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Articolo metodologico

Misura la capacità di volo del Scarabeo dell'Ambrosia, Platypus Quercivorus (Murayama), utilizzando un basso costo, piccole e facilmente costruito volo Mill

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DOI:

10.3791/57468

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6 agosto 2018

 ,  ,  ,  , 
1School of Human Science and Environment, University of Hyogo, 2Laboratory of Forest Biology, Division of Forest and Biomaterials Science, Graduate School of Agriculture, Kyoto University, 3Hyogo Prefectural Technology Center for Agriculture, Forestry and Fisheries

In questo articolo

Sommario

Abbiamo sviluppato un mulino di basso costo e piccolo volo, costruito con elementi comunemente disponibili e facilmente utilizzati nella sperimentazione. Usando questo apparecchio, abbiamo misurato la capacità di volo di uno scarabeo di ambrosia, Platypus quercivorus.

Abstract

Lo scarabeo di ambrosia, Platypus quercivorus (Murayama), è il vettore di un agente patogeno fungoso che causa la mortalità di Fagaceae alberi (giapponese Ceratocystis fagacearum) massa. Di conseguenza, sapere la capacità di dispersione può contribuire a informare gli sforzi di rimozione dell'intrappolamento/albero per prevenire questa malattia in modo più efficace. In questo studio, abbiamo misurato la velocità di volo e la durata e calcola la distanza di volo dello scarabeo utilizzando un mulino di recente sviluppato di volo. Il mulino di volo è di basso costo, piccola e costruito utilizzando elementi comunemente disponibili. Sia il braccio fresa volo asse verticale comprendono un ago sottile. Un esemplare di Scarabeo è incollato a un suggerimento del braccio mediante colla istantanea. L'altra punta è spessa a causa di essere ricoperti di plastica, così esso facilita la rilevazione di rotazioni del braccio. La rivoluzione del braccio viene rilevata da un sensore di immagine montato su un LED a infrarossi ed è indicata da un cambiamento nella tensione di uscita quando il braccio viene passato sopra il LED. Il sensore fotoelettrico è collegato ad un personal computer e i dati di tensione di output vengono archiviati in una frequenza di campionamento di 1 kHz. Effettuando esperimenti utilizzando questo mulino di volo, abbiamo trovato che il p. quercivorus può volare almeno 27 km. Perché il nostro mulino di volo comprende elementi ordinari piccoli ed economici, molti laminatoi di volo possono essere preparati e utilizzati simultaneamente in uno spazio piccolo laboratorio. In questo modo gli sperimentatori di ottenere una quantità sufficiente di dati entro un breve periodo.

Introduzione

Animali migrano lungo Distanze in cerca di cibo e compagni. Migrazione di animali potrebbero a volte portare compagni indesiderabili. Lo scarabeo femmina ambrosia, Platypus quercivorus (Murayama), è un noto vettore dell'agente patogeno fungoso, Raffaelea quercivora Kubono et Shin-Ito. Questo agente patogeno causa di mortalità di Fagaceae alberi (giapponese Ceratocystis fagacearum) massa e un alto livello di mortalità1. Dal 1980, questa malattia si sta espandendo in tutto il Giappone ed è diventato un problema serio2.

P. quercivorus è un piccolo insetto (4-5 mm di lunghezza e 4-6 mg del peso corporeo), e l'espansione annua della malattia suggerisce che essi siano in grado di volare fino a parecchi km3,4. Il maschio quercivorus p. individua un albero ospite e rilascia un feromone di aggregazione che attrae sia i maschi che le femmine5. Di conseguenza, l'albero ospite massa viene attaccata dai conspecifici e alla fine muore. Il maschio di fori un tunnel all'interno dell'albero dopo l'atterraggio e una femmina di feromone-attratto entra nel tunnel e depone le uova. Il tratteggiato p. quercivours crescere nel tunnel fino a quando diventano adulti. Gli adulti emergono e disperdono per individuare nuovi host. Così, espansione della malattia possibilmente è relativo alla capacità migratorie di questo coleottero. Tuttavia, nella misura in cui volare lo scarabeo è ancora poco chiara. Inoltre, le femmine sono più grandi di maschi6 (femminile: 4,6 mm e uomo: 4,5 mm) e coleotteri maschi Cerca per un albero di destinazione, entrare nel tunnel all'interno dell'albero e quindi attirare la femmina. Considerando queste differenze sessuali nella dimensione corporea e ruolo del volo nella loro vita, possono esistere differenze sessuali nella capacità di volo, ma la differenza nella capacità rimane poco chiara.

In generale, è estremamente difficile da misurare capacità migratorie nel campo, soprattutto di volo capacità, grazie all'ampia gamma della zona migratoria. Capacità migratoria è stato misurato nei laboratori in condizioni legate, come un sistema di mulino di volo, per oltre 60 anni7,8,9,10,11,12 , 13. sistemi di mulino di volo hanno dimostrato che alcuni insetti hanno la capacità per volo di distanza. Ad esempio, la distanza di volo più lunga dello scarabeo di pino di montagna in un mulino di volo era oltre 24 km14, e Tetrastichus planipennisi Yang ha volato al massimo oltre 7 km15. Anche se il mulino di volo è uno strumento comunemente disponibile, saggi biologici con un animale vivente provocare spesso notevolmente ampie differenze individuali. Per ovviare a questo, molte misurazioni, ripetute più volte, sono tenuti ad ottenere stime affidabili della capacità di dispersione media. Di conseguenza, gli individui più devono essere utilizzati allo stesso tempo per la raccolta rapida di una quantità sufficiente di dati. Tuttavia, esperimenti simultanei richiedono uno spazio più grande, più configurazioni sperimentali e sono più costosi rispetto ad un unico sistema di misurazione. Pertanto, il mulino di volo deve essere a basso costo, dovrebbe essere facilmente costruito con elementi comunemente disponibili e dimensioni compatte. Inoltre, la procedura sperimentale non dovrebbe essere complicato o hanno bisogno di un operatore abile.

In questo studio, abbiamo assemblato un mulino piccolo, basso costo volo (Figura 1 e Figura 2) che potrebbe essere facilmente utilizzato nella sperimentazione e misurata la capacità di volo del Scarabeo dell'ambrosia, p. quercivorus.

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Protocollo

1. costruzione di un mulino di volo

  1. Costruzione di un'apparecchiatura di mulino di volo
    1. Tagliare la parte in plastica da un ago (parte di metallo: 40 mm di lunghezza e diametro di 0,25 mm; parte in plastica: 22 mm di lunghezza e 2 mm di diametro) con tronchesi (Figura 3).
    2. Difficoltà questo ago con un ago non trattato in forma di una croce con colla di resina epossidica (Figura 3), riferendosi a loro come un braccio fresa di volo e un ago assiale.
      Nota: Per un ago assiale, lato non trattato dovrebbe essere un lato inferiore. La punta scoperta del braccio mulino volo è per l'incollaggio di un coleottero ( Figura 3eFigura 1B ).
  2. Costruzione della base
    1. Fare una fossetta sulla superficie di una sottile piastra metallica inossidabile (5cm x 5cm) di martellare un chiodo per impedire che l'ago assiale scorrevoli orizzontalmente (Figura 4).
      Nota: Le dimensioni effettive della piastra metallica non sono critiche, e un altro materiale è possibile, ma evitare l'uso di qualsiasi materiale morbido; in caso contrario, l'ago sarà bloccato, impedendo che il mulino girevole.
    2. Posizionare e fissare la piastra di metallo su legno bordo (base in legno) con nastro adesivo.
    3. Piegare una piastra in acciaio per renderlo doppio a forma di L (Figura 1 e Figura 2A).
      Nota: Era conveniente usare una piastra metallica a forma di L per mobili di fissaggio sulla parete. Un altro punto conveniente a sostegno utilizzando questo tipo di piatto che era la piastra già molti buchi. Fori sono stati usati per, avvitature anche un pulsante di scatto (Figura 1A e Figura 4).
    4. Fare un cilindro di taglio della punta di una pipetta di plastica usa e getta (altezza = 1 cm, diametro (o.d.) esterno = 4 mm, diametro interno (i.d.) = 2 mm) per guidare un ago assiale (Figura 2A e Figura 4).
    5. Posizionare e fissare la doppia piastra a forma di L ed il cilindro sulla placca di metallo (Figura 2A e Figura 4).
  3. Costruzione dell'apparato di rilevamento
    1. Piegare una lastra di metallo per renderlo a forma di L per fare una piastra superiore.
      Nota: Era conveniente usare una piastra metallica a forma di L per il fissaggio di mobili a parete (figura 5B-C). In questo caso, è possibile ignorare questo passaggio.
    2. Mettere un piccolo tappo di metallo (5 mm di lunghezza e 1 mm di diametro) sulla piastra superiore (Figura 2D-E, nella figura 4e Figura 5A).
      Nota: Come un tappo, abbiamo usato un bottone a pressione. E ' passato attraverso un foro nella piastra a forma di L (Figura 4).
    3. Difficoltà un sensore di immagine sulla piastra a forma di L (Figura 4 e Figura 5A). Avvitato un substrato di circuito per il sensore sulla piastra a forma di L per risparmiare spazio (Figura 2D-Ee Figura 4).
    4. Un LED ad infrarossi per colla (150 mW) su un piccolo magnete con un substrato di circuito per il LED (Figura 1A e Figura 2A).
    5. Posizionare il LED (150 mW) sulla piastra di base sotto il sensore di immagine (Figura 1A e Figura 2A).
  4. Costruzione del titolare
    1. Piegare una lastra di metallo per renderlo a forma di L.
      Nota: Era conveniente usare una piastra metallica a forma di L per il fissaggio di mobili a parete (figura 5B-C). In questo caso, è possibile ignorare questo passaggio.
    2. Fissare la piastra su un di legno bordo (parete di legno) con viti (Figura 1, Figura 4e figura 5B). L'altezza del bordo di legno non è critica, che è stato di 7 cm in questo studio.
  5. Cavi di collegamento
    1. Collegare il sensore di immagine di un canale di ingresso analogico (AIN) di un convertitore A/D tramite normali cavi elettrici.
      Nota: È utile se tutti i cavi sono impacchettati e fissati sulla piastra a forma di L (figura 5B-D) perché un'area di lavoro disordinato spesso impedisce la manipolazione fine in tutto l'esperimento.
    2. Collegare il convertitore A/D ad un personal computer (PC) tramite un cavo USB.

2. procedura sperimentale

  1. Raccogliere tutto appena emerse adulti di p. quercivorus da un morto Quercus crispula Blume (Fagales: Fagaceae) albero al mattino (ore 7-9) del giorno in cui l'esperimento deve essere eseguito.
    Nota: Non utilizzare coleotteri raccolti nel corso della giornata precedente. Più di 100 coleotteri è venuto fuori ogni giorno e recente è emersi coleotteri sono stati controllati tutti i giorni. Vedere un riferimento16 per metodi dettagliati sulla raccolta di coleotteri.
  2. Metti uno scarabeo in ghiaccio per amputate. Evitare il contatto con lo scarabeo bagnato; in caso contrario, sarà difficile completare la procedura seguente. Eseguire tutte le procedure successive sul ghiaccio.
  3. Mettere una piccola quantità di un componente della colla istantanea (colla gelatinosa) sullo scarabeo pronoto con il braccio fresa e tenere il braccio di mulino a contatto con il pronoto.
    Nota: La colla gelatinosa si asciuga lentamente se questa colla è usata da solo. Tuttavia, questa colla funzioni rapidamente quando i due componenti sono mescolati (Tabella materiali). L'altro componente (colla liquida) sarà utilizzata nel passaggio successivo.
  4. Aggiungere una piccola quantità di altro componente della colla (colla liquida) utilizzando un ago sottile o un bastone. Garantire che le ali sono privi di colla (Figura 1B). La colla liquida viene utilizzata per facilitare il processo di indurimento della colla gelatinosa.
  5. Regolare l'ago a forma di croce del frantoio di volo (Figura 6) utilizzando un magnete per tenere la piastra a forma di L (piastra superiore) sull'altra piastra a forma di L. Basta far scorrere la piastra superiore quando si regola l'altezza della piastra superiore per l'ago. Inserire la punta superiore dell'ago assiale nel foro del pulsante snap sulla piastra superiore (Figura 5A) e inserire l'altra punta nella guida sulla piastra di base (Figura 6).
  6. Regolare la posizione di un LED IR sotto il sensore.

3. ottenere e analizzare i dati

  1. Registrare il segnale di uscita amplificata dal sensore foto e conservarlo nel PC attraverso il convertitore A/D utilizzando software commerciale con una frequenza di campionamento di 1.000 punti/s (figura 7A) (per il convertitore A/D e software, Tabella materiali).
  2. Avviare il software DAQFActoryExpress.
  3. Fare clic su una croce (+) segnare sull'icona di registrazione nella finestra area di lavoro .
  4. Il nome del set di registrazione fare clic destro e selezionare Inizia registrazione impostata.
    Nota: Il software continua registrazione e salvataggio dei dati.
  5. Per interrompere la registrazione, fare clic destro il nome del set di registrazione e selezionare Fine registrazione impostata per salvare un file con estensione CSV.
  6. Estrarre il tempo di passaggio del braccio di mulino di volo sopra il LED IR utilizzando un software appropriato rilevando volte solo quando la tensione registrata ha superato la soglia (0,5 V).
    Nota: Perché alcuni software (per esempio, MS Excel) può leggere un file. csv creato, utilizzare un software familiare a seconda della finalità dello studio. Se necessario, scaricare i programmi su misura disponibili tramite Github, https://github.com/HidetoshiIkeno/FlightMill. Per ulteriori informazioni sui nostri programmi, nonché le istruzioni per utilizzare il programma, vedere il file README che è accompagnato con il programma principale.

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Risultati

In questi esperimenti, circa il 50% dei coleotteri applicati al mulino di volo ha mostrato uno o più giri. Quando la parte plastica passato una linea virtuale tra il sensore e il LED, la tensione registrata ha cambiato da circa 0 V circa 6,5 V, e la durata di un passaggio era entro 10-20 ms, a seconda della velocità di volo. Di conseguenza, un cambiamento di tensione spike-come è osservato come una rivoluzione (figura 7B). Abbiamo definito il volo come quando...

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Discussione

Abbiamo sviluppato un basso costo, facile da costruire e mulino di volo compatto per piccoli insetti come p. quercivorus (4-5 mm di lunghezza e 4-6 mg del peso corporeo). Nostro mulino di volo comprende elementi solo ordinari come un ago, un IR LED, un sensore fotografico, colla istantanea, ecc.e non richiedono elementi sofisticati, costosi o rari quali i dispositivi elettrici controllati dal computer. Questo abilitato la raccolta facile e rapida di elementi necessari e sperimentali costi ridotti. Infat...

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Ringraziamenti

Ringraziamo il signor S. Fukaya, Mr. N. Okuda e Mr. T. Ishino per aiutare con gli esperimenti. Questo studio è stato supportato da localizzativi per la ricerca scientifica della Japan Society per la promozione della scienza (n. 15K 14755).

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
agoSeirinJ tipo n. 5 x 40 mm
adesivo in resina epossidicaKonishi#16113
piastrametallica da un negozio di bricolage
in plastica usa e gettada un negozio di bricolage
pulsantea pressione da un negozio di bricolage
sensore IRHamamatsu PhotonicsS7136
IR LEDOptoSupplyOSIR5113A150 mW
programmascaricabile da Github.
URL: colla
istantaneaToagosei31204
Convertitore A/DLabJack Co.U3-HV
DAQ softwareAzeoTechDAQFactoryExpressscarica dalla pagina Web AzeoTech.
pipetta su misura https://github.com/HidetoshiIkeno/FlightMill

Riferimenti

  1. Kubono, T., Ito, S. Raffaelea quercivora sp. nov. associated with mass mortality of Japanese oak, and the ambrosia beetle (Platypus quercivorus). Mycoscience. 43, 255-260 (2002).
  2. Kobayashi, M., Ueda, A. Wilt disease of Fagaceae trees caused by Platypus quercivorus (Murayama) (Coleoptera: Platypodidae) and the associated fungus: Aim is to clarify the damage factors. J Jpn For Soc. 87, in Japanese with English summary 435-450 (2005).
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  4. Ohashi, A. Distribution and spreading of damages caused by Japanese oak wilt in Gifu Prefecture, Japan (in Japanese). Bulletin of the Gifu Prefectural Research Institute for Forests. 37, 23-28 (2008).
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