意 | NA | 温度范围取决于物种 |
| 玻璃管 | 任意 | NA | 用于盛放昆虫的玻璃管（直径 2.8 cm，长 13 cm） |
| 卡口盖 | 任意 | NA | 与玻璃管匹配的卡口盖 |
| 纱布 | 任意 | NA | 用于封闭玻璃管口的织物 |
| 橡皮筋 | 任意 | NA | 用于固定纱布 |
| 玻璃圆筒 | 任意 | NA | 用于气味封闭和着陆平台的圆筒（直径 10 cm，长 12.5 cm） |
| 玻璃广口瓶 | 任意 | NA | 用于动态顶空采集的玻璃瓶 |
| 连接件和管路 | 任意 | NA | 管路和连接件需根据玻璃瓶类型选择 |
| 空气供应 | 任意 | NA | 来自实验室空气或气瓶 |
| 活性炭过滤器 | 任意 | NA | 用于净化外部空气供应 |
| 小瓶 | 任意 | NA | 装有水的小瓶，用于保持植物材料新鲜 |
| 烘箱 | 任意 | NA | 将金属和玻璃器皿加热至 300 摄氏度以去污染 |
参考文献
- Hansson, B. S., et al. Insect olfaction. , Springer. Berlin Heidelberg. (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. Ch. 3. Insect olfaction. Hansson, ....
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重印与许可
