Summary
フライト ミルは、年齢、性別、交配状態、温度、またはその他のさまざまな要因が昆虫の飛行行動にどのような影響を与える可能性があるかを比較するための重要なツールです。ここでは、異なる治療の下で西洋のトウモロコシの根虫の飛行傾向と性能を測定するプロトコルについて説明します。
Abstract
西洋のトウモロコシの根虫、ディアブロティカ・ビルギフェラ(ル・コンテ)(コレオプテラ:クリソメリダ科)は、米国北部のトウモロコシの経済的に重要な害虫です。一部の集団は、細菌細菌細菌チューリンゲンシス(Bt)に由来する殺虫性毒素を産生するトランスジェニックトウモロコシを含む経営戦略に対する耐性を開発している。西洋のトウモロコシの根虫分散の知識は、抵抗進化、拡散、および緩和のモデルにとって非常に重要です。昆虫の飛行行動、特に長距離では、観察し、特徴付けすることは本質的に困難です。飛行工場は、現場研究では得られない実験室での飛行の発達的および生理学的影響および結果を直接テストする手段を提供する。本研究では、飛行工場を使用して、飛行活動のタイミング、フライトの総数、および22時間の試験期間中に女性の根虫が撮影した飛行の距離、持続時間、速度を測定しました。16の飛行工場は、プログラム可能な照明、温度、湿度制御を備えた環境室に収容されました。説明されているフライトミルは典型的な設計で、フライトアームは中央ピボットを中心に自由に回転できます。回転は、飛行アームの一方の端につながれた昆虫の飛行によって引き起こされ、各回転はタイムスタンプ付きのセンサーによって記録されます。生データはソフトウェアによってコンパイルされ、その後処理され、目的のフライトパラメータの要約統計量が提供されます。フライトミル研究のための最も困難なタスクは、接着剤で昆虫にテザーのアタッチであり、使用される方法は、各種に合わせて調整する必要があります。アタッチメントは、飛行中に自然な翼の動きを妨げながら、硬い方向に昆虫を保持し、移動中の剥離を防ぐのに十分な強さでなければなりません。添付プロセスには器用さ、繊細さ、スピードが必要で、価値の根虫のプロセスのビデオ映像が必要です。
Introduction
ウエスタントウモロコシの根虫であるディアブロティカ・ビルギフェラ・ルコンテ(コレオプテラ:クリソメリダエ科)は、19091年に栽培されたトウモロコシの害虫として同定された。今日、それは米国のトウモロコシベルトのトウモロコシの最も重要な害虫(ゼアメイズL.)であり、トウモロコシの根に幼虫が餌を与え、この害虫に関連する収量損失のほとんどを引き起こしています。トウモロコシの根虫による管理とトウモロコシの生産損失の年間コストは10億ドルを超えると推定されています。西洋のトウモロコシの根虫は非常に適応性が高く、集団は殺虫剤、作物の回転、トランスジェニックBtトウモロコシ3を含む複数の管理戦略に対する耐性を進化させてきた。抵抗の局所的な発達を緩和するためにどの戦術を適用する必要があるのかを決定する空間的寸法、または抵抗ホットスポットは、分散4のより良い理解に依存します。耐性の成人は緩和領域5を超えて分散するため、抵抗ホットスポット周辺の空間スケールの小さすぎると緩和策は成功しません。ウエスタントウモロコシの根虫の飛行行動を理解することは、この害虫に対する効果的な抵抗管理計画を作成するために重要です。
飛行による分散は、成人西部のトウモロコシの根虫の生命史と生態学6において重要な役割を果たし、この害虫の飛行行動を実験室で研究することができる。実験室での飛行行動を測定するためにいくつかの方法が使用され得る。垂直面での飛行を制限するアクテグラフは、昆虫が飛行に従事している時間を測定できます。アクトグラフは、異なる年齢、体の大きさ、温度、殺虫剤の感受性、および殺虫剤暴露7、8で西部のトウモロコシの根虫の雄と女性の飛行時間と周期パターンを比較するために使用されています。 9.追跡室および指向気流からなる飛行トンネルは、候補フェロモン成分10または植物揮発性物質11などの臭気プルームに続く場合の昆虫飛行行動を調べるのに特に有用である。フライトミルは、おそらく昆虫飛行行動の実験室研究のための最も一般的な方法であり、飛行傾向と性能のいくつかの側面を特徴付けることができます。実験室の飛行ミルは、短く持続的な飛行を行う傾向を特徴付けるために西部トウモロコシの根虫の研究に採用されているだけでなく、持続的な飛行12、13のホルモン制御。
フライトミルは、周期性、速度、距離、持続時間などの様々な飛行パラメータを測定できるようにすることで、実験室の条件下で昆虫飛行の挙動を研究する比較的簡単な方法を提供します。今日使用されている飛行工場の多くは、ケネディらのラウンドアバウト交差点とクローグとワイス・フォグ15に由来しています。フライトミルは形状や大きさが異なる場合がありますが、基本原理は変わりません。昆虫は、垂直シャフトの周りに、最小限の摩擦で、回転する自由である放射状の水平アームにつながれ、取り付けられています。昆虫が前方に飛ぶと、その経路は水平面での旋回に制限され、回転あたりの距離は腕の長さによって指示されます。センサーは、通常、昆虫の飛行活動によって引き起こされる腕の各回転を検出するために使用されます。生データには、単位時間ごとの回転、および飛行が発生した時刻が含まれます。データは記録のためにコンピュータに供給されます。複数のフライトミルからのデータは、多くの場合、16と32のフライトミルの銀行が一般的で、本質的に同時に、並行して記録されます。生データはさらにカスタムソフトウェアによって処理され、飛行速度、個別のフライトの合計数、飛行距離と所要時間などの変数の値を提供します。
すべての昆虫種は、昆虫のテザー、柔らかさ、柔軟性を取り付けるためのターゲット領域の全体的なサイズ、サイズ、形状などの形態学的変数のためにテザリングのための最良の方法になると異なります, 必要性と方法麻酔、誤配置またはオーバーフロー接着剤で翼や頭部を汚す可能性、および多くの、より多くの詳細。プラタピッドバグ16とアンブロシアカブトムシ17の可視化されたテザリングの場合、テザーアタッチメントの各ターゲット領域は比較的大きく、頭部と翼が多少あるので不正確な接着剤配置を許す添付ファイル サイトから適切に分離されています。これは、任意の種のために要求されているこれらの昆虫をテザリングの難しさを軽視するものではありません。しかし、西洋のトウモロコシの根虫は、テザーに特に挑戦的な昆虫です:プロノタムは狭く、短く、エ典の開口部への干渉を防ぐために必要な接着剤(この場合は歯科ワックス)の非常に正確なアタッチメントを作ります飛行のために、目やアンテナとの接触が行動に影響を与える可能性がある頭部。同時に、この強いチラシによる剥離を避けるために、テザーをしっかりと取り付ける必要があります。この論文では、根虫成人のテザリングのデモンストレーションが最も重要な製品である。これは、ここで視覚化された方法が有用なオプションである可能性があり、このまたは類似の昆虫で作業する他の人に役立つはずです。
本論文では、異なる幼虫密度で飼育された西洋のトウモロコシの根虫成人の飛行活動を効果的につなぎ、特徴づけるために用いられる方法について述べる。本研究で使用したフライトミルおよびソフトウェア(図1)は、Jones et al.18テザリング技術によってインターネット上に投稿されたデザインから導き出され、Stebbing et al.9の説明から16のフライトミルの配列を変更した。照明、湿度、温度を制御するように設計された環境室に収納されています(図2)。このまたは同様のセットアップを次の技術と一緒に使用すると、年齢、性別、温度、光周期、および他の多くを含む西洋のトウモロコシの根虫の飛行傾向と性能に影響を与える可能性のあるテスト要因を可能にします。
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Protocol
1. 飛行試験のためのリアウエスタントウモロコシの根虫
注:成人の年齢を管理または知る必要がある場合は、まず現場で成人を集め、その後、テストのために子孫を成人まで飼育する必要があります。カブトムシの年齢や標準化された飼育環境が問題でない場合は、フィールド収集成人を直接テストすることが可能であり、プロトコルはステップ2から始めることができます。
- 十分な数の大人を飼育するために十分な卵が得られるように、関心のあるトウモロコシ畑から少なくとも500人の西洋のトウモロコシの根虫の成人を収集します。手動吸引器を使用して、フィールドから大人を収集します。
注:両方の男女の収集を確保するために、米国のトウモロコシベルトで7月下旬頃にピークの豊富な間に大人を収集することをお勧めします。ほとんどの成人は早く収集すれば男性ですが、後で収集すればほとんどの成人は女性になります。 - 採取した男性と女性の成人を、刻んだトウモロコシの耳、トウモロコシの葉組織、1.5%の寒天固体、および卵子沈着基質を含むメッシュケージに入れる。18 x 18 x 18 cm ケージ (メッシュ サイズ 44 x 32, 650 μm 絞り) は、一度に最大 500 人の大人を収容できます。
- R3で摘み取られるトウモロコシの耳の供給源として畑で栽培されたトウモロコシ、またはカーネル開発19のミルク段階を使用する。R3カーネルは外側が黄色で、内液はデンプンが蓄積するため乳白色です。トウモロコシの耳は凍結し、必要になるまで1年まで保存することができます。根虫に餌を与えるには、殻を取り除き、トウモロコシを約3cmの厚さの水平断面に切り刻みます。みじん切りトウモロコシは大人のための主要な食事であり、週に2回変更する必要があります。
- 温室で栽培されたトウモロコシの植物から葉を得る。葉組織の量は、ケージ内の成人の数によって異なります。彼らは病気を引き起ぐ可能性があるため、フィールド植物の使用は避けてください。
- 固体寒天を作るために、寒天粉末の15gを1LのDI水と混ぜます。沸騰するまで加熱します。熱いうちにペトリ料理(100mm×15mm)に液体を注ぎます。一度冷やしたペトリ皿に蓋をして冷蔵庫(6°C)に入れます。寒天は大人に水分源を提供し、週に2回交換する必要があります。
- 卵位基板を調製するには、40gのふるい分の地(<180μm)をペトリ皿に入れます。脱イオン水で土壌を湿らせなさい。ペトリ皿の底の土が濡れているように見えるようにします。針ツールで湿った土壌の上部をスコア。卵子沈着基質を毎週取り外し、25°Cと60%RHのインキュベーターに少なくとも1ヶ月間置きます。
- 卵を1ヶ月間インキュベートした後、すべての土壌が除去されるまで250μmのふるいを通して卵子化基質の内容物を洗浄する。10 mLの等級シリンダーに洗浄卵を入れて卵を定量化します。1mLあたり約10,000個の卵があります。
- 定量した卵を44mLの容器に入れ、ふるい分けされた畑の土壌(<180μm)で覆います。西洋のトウモロコシの根虫の卵は、冬20を通して義務的なジアパウスを受ける.ジアパウスを壊すために、卵を少なくとも6ヶ月間冷蔵(6°C)に入れます。
注:卵は5ヶ月以上冷蔵保存することができますが、卵の生存率は時間とともに減少します。12ヶ月後、ハッチングはほとんどないかもしれません。 - 5ヶ月以上後、冷蔵保存から卵を取り出し、25°Cと60%RHのインキュベーターに入れます。新生児は、コールドストレージから除去した後、早くも16日で孵化する。
- 卵が孵化したら、根が露出した44 mLプラスチック容器の底に3つの発芽カーネルを置きます(すなわち、土壌で覆われていない)。柔らかい毛ブラシを使用して、根の表面に12の新生児を転送します。
- 4.5 mL の DI 水をふるい分の土壌(<600 μm)に加えます。新生児がはびこっている発芽したカーネルの上に湿らせた土壌を置き、幼虫が逃げるのを防ぐためにメッシュ生地で容器を覆います。
- 44 mLプラスチック容器が新生児で設置された同じ日に、発芽していないトウモロコシのカーネルを含む473 mLの容器を準備します。根虫の幼虫は後でこの大きな容器に移されます。カーネルの数によって、プラントあたりの目的の幼虫密度が決まります。50%のふるい原土壌(<600μm)と50%のポッティング土壌からなる120gの土壌混合物を20mlの脱イオン水で湿らせたものに加えます。
- 7日後、44mL容器の全内容物を473-mL容器に移す。幼虫は移送時に第2の星になります。
注:より大きな容器へのこの移動は、幼虫に子犬を介して供給するのに十分な根塊を供給するために必要です。 - 卵の孵化後26日頃に成人の出現を観察する。大人は出現時に活発なチラシであり、手でそれらを収集しようとすると、473-mLコンテナを脱出することができます。代わりに、アスピレーターで真空を使用して大人を収集します。
- 比較テストに必要な場合は、性別や日付で成人を分離します。西洋のトウモロコシの根虫の性別は、前胸部バシターシ21の形態を観察することによって決定することができる。男性は広い正方形の前胸部バシターシを持っていますが、女性のそれらは狭く、円錐形です。
- カブトムシを45mLの透明ポリスチレンプラスチックバイアルに入れ、6個の小さな(直径約1mm)の穴をあけた蓋で覆います。
- カブトムシを麻酔する。CO2タンクレギュレータに取り付けられたチューブの端を蓋の穴の上に置き、大人がバイアルの壁にグリップを失うまで、CO2の穏やかな流れが約10〜15sのチューブに入るようにします。
注:麻酔された昆虫は約1分間固定されたままになります。 - 麻酔をしたカブトムシ、腹部を上にして、逆プラスチックのペトリ皿の底に置きます。カブトムシの上にペトリ皿の逆蓋を慎重に置きます。カブトムシのタルシが蓋に押し付けられていることを確認し、解剖顕微鏡下で前胸部バシタルシを容易に観察できるようにします。
- 実験でカブトムシを飛行前に交尾させる必要がある場合は、生後5日以上のオスを使って新たに出現した雌と交尾する。
注:高齢の男性の使用は、彼らが処女女性への導入時に性的に成熟していることを保証します。女性は成人の出現時に性的に成熟し、男性は性的成熟度22、23に達するために出現後の発達の5〜7日間を必要とする。
2. 飛行試験の前にフライトミルソフトウェアプログラムを開始する
注:フライトミルプログラムファイル(商用ソフトウェアプラットフォームで実行される.viファイル拡張子、材料表を参照)とその使用の詳細は、リンク(「データ分析ルーチン」および「円形フライトミルの指示」)を介してダウンロードするために提供されています。それぞれ)Jones et al.18ウェブサイトの「フライトミル配線とソフトウェア」セクションに記載されています。プログラムがソフトウェアプラットフォームの新しいバージョンまたは将来のバージョンで機能しなくなった場合、またはユーザーが新しい機能を追加したい場合は、Jones et al. 18が提供するルーチンを必要に応じてユーザーが変更することができます。
- フライトミルソフトウェアプログラムを開きます(図3)。
- [初期化]タブに情報を入力します。
- 飛行試験の所要時間を[開始時刻]と[終了時間]に設定します。
注:すべての大人は、開始時間の30分前までにフライトミルにつながれ、取り付ける必要があります。経験豊富な人がテザーに30分から45分かかり、飛行試験のために16カブトムシを準備する場合があります(セクション3を参照)。 - [最小しきい値 (最小)]を 0 に設定します。これにより、フライトアームの通過の検出が記録され、Jones et al. 18が推奨するデフォルトです。
- [最大しきい値 (最小)]を 1 に設定します。ここでは、1分を用いった。この値は、フライトアームのセンサー検出の間に1分経過して、フライトの終了を「呼び出す」必要があることを意味します。
- ファイルの名前を入力します。
- 生データ ログ間隔 (分)を 1 に設定します。この値は、生データが出力レポート用にコンパイルされる間隔を制御します。ここでは、1分に設定します。したがって、たとえば、回転の出力は 1 分あたりに記録されます。
注:センサーアクティビティの電子スキャンの間の実際の時間間隔は非常に短いですが、1分間隔は、スプレッドシート出力の行数を合理的な数に制限しながら、ほとんどの研究目的のために十分なスケールでロギングを可能にします目で調べるための。
- 飛行試験の所要時間を[開始時刻]と[終了時間]に設定します。
- [件名情報]タブで、ID、食事、性別、種、およびコメントのラベルが必要な列に入力します。
- 画面表示の左側にあるSTARTボタンをクリックします。現在の時刻が開始時刻と一致すると、プログラムは生データの収集を開始します。
3. テザーウエスタントウモロコシの根虫を飛行工場へ
- 40 mm の長さ 28 ゲージの鋼線を中心に 90° 曲げてください。
メモ:ワイヤーは、銅や真鍮などの別の金属であってもよいです。 - ピンヘッドより少し大きい少量の歯科ワックスを取り、ボールが形成されるまで指先の間で転がします。ワックスが昆虫に付着するのを防ぐ可能性があるため、破片、汚れ、油がワックスに組み込まれるのを防ぐために、指が清潔であることを確認してください。
- 曲がったワイヤーを40mmの片端をワックスのボールの中央に押し込みます。
- 上記のようにCO2で試験成人を麻酔する(1.11.1および1.11.2を参照)。
- 麻酔をした成人を平らな面に置き、その後ろ側を上に置きます。カブトムシが表面に完全に平らにない場合は、脚の位置を変更します。カブトムシは、ワイヤーの正しい位置を確保するために、表面上にできるだけ平らにすることが重要です。
- 簡単に(< 1 s)ブタンライターでワイヤー上の歯科ワックスを加熱します。ワックスがあまりにも長く加熱されると、溶けたワックスはワイヤーから落ちてしまいます。ワックスがワイヤーから落ちた場合は、昆虫のキューティクルに効果的に付着しないので、使用しないでください。
- 慎重にプロノミタムの後部表面に溶けた歯科ワックスで鋼線の端を置き、ワイヤーの他の端(すなわち、歯科ワックスのない端)を腹部の中間線に沿って向けます。あるいは、必要に応じて、歯科ワックスを用いないワイヤーの端を頭部に向けます。その場合、フライングカブトムシは、それを引っ張る代わりに飛行アームを押します。溶けたワックスは、飛行を妨げたり妨げたりする可能性があるため、溶けたワックスがエリトラやその縫合糸に乗らないようにしてください。
- ワイヤーの自由な端をフライトミルアームの中空金属管の開口部に入れます。ワイヤーが摩擦によって所定の場所に保持するのに十分にしっかりと収まることを確認します。つながれたカブトムシは、時計回りまたは反時計回りに飛ぶように配置することができます。
- カブトムシを取り付けた直後に、より大きな組織から小片(〜1cmのダイヤ)のティッシュペーパーを引き裂きます。ターサル接触のための飛行ミルからぶら下がっているテザーカブトムシにティッシュピースを提供します。ほとんどのカブトムシは、組織をつかみ、彼らが最初の飛行活動の開始時にそれを解放するまで、重力に対してそれを保持します。これにより、最初のエスケープや着陸飛行の動作が大幅に減少します。
注:飛行試験室での人間の存在は、飛行工場から大人を取り付け、取り外すことを制限する必要があります。通常、試験期間は、添付ファイルから少なくとも30分が経過するまでは開始されず(2.2.1の下の注を参照)、人間はこの時間帯または試験期間中に飛行室に存在してはならない。 - 飛行ミルテストの完了後、すべての飛行試験済みの成人を取り外します。テザーをプロトナムに接続するワックスビーズを取り外し、ワイヤーをプロトナムからそっと剥がして取り外します。ワックスはキューティクルを損傷することなく簡単に分離し、必要に応じて昆虫をさらなる実験に利用できるようにします。
4. フライトミルプログラムから収集したデータを保存します。
- プログラムは、MANUALまたはAUTOに設定できます。プログラムが手動に設定されている場合、ユーザーはSTOPボタンをクリックしてプログラムを終了する必要があります。プログラムがAUTOに設定されている場合、現在の時刻が終了時刻と一致すると、プログラムは生データの収集を停止します。
- 飛行試験期間が終了したら、[EXIT]をクリックします。
- TDMS ファイルが、プログラムの初期設定時に入力されたファイル名で保管されていることを確認します (ステップ 2.2)。
- TDMS ファイルをクリックし、ドキュメントをスプレッドシート (.xlsx) として保存します。
5. 保存したスプレッドシート(.xlsx)からフライトパラメータを取得する
注: スプレッドシートは、フライトミルソフトウェアからの生データ出力を操作するようにカスタム設計することができます。ここでは、ソフトウェアプログラムはJones et al. 18で説明したものと同じでしたが、試験期間中に個々の昆虫による最長の途切れのない飛行を認識し、要約するためのルーチンが追加されました。
- フライトアクティビティに従事した各個人について、スプレッドシートには、フライト番号、総回転数、開始時刻、終了時間、および飛行時間(分単位)の情報が含まれます。
- テスト期間中に飛行した合計距離を計算するには、「総改訂」というラベルの付いた列を合計し、1 回転あたりの飛行距離を掛けます。1回転あたりの距離は、中央ピボットから付属の昆虫までの飛行アームの長さによって異なります。たとえば、この距離が 15.9 cm の場合、各回転は飛行距離 1 メートルに相当します。回転数の合計は[テスト統計]タブでも見つけることができます。
- テスト期間中に飛行した合計期間を計算するには、「飛行期間 (分)」というラベルの付いた列を合計します。
- 中断のない最長フライトの距離と所要時間を確認するには、[テスト統計] タブに移動し、[最長フライト #] というラベルの列の下を確認します。
- 飛行速度は、飛行時間で飛行距離を割ることによって計算することができます。昆虫の場合、速度は一般的に m/s または km/h で表されます。
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Representative Results
図 4は、飛行試験後に予想される出力の代表的な例を示しています。飛行データは、アイオワ州立大学昆虫学科で行われた実験的な作業から得られました。6日齢のメスのウエスタントウモロコシの根虫の成人を飛行ミルにつなぎ、14:10 L:D、60%RH、および25°Cに設定された制御された環境室に置かれました。カブトムシは、模擬夜明けの開始前に30分間連続して飛行工場に残され、その飛行活動を記録しました(図4)。夜明けと夕暮れは、30分間にわたる夜明け(または夕暮れ時)にフルオフからフルオンへの光強度の段階的な変化によってシミュレートされました。結果のスプレッドシートの最初のタブには、手順 2.3 で入力した情報を使用して、テストされた個々の成人が要約されます。後続のタブには、各個人のフライトデータが含まれます。最後の 2 つのタブには、「RAW DATA」と「テスト統計」というラベルが付いています。「RAW DATA」には、すべての個人の飛行活動時間が含まれます。「テスト統計」は、各カブトムシの最長の中断のない飛行と、最長の中断のない飛行時間(分単位)、テスト期間中の飛行に費やされた合計時間(分)、および間の回転数の合計を示します。テスト期間。各独立したフライトの開始と終了のタイムスタンプは、飛行周期性の分析を可能にします。
フライトミル#2 (図 4B)につながれたメスのカブトムシの場合、スプレッドシートには、フライト数、フライトあたりの総回転数、各フライトの開始時間と終了時刻、および各フライトの所要時間が表示されます。この女性はいくつかの独立したフライトに従事し、そのほとんどは非常に短かった。しかし、飛行中#5、女性は37.8分の途切れのない飛行の期間にわたって1,258メートル(この場合、1回転数に等しい)を移動しました。飛行ミル#1につながれたメスのカブトムシは、試験期間中に飛行に関与しなかったので、空白のスプレッドシートが表示されます。
一例として、女性のウエスタントウモロコシの根虫の2つのグループ間の飛行特性の簡単な比較から結果が提示されます。成人はアイオワ州の2カ所から商業トウモロコシ畑に集め、実験室で卵子を採取した。卵を採取し、36種苗あたり12匹の幼虫の新生児後密度(ステップ1.9)でプロトコルのステップ1に記載されているように子孫を飼育した。得られた成人女性を、ステップ2および3に記載されているようにつながれ、試験した。表 1に、手順 4 および 5 で説明されているように、フライト ミル ソフトウェアから取得した生データからのフライト パラメータの概要を示します。合計フライトパラメータは22時間試験期間中の個人のすべてのフライトの合計を指し、最長のフライトパラメータはテスト中の最長の中断のないフライトを指します。
図 1.テザー実験に使用される昆虫飛行工場。(A) 昆虫飛行工場全体及び(B)飛行ミルの作業部。(A)飛行ミルの作業部が円形に、(B)(1)1m皮下管飛行アーム、(2,3)ペレジフェライトリング磁石、(4)デジタルホール効果センサ、(5)センサをトリガするために用いられる小型ニッケルリング磁石、(6)反発磁石を分離する皮下細壁管(「中央ピン」)。.Jonesらの元のデザインからわずかに変更されたフライトミル18 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図 2.飛行ミル環境室のコンポーネント。(A)外装室の特徴には、(1)インテルスコントローラ、(2)コントロールパネル、(3)主電源切断などがあります。(B)室内の特徴は、(1)ユニットクーラー(天井パネルの後ろ)、(2)LEDモジュール、(3)棚ユニット、および(4)パン型加湿器を含みます。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図 3.フライトミルソフトウェアプログラムのインターフェース。(A) 「初期化」というラベルの付いた最初のタブには、開始時刻と終了時刻、およびファイル名を含む情報が必要です。(B) 「件名情報」というラベルの付いた 2 番目のタブでは、情報を入力する必要はありませんが、1 回の飛行テストで評価された複数の個人を区別するために使用されます。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図 4.6日齢の雌のウエスタントウモロコシの甲虫からの代表的な飛行データ。(A)出力の最初のタブは、特定の日にテストされた7人の個人飛行に関する情報をまとめたものです。(B) 22時間の試験期間中に複数の独立したフライトを行ったフライトミル#2(FM#2)の女性のフライトデータ。(C)フライトミル#1(FM#1)に配置された女性は、22時間の試験期間中に飛行に従事しなかった結果、空白のスプレッドシートが作成されました。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
| 場所 | |||
| エイムズ | ナシュア | ||
| サンプルサイズ1 | 23 | 31 | |
| 合計飛行距離 (m) | 387.83 ± 146.21 | 949.10 ± 267.73 | |
| 合計飛行時間 (分) | 14.34 ± 5.06 | 37.01 ± 10.51 | |
| 総飛行速度 (m/s) | 0.42 ± 0.04 | 0.44 ± 0.06 | |
| 最長距離(m) | 184.48 ± 81.82 | 590.13 ± 186.01 | |
| 最長飛行時間(分) | 6.27 ± 2.26 | 22.15 ± 7.67 | |
| 最長飛行速度(m/s) | 0.46 ± 0.04 | 0.44 ± 0.03 | |
| 1少なくとも1分間飛んだ | |||
表 1.アイオワ州の2つの場所から女性のウエスタンコーンルートワームの飛行ミルの平均(±SE)性能。最長飛行とは、試験期間中に各個人が行った最長の中断のない(連続的な)飛行を指します。
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Discussion
西洋のトウモロコシの根虫の飛行行動を特徴付することは、効果的な抵抗管理計画を考案する上で重要です。この害虫の飛行挙動は、アクテグラフ、飛行トンネル、飛行ミルなど様々な方法を用いて実験室で研究されている。このホワイト ペーパーで説明し、説明されているように、飛行ミルは、研究者がテスト期間全体にわたって個々のフライトの距離、持続時間、周期性、速度などの飛行パラメータを定量化できるように、昆虫が中断のない飛行を行えるようにします。
ほとんどの昆虫種に対しては、西洋のトウモロコシの根虫を用いた飛行ミル実験のためのプロトコルの中で最も挑戦的なステップは、適切に大人にテザーを適用することです(ステップ3)。これは、ワイヤーの取り付けのためのプロノータムで利用可能な表面積の少量だけでなく、キューティクル表面上の天然ワックスの豊量のために困難な作業であることができます。この作業は、昆虫がCO2麻酔から出てくるとき、かき混ぜ始める前にテザーを適用するために利用可能な限られた時間によってより困難になります。テザーが正しく並び、試験期間中にカブトムシのプロトナムに付着することが重要です。テザーがずれた場合、カブトムシは飛行ミルの間に飛行に従事するのが困難であり、実際に低い距離、持続時間、および速度を示す結果となる可能性があります。歯科ワックスがプロトナムに十分な強いワイヤーを付着しない場合、カブトムシは試験期間中に脱出することがある。したがって、清潔で安定した手、ワックスを働きに効く温度に温める良い感覚、カブトムシをテザリングしながら自信を持つことは重要です。
[最大しきい値] の値を設定できるように、独立したフライト イベントを構成する内容を決定する必要があります (手順 2.2.3)。個人は、ストップアンドゴーアクティビティに応じて、テスト期間中にフライト、1つのフライト、または数十回のフライトを行うだけでなく、割り当てられた最大しきい値にも応じて、フライトを行う場合があります。Jones et al.18によって報告されるデフォルト値は 5 s です。ウエスタントウモロコシの根虫のこの研究では、最大閾値は1分に設定された。最も適切な設定は、昆虫種と研究者の目標に基づく判断呼び出しです。トレードオフがあります。飛行を終了するが、運動量のために1つ以上の回転のために円を描き続ける昆虫は、値が1分に設定されている場合、それらの回転が誤って前の飛行の一部としてカウントされます。値が 5 s に設定されている場合、余分な飛行以外の回転の大部分はカウントされず、そのフライトのロギングは正しく終了します。一方、昆虫は、その方向、着陸、またはその他の理由で飛行を大幅に遅くし、その後、アクティブな飛行を停止することなく、より高速で飛行を再開することがあります。飛行ミルでのこのような行動は一般的であり、西洋のトウモロコシの根虫で観察されています。最大しきい値が 5 s に設定されている場合は、2 つの別々のフライトとしてログに記録されることが多くなりますが、しきい値が 1 分の場合は中断のないフライトとして正しく記録されます。しかし、1分の閾値の下で、真に飛行を停止し、1分以内に飛行を再開する昆虫の飛行は、停止していないと誤って記録されます。
最小飛行閾値(例えば、少なくとも1分間の少なくとも1回の飛行)は、取り扱い中に損傷を受けた可能性のある成人、または健康状態が悪かった成人のさらなる分析から除外するために使用され得る。このような偽ゼロ(または偽の非常に短いフライト)に対する保護のトレードオフは、真のゼロ(または真の非常に短いフライト)、すなわち、健康であったが、飛行する意欲を持っていなかった個人を除外する可能性です。研究者は、実験の目標に基づいてゼロ(または非常に短いフライト)を処理する方法と、結果を解釈する際に最も可能性の高いエラーのタイプを決定する必要があります。さらに、一般的な問題は、不活性な甲虫を支える飛行アームの位置が、昆虫の非飛行運動またはわずかな気流によって引き起こされる腕の小さな動きが、センサーの直下、または非常に近い場合に発生します。チャンバーは、誤って回転として記録される可能性があります。この方法論的アーティファクトが短い飛行時間の頻度を膨らませるのを防ぐために、分析から ≤1 分持続するすべてのフライトを除外することをお勧めします。この種のアーティファクト・リーディングは、それがより長い時間続くと、記録された「飛行」に対して無分無分障りな高速(例えば、>2 m/s)をもたらす可能性があります。検出された場合は、その個人の「フライト」データを削除する必要があります。
フライトミルの研究は、西部のトウモロコシの根虫の飛行行動に重要な洞察を提供しているが、任意の種と同様に、フィールド24で自然飛行へのテザー飛行に関連する合併症がある。飛行ミルの昆虫は吊り下げられ、その重量を垂直的にサポートします。したがって、自然飛行中に揚力を提供するために費やされたエネルギーは、飛行ミル25上のテザー昆虫によって投資され得る。一方、テザー昆虫は、ピボットでの摩擦を克服するためにフリーフライトよりも多くの推力を提供しなければならない、飛行アームの重量を加え、飛行アーム25、26からの空力ドラッグ。ウエスタントウモロコシの根虫の自然飛行はまた、飛行境界層27の上の高度で発生する場合があり、飛行中にカバーされる距離は、昆虫の無人飛行速度よりもはるかに大きい風速に強く影響を受ける可能性があります28.フライトミルは単方向飛行を課すので、飛行距離は飛行経路が蛇行する可能性のあるフィールドの総変位を過大評価する可能性があります。飛行ミルに昆虫を取り付けた後、小さな組織との歯の接触を提供する(ステップ3.9)は、最初の脱出飛行だけでなく、着陸の試みに関連する飛行活動を減らします。しかし、いったんカブトムシが実験中に組織を落とすと、着陸による飛行を終了できないという同じ問題が発生する。代替アクテグラフシステムは、テザー8、9またはアンテザー7ウエスタントウモロコシの根虫を用いた実験室飛行実験で使用されている。彼らは自発的なターサル接触を可能にすることによって飛行終了の問題を軽減するが、トレードオフは、飛行距離や速度を測定することができないです。これらの制限にもかかわらず、飛行ミルは、様々な発達、生物、および生物学的要因が昆虫の飛行に従事する傾向にどのように影響し、飛行行動自体がどのように影響を受けるかを調べるための比較ツールとして非常に有用です。マークキャプチャ実験29、トラップデータ30、遺伝子フロー31の推定値などによって提供される他の証拠と組み合わせると、飛行ミル実験から得られたユニークな洞察は、全体的な西洋のトウモロコシの根虫が現場に分散し、その人口レベルの結果を理解する。
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Disclosures
著者たちは何も開示する必要はない。
Acknowledgments
E.Y.Y.の大学院助手は、グラントNo.の下で、国立科学財団I/UCRC、節足動物管理技術センターによってサポートされました。IIP-1338775、および業界パートナー。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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
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