Wir Entwicklung eine low-cost und kleine Flug-Mühle mit handelsüblichen Produkten und leicht in Experimenten verwendet. Verwenden dieses Gerät, haben wir die Flug-Fähigkeit eine Ambrosia-Käfer, Platypus Quercivorusgemessen.
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Methodenartikel
Messung der Flug Fähigkeit des Käfers Ambrosia, Platypus Quercivorus (Murayama), mit einem Low-Cost, klein und leicht konstruierte Flug Mühle
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Der Ambrosia-Käfer, Platypus Quercivorus (Murayama), ist der Vektor der pilzliche Erreger, das Massensterben von Fagaceae Bäumen (japanische Eiche verwelken) verursacht. Daher kann die Ausbreitung Kapazität Wissen helfen Trapping/Baum entfernen Bemühungen wirksamer gegen diese Krankheit zu informieren. In dieser Studie wir gemessen, die Flug-Geschwindigkeit und die Dauer und die Fluchtdistanz des Käfers mit einer neu entwickelten Flug Mühle geschätzt. Die Flug-Mühle ist low-cost, klein und konstruierte mit handelsüblichen Produkten. Flug-Mühle-Arm und die vertikale Achse bestehen aus einer dünnen Nadel. Ein Käfer-Exemplar wird auf eine Spitze des Armes mit Sekundenkleber geklebt. Die andere Spitze Dick wegen wird mit Kunststoff überzogen ist, erleichtert die Erkennung von Drehungen des Armes. Die Revolution des Armes ist von einer Foto-Sensor montiert auf einer Infrarot-LED erkannt und wird durch eine Änderung der Ausgangsspannung angezeigt, wenn der Arm über die LED übergeben. Der Fotosensor wird an einen PC angeschlossen und die Ausgang Spannung gespeichert sind bei einer Abtastrate von 1 kHz. Durch die Durchführung von Experimenten mit diesem Flug-Mühle, wir fanden, dass p. Quercivorus fliegen kann mindestens 27 km. Weil unser Flug Mühle billig und kleine gewöhnliche Gegenstände umfasst, können viele Mühlen Flug vorbereitet und gleichzeitig in einem kleinen Labor-Raum verwendet. Dadurch können Experimentatoren, eine ausreichende Menge von Daten innerhalb eines kurzen Zeitraums zu erhalten.
Einleitung
Tiere Wandern lange Distanzen auf der Suche nach Nahrung und Verknüpfungen. Wandernde Tiere könnten manchmal unerwünschte Begleiter tragen. Der weiblichen Ambrosia Käfer, Platypus Quercivorus (Murayama), ist ein bekannter Vektor der pilzliche Erreger, Raffaelea Quercivora Kubono et Shin-Ito. Dieser Erreger verursacht Massensterben von Fagaceae Bäumen (japanische Eiche verwelken) und eine hohe Mortalität1. Seit 1980 diese Krankheit expandiert in ganz Japan, und ist ein ernstes Problem2geworden.
P. Quercivorus ist ein kleines Insekt (ca. 4-5 mm Körperlänge und 4-6 mg des Körpergewichts) und jährliche Ausdehnung der Krankheit lässt vermuten, dass sie fliegen bis zu mehreren km3,4. Die männlichen p. Quercivorus sucht einen Wirtsbaum und löst eine Aggregation-Pheromon, das Männchen und Weibchen5anzieht. Infolgedessen der Wirtsbaum Masse von Artgenossen angegriffen wird, und schließlich stirbt. Das Männchen Bohrungen einen Tunnel im Inneren der Struktur nach der Landung und einen weiblichen Pheromon angezogen den Tunnel betritt und legt Eier. Die geschlüpften p. Quercivours wachsen im Tunnel, bis sie erwachsen werden. Erwachsenen entstehen und verteilen um neue Wirte zu finden. So ist die wandernden Fähigkeit dieses Käfers Ausdehnung der Krankheit möglicherweise verwandt. Das Ausmaß, zu dem der Käfer fliegen kann, ist jedoch noch unklar. Darüber hinaus sind die Weibchen größer als Männchen6 (weibliche: 4,6 mm und Männchen: 4,5 mm) und männliche Käfer suchen eine Zielstruktur, durch den Tunnel in den Baum und dann das Weibchen anzulocken. In Anbetracht dieser sexuellen Unterschiede in der Körpergröße und die Rolle der Flug in ihrem Leben sexuelle Unterschiede können im Flug Fähigkeit, aber der Unterschied in der Fähigkeit bleibt unklar.
Im Allgemeinen ist es extrem schwierig, wandernde Fähigkeit im Bereich messen, vor allem Flug Fähigkeit, aufgrund der Vielzahl der wandernden Gegend. Wandernde Fähigkeit gemessen wurde im Labor unter tethered Bedingungen, wie ein Flug-Mill-System für mehr als 60 Jahren7,8,9,10,11,12 , 13. Mühle Flugsysteme haben gezeigt, dass einige Insekten die Fähigkeit für Streckenflug. Zum Beispiel die längste Flugstrecke des Mountain Pine Beetle in einer Flug-Mühle über 24 km14war, und Tetrastichus Planipennisi Yang flog maximal über 7 km15. Obwohl die Flug-Mühle ein allgemein verfügbaren Werkzeug ist, führen biologische Assays mit ein lebendes Tier oft erheblich große individuelle Unterschiede. Um dies zu überwinden, sind viele Messungen, mehrfach, wiederholt erforderlich, um zuverlässige Schätzungen der mittleren Zerstreuung Kapazität zu erhalten. Daher sollten mehrere Personen gleichzeitig für die schnelle Erfassung von eine ausreichende Menge an Daten verwendet werden. Jedoch gleichzeitig Experimente erfordern einen größeren Raum, mehreren Versuchsaufbauten und sind teurer im Vergleich zu einem einzigen Messsystem. Daher die Flug-Mühle muss kostengünstig sein, leicht gebaut mit allgemein verfügbaren Elemente und kompakt in der Größe. Darüber hinaus sollten die Versuchsdurchführung nicht kompliziert sein oder benötigen eine geschickte Bediener.
In dieser Studie haben wir eine kleine, preiswerte Flug-Mühle (Abbildung 1 und Abbildung 2), die leicht in Experimenten eingesetzt werden könnte, und die Flug-Fähigkeit des Käfers Ambrosia gemessen zusammengestellt p. Quercivorus.
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Protokoll
(1) Bau einer Flug-Mühle
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Bau von einem Flug-Mühle-Apparat
- Schneiden Sie das Kunststoffteil aus einer Nadel (Metallteil: 40 mm in der Länge und Durchmesser von 0,25 mm; Kunststoffteil: 22 mm Länge und 2 mm Durchmesser) mit Zangen (Abbildung 3).
- Befestigen Sie diese Nadel mit einer unbehandelten Nadel in der Form eines Kreuzes mit Epoxy Harz Klebstoff (Abbildung 3), verweisen sie als Flug Mühle Arm und eine axiale Nadel.
Hinweis: Für eine axiale Nadel sollte die unbehandelte Seite eine Unterseite. Die ungedeckte Spitze des Flug Mühle Arm ist zum Aufkleben eines Käfers (Abbildung 1 b und Abbildung 3).
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Bau der Basis
- Machen Sie eine kleine Grübchen auf der Oberfläche eine dünne rostfreie Metallplatte (5 x 5 cm) durch Hämmern eines Nagels verhindern, dass die axiale Nadel gleiten horizontal (Abbildung 4).
Hinweis: Die tatsächlichen Abmessungen der Metallplatte sind nicht kritisch, und ein anderes Material ist möglich, aber vermeiden Sie die Verwendung des weichen Materials; Andernfalls werden die Nadel fest und verhindert, dass die Mühle dreht. - Positionieren und befestigen Sie die Metallplatte auf der hölzernen Brett (Holzsockel) mit Klebeband.
- Beugen eine Stahlplatte zu machen, doppelten L-förmigen (Abbildung 1 und Abbildung 2A).
Hinweis: Es war bequem, eine L-förmige Metallplatte zu verwenden, zur Befestigung von Möbeln an der Wand. Eine weitere war bequeme zur Unterstützung der mit dieser Art der Platte, dass die Platte bereits viele Löcher hatte. Löcher wurden verwendet für Schrauben und Befestigung auch eine Schaltfläche "Fang" (Abbildung 1A und Abbildung 4). - Machen einen Zylinder durch Schneiden einer Einweg-Kunststoff-PIPETTENSPITZE (Höhe = 1 cm, Außendurchmesser (Außendurchmesser) = 4 mm, Innendurchmesser (ID) = 2 mm) für die Führung einer axialen Nadel (Abb. 2A und Abbildung 4).
- Legen Sie und fixieren Sie der doppelten L-förmigen Platte und der Zylinder auf der Metallplatte (Abb. 2A und Abbildung 4).
- Machen Sie eine kleine Grübchen auf der Oberfläche eine dünne rostfreie Metallplatte (5 x 5 cm) durch Hämmern eines Nagels verhindern, dass die axiale Nadel gleiten horizontal (Abbildung 4).
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Bau der Fernerkundung Vorrichtung
- Beugen Sie eine Metallplatte zu machen, L-förmige obere Platte zu machen.
Hinweis: Es war bequem, eine L-förmige Metallplatte zu verwenden, zur Befestigung von Möbeln an der Wand (Abbildung 5 b-C). Wenn ja, können Sie diesen Schritt überspringen. - Setzen Sie eine kleine Metallkappe (5 mm in der Länge und 1 mm im Durchmesser) auf der oberen Platte (Abb. 2D-E, Abbildung 4und Abbildung 5A).
Hinweis: Als Kappe, verwendeten wir einen Druckknopf. Sie führte durch ein Loch in der L-förmige Platte (Abbildung 4). - Befestigen Sie einen Foto-Sensor auf der L-förmige Platte (Abbildung 4 und Abbildung 5A). Die L-förmige Platte (Abb. 2D-Eund Abbildung 4) platzsparend ein Schaltungsträger für den Sensor aufgeschraubt.
- Kleben Sie eine Infrarot-LED (150 mW) über einen kleinen Magneten zusammen mit Schaltungsträger für die LED (Abbildung 1A und Abbildung 2A).
- Legen Sie die LED (150 mW) auf die Bodenplatte unter dem Fotosensor (Abbildung 1A und Abbildung 2A).
- Beugen Sie eine Metallplatte zu machen, L-förmige obere Platte zu machen.
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Bau des Inhabers
- Beugen Sie eine Metallplatte zu machen, L-förmig.
Hinweis: Es war bequem, eine L-Form Metallplatte zu verwenden, zur Befestigung von Möbeln an der Wand (Abbildung 5 b-C). Wenn ja, können Sie diesen Schritt überspringen. - Befestigen Sie die Platte auf ein hölzernes Brett (Holzwand) mit Schrauben (Abbildung 1, Abbildung 4und Abbildung 5 b). Die Höhe der Holzplatte ist nicht kritisch, es war 7 cm in dieser Studie.
- Beugen Sie eine Metallplatte zu machen, L-förmig.
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Anschlussleitungen
- Verbinden Sie Fotosensor zu einem analogen Eingangskanal (AIN) ein A/D-Wandler über normale elektrische Kabel.
Hinweis: Es ist hilfreich, wenn alle Kabel gebündelt und auf der L-förmige Platte (Abbildung 5 b-D) festgesetzt, weil ein chaotischer Arbeitsbereich oft feine Manipulationen während des Experiments verhindert. - A/D-Wandlers an einen Personalcomputer (PC) über ein USB-Kabel anschließen.
- Verbinden Sie Fotosensor zu einem analogen Eingangskanal (AIN) ein A/D-Wandler über normale elektrische Kabel.
2. Versuchsdurchführung
- Sammle alle frisch geschlüpfte p. Quercivorus Erwachsene aus einem toten Quercus Crispula Blume (Fagales: Fagaceae) Baum am Morgen (7-9 Uhr) des Tages, an dem das Experiment durchgeführt werden soll.
Hinweis: Verwenden Sie nicht Käfer in am Vortag gesammelt. Mehr als 100 Käfer kam jeden Tag und frisch geschlüpfte Käfer wurden täglich überprüft. Sehen Sie eine Referenz-16 für detaillierte Methoden auf das Sammeln von Käfern. - Einen Käfer auf Eis für Anesthetization gelegt. Vermeiden Sie, dass des Käfers nass; Andernfalls wird es schwierig für den folgenden Vorgang sein. Führen Sie alle weitere Vorgehensweisen auf Eis.
- Legen Sie eine kleine Menge einer Komponente der Sekundenkleber (Geleeartiger Kleber) des Käfers Halsschild mit dem Mühle-Arm und halten Sie die Mühle Arm in Kontakt mit dem Halsschild.
Hinweis: Geleeartiger Leim trocknet langsam, wenn dieser Leim allein verwendet wird. Dieser Leim fungiert jedoch schnell, als zwei Komponenten (Table of Materials) gemischt werden. Die andere Komponente (Flüssigkleber) wird im nächsten Schritt verwendet werden. - Fügen Sie eine kleine Menge der anderen Komponente des Klebers (Flüssigkleber) mit einer feinen Nadel oder Stick. Stellen Sie sicher, dass die Flügel frei von Kleber (Abbildung 1 b). Der flüssige Klebstoff wird verwendet, um die Verhärtung des Geleeartiger Klebers zu erleichtern.
- Passen Sie die kreuzförmige Nadel in die Flug-Mühle (Abbildung 6) mithilfe ein Magneten an den L-förmigen Platte (obere Platte) auf die andere L-förmigen Platte halten. Schieben Sie einfach die obere Platte, wenn die Höhe der oberen Platte für die Nadel einstellen. Legen Sie die obere Spitze der axialen Nadel in das Loch der Druckknopf auf der oberen Platte (Abb. 5A), und legen Sie die andere Spitze in die Führung auf der Grundplatte (Abbildung 6).
- Passen Sie die Position einer IR-LED unterhalb des Sensors.
(3) abrufen und Analysieren von Daten
- Zeichnen Sie das verstärkte Ausgangssignal von der Fotosensor auf und speichern Sie es in den PC durch den A/D-Wandler mit kommerzieller Software mit einer Abtastrate von 1.000 Punkte/s (Abbildung 7A) (für A/D-Wandler und Software, Table of Materials).
- Starten Sie die Software DAQFActoryExpress.
- Klicken Sie auf ein Kreuz (+) auf die Protokollierung Icon im Fenster " Arbeitsplatz " zu markieren.
- Der Name der Protokollierung einen Rechtsklick und wählen Sie Set Anmeldung beginnen.
Hinweis: Die Software weiter protokollieren und Speichern von Daten. - Zum Stoppen der Aufnahme der Protokollierung SetName einen Rechtsklick und wählen Sie Ende Anmeldung gesetzt , um eine CSV-Datei zu speichern.
- Extrahieren Sie die vergehende Zeit des Fluges Mühle Arms oben die IR-LED mit einer geeigneten Software durch das Erkennen von Zeiten nur, wenn die aufgenommenen Spannung Schwelle (0,5 V) überschritten.
Hinweis: Da einige Software (z.B.MS Excel) eine erstellte CSV-Datei lesen kann, verwenden einer vertrauten Software je nach Zweck der Studie. Bei Bedarf laden Sie maßgeschneiderte Programme, die über Github, https://github.com/HidetoshiIkeno/FlightMill. Weitere Informationen über unsere Programme als auch die Anweisungen, um das Programm zu verwenden finden Sie in der README-Datei, die mit dem Hauptprogramm begleitet wird.
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Ergebnisse
In diesen Experimenten zeigten etwa 50 % der Käfer auf der Flug-Mühle angewendet eine oder mehrere Umdrehungen. Wenn das Kunststoffteil eine virtuelle Linie zwischen dem Sensor und der LED übergeben, die aufgezeichneten Spannung von ca. 0 V auf ca. 6,5 V geändert, und die Dauer von einem vorbeifahrenden war innerhalb von 10-20 ms, je nach Flug-Geschwindigkeit. Daher wird eine Spike-ähnliche Spannung ändern als eine Umdrehung (Abb. 7 b) beobachtet. Wir definie...
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Diskussion
Wir entwickelten eine kostengünstige, einfach zu bauenden und kompakte Flug Mühle für kleine Insekten wie z. B. p. Quercivorus (4-5 mm Körperlänge und 4-6 mg des Körpergewichts). Unsere Flug-Mühle umfasste nur gewöhnliche Gegenstände wie eine Nadel, eine IR-LED, einen Fotosensor, sofortige Kleber, etc., und keine anspruchsvolle, teure oder seltene Gegenstände wie zum Beispiel Computer-gesteuerte elektrische Geräte erforderlich. Dies ermöglicht die einfache und schnelle Sammlung von notwendigen Utensilie...
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Danksagungen
Wir danken Herrn S. Fukaya, Herr N. Okuda und Herr T. Ishino für die Hilfe bei den Experimenten. Diese Studie wurde unterstützt durch Grants-in-Aid für die wissenschaftliche Forschung der Japan Society for Promotion of Science (Nr. 15 K 14755).
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Nadel | Seirin | J Typ Nr. 5 x 40 mm | |
| Epoxidharzkleber | Konishi | #16113 | |
| Metallplatte | aus dem Baumarkt | ||
| Einweg-Kunststoffpipette | aus dem Baumarkt | ||
| Druckknopf | aus dem Bastellgeschäft | ||
| IR-Sensor | Hamamatsu Photonics | S7136 | |
| IR LED | OptoSupply | OSIR5113A | 150 mW |
| maßgeschneidertes Programm | zum Herunterladen von Github. URL: https://github.com/HidetoshiIkeno/FlightMill | ||
| Sekundenkleber | Toagosei | 31204 | |
| A/D-Wandler | LabJack Co. | U3-HV | |
| Datenerfassungssoftware | AzeoTech | DAQFactoryExpress | Download von der AzeoTech Webseite. |
Referenzen
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