Wij ontwikkeld van een low-cost en kleine vlucht molen, gebouwd met algemeen beschikbare items en gemakkelijk gebruikt in experimenten. Met behulp van dit apparaat, we het vermogen van de vlucht van een ambrosia kever, Platypus quercivorusgemeten.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Meten van het vermogen van de vlucht van de Ambrosia kever, Platypus Quercivorus (Murayama), met behulp van een Low-Cost, kleine en eenvoudig geconstrueerd vlucht molen
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
De kever van ambrosia, Platypus quercivorus (Murayama), is de vector van een schimmel pathogeen waardoor massale sterfte van Napjesdragersfamilie bomen (Japanse oak verwelken). Daarom, te weten de versnippering capaciteit kan helpen overlapping/Boom verwijdering inspanningen ter voorkoming van deze ziekten effectiever te informeren. In deze studie, we gemeten van de snelheid van de vlucht en de duur en de afstand van de vlucht van de kever met behulp van een nieuw ontwikkelde vlucht molen geschat. De molen van de vlucht is low-cost, klein en gebouwd met behulp van algemeen beschikbare items. Zowel de vlucht molen arm en de verticale as bestaat uit een dunne naald. Een monster beetle is vastgelijmd aan één uiteinde van de arm met behulp van instant lijm. Het andere uiteinde is dik als gevolg wordt bedekt met plastic, dus het vergemakkelijkt de opsporing van rotaties van de arm. De revolutie van de arm wordt gedetecteerd door de sensor van een foto gemonteerd op een infrarode LED, en wordt aangegeven door een verandering in de uitgangsspanning als de arm boven de LED doorgegeven. De foto-sensor is aangesloten op een personal computer en de spanning van de uitvoergegevens worden opgeslagen bij een sampling-frequentie van 1 kHz. Door het uitvoeren van experimenten met behulp van deze vlucht molen, vonden we dat P. quercivorus kunnen vliegen ten minste 27 km. Omdat onze vlucht molen bestaat uit goedkope en kleine gewone objecten, kunnen veel vlucht molens worden voorbereid en tegelijkertijd gebruikt in een klein laboratorium ruimte. Hierdoor kunnen de onderzoekers te verkrijgen van een voldoende hoeveelheid gegevens binnen een korte periode.
Inleiding
Dieren migreren lange afstanden op zoek naar voedsel en stuurlieden. Migreren dieren kunnen soms ongewenste metgezellen uitvoeren. De vrouwelijke ambrosia kever, Platypus quercivorus (Murayama), is een bekende vector van de schimmel pathogeen, Raffaelea quercivora Kubono et Shin-Ito. Deze ziekteverwekker veroorzaakt massale sterfte van Napjesdragersfamilie bomen (Japanse oak verwelken) en een hoog niveau van sterfte1. Sinds 1980, deze ziekte heeft uitgebreid in heel Japan en is uitgegroeid tot een ernstig probleem2.
P. quercivorus is een klein insect (4-5 mm in lengte en 4-6 mg in lichaamsgewicht), en jaarlijkse uitbreiding van de ziekte suggereert dat ze zijn in staat tot verschillende km3,4te vliegen. De mannelijke P. quercivorus zoekt een host-boom en een aggregatie feromoon dat zowel mannen als vrouwen5 trektreleases. Dientengevolge is de host-structuur massa wordt aangevallen door soortgenoten en uiteindelijk sterft. Het mannetje verveelt een tunnel binnen de boom na de landing en een vrouwtje feromoon-trok de tunnel binnenkomt en eieren. De gearceerde P. quercivours groeien in de tunnel totdat ze volwassenen. Volwassenen ontstaan en verspreiden om te zoeken nieuwe hosts. Uitbreiding van de ziekte is dus mogelijk gerelateerd aan het trekkende vermogen van deze kever. De mate waarin de kever kan vliegen is echter nog onduidelijk. Bovendien, de vrouwtjes zijn groter dan de mannetjes6 (vrouwelijke: 4.6 mm, en mannelijke: 4.5 mm) en mannelijke kevers zoeken naar een doel-boom, rijdt de tunnel in de boom en trekken dan het vrouwtje. Gezien deze seksuele verschillen in de lichaamsgrootte en de rol van vlucht in hun leven, seksuele verschillen kunnen bestaan in vlucht vermogen, maar het verschil in vermogen blijft onduidelijk.
In het algemeen, is het uiterst moeilijk te meten trekkende vermogen in het veld, met name vlucht vermogen, als gevolg van het brede scala van de trekkende gebied. Trekkende vermogen is gemeten in laboratoria vastgebonden omstandigheden, zoals een vlucht molen systeem, voor meer dan 60 jaar7,8,9,10,11,12 , 13. vlucht molen systemen hebben aangetoond dat sommige insecten de mogelijkheid voor de lange afstand vlucht hebben. Bijvoorbeeld, de langste afstand van de vlucht van de kever pine berg in de molen van een vlucht meer dan 24 km14was, en Tetrastichus planipennisi Yang vloog maximaal meer dan 7 km15. Hoewel de molen van de vlucht een algemeen beschikbare hulpmiddel is, biologische tests met een levend dier vaak leiden tot aanzienlijk grote individuele verschillen. Om te overwinnen dit, zijn veel metingen, meerdere malen herhaald vereist voor het verkrijgen van betrouwbare schattingen van gemiddelde versnippering capaciteit. Daarom moeten meerdere personen tegelijkertijd voor het snel verzamelen van een voldoende hoeveelheid gegevens worden gebruikt. Echter, gelijktijdige experimenten vereisen een grotere ruimte, meerdere experimentele opstellingen, en zijn duurder in vergelijking met een enkel systeem voor het meten. Vandaar, de molen van de vlucht moet lage kosten, moeten gemakkelijk gebouwd met algemeen beschikbare items en compact in grootte. Bovendien moet de experimentele procedure niet worden gecompliceerd of moet een bekwame operator.
In deze studie, wij een kleine, goedkope vlucht-molen (Figuur 1 en Figuur 2) die gemakkelijk kan worden gebruikt in experimenten, en de vlucht vermogen van de kever ambrosia, gemeten geassembleerd P. quercivorus.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. bouw van de molen van een vlucht
-
Bouw van een vlucht molen apparaat
- Afgesneden van het plastic deel van een naald (metalen deel: 40 mm in lengte en diameter van 0,25 mm; van plastic vaneengaan: 22 mm in lengte en diameter van 2 mm) met Kniptangen (Figuur 3).
- Deze naald met een onbehandelde naald in de vorm van een kruis met epoxy hars lijm (Figuur 3), hen door te verwijzen als een vlucht molen arm en een axiale naald vast te stellen.
Opmerking: Voor een axiale naald moet de onbehandelde kant een onderzijde. De ongedekte uiteinde van de arm van de molen vlucht is voor het lijmen van een kever (figuur 1B en Figuur 3).
-
Bouw van de basis
- Een klein kuiltje op het oppervlak van een dunne roestvrij metalen plaat (5 cm x 5 cm) maken door een nagel om te voorkomen dat de axiale naald glijden horizontaal (Figuur 4).
Opmerking: De werkelijke afmetingen van de metalen plaat zijn niet kritiek, en een ander materiaal is mogelijk, maar vermijd het gebruik van zachte materiaal; de naald zal anders worden geplakt, verhindert dat de molen draaien. - Plaats en bevestig de metalen plaat op het houten bord (houten base) met plakband.
- Buig een stalen plaat om er dubbele L-vormige (Figuur 1 c en figuur 2A).
Opmerking: Het was gemakkelijk te gebruiken is een L-vormige metalen plaat voor de vaststelling van meubelen aan de muur. Een ander handig punt ter ondersteuning van het gebruik van dit soort plaat was dat de plaat al veel gaten. Gaten werden gebruikt voor schroeven, en ook tot vaststelling van een onverwachte knoop (figuur 1A en Figuur 4). - Maken van een cilinder door het snijden van het puntje van een wegwerp plastic pipet (hoogte = 1 cm, buiten diameter (OD) = 4 mm, een inwendige diameter (i.d.) = 2 mm) voor de begeleiding van een axiale naald (figuur 2A en Figuur 4).
- Zetten en monteren van de dubbele L-vormige plaat en de cilinder op de metalen plaat (figuur 2A en Figuur 4).
- Een klein kuiltje op het oppervlak van een dunne roestvrij metalen plaat (5 cm x 5 cm) maken door een nagel om te voorkomen dat de axiale naald glijden horizontaal (Figuur 4).
-
Bouw van de sensing apparatuur
- Buig een metalen plaat zodat het L-vormige te maken een bovenplaat.
Opmerking: Het was gemakkelijk te gebruiken is een L-vormige metalen plaat voor de vaststelling van meubelen aan de muur (figuur 5B-C). Zo ja, kunt u deze stap overslaan. - Zet een kleine metalen dop (5 mm in lengte en diameter van 1 mm) op de bovenste plaat (figuur 2D-E, Figuur 4en figuur 5A).
Opmerking: Als een pet, gebruikten we een onverwachte knoop. Het heeft een gat in de L-vormige plaat (Figuur 4) gepasseerd. - Fix een foto-sensor op de L-vormige plaat (Figuur 4 en figuur 5A). Geschroefd een circuit substraat voor de sensor op de L-vormige plaat ruimtebesparend (figuur 2D-Een Figuur 4).
- Lijm een infrarode LED (150 mW) op een kleine magneet samen met een circuit substraat voor de LED (figuur 1A en figuur 2A).
- Plaats de LED (150 mW) op de bodemplaat onder de sensor van de foto (figuur 1A en figuur 2A).
- Buig een metalen plaat zodat het L-vormige te maken een bovenplaat.
-
Bouw van de houder
- Buig een metalen plaat zodat het L-vormige.
Opmerking: Het was gemakkelijk te gebruiken is een metalen plaat in L-vorm voor de vaststelling van meubelen aan de muur (figuur 5B-C). Zo ja, kunt u deze stap overslaan. - Bevestig de plaat op een houten bord (houten muur) met schroeven (Figuur 1 c, Figuur 4en figuur 5B). De hoogte van de houten plank is niet kritisch zijn, dat het was 7 cm in deze studie.
- Buig een metalen plaat zodat het L-vormige.
-
Kabels aansluiten
- De sensor van de foto met een analoge input kanaal (AIN) van een A/D converter via normale elektrische kabels aansluiten.
Opmerking: Het is handig als alle kabels zijn gebundeld en gefixeerd op de L-vormige plaat (figuur 5B-D), omdat een rommelige werkruimte vaak prima manipulatie gedurende het gehele experiment voorkomt. - Sluit de A/D converter aan op een personal computer (PC) via een USB-kabel.
- De sensor van de foto met een analoge input kanaal (AIN) van een A/D converter via normale elektrische kabels aansluiten.
2. experimentele Procedure
- Verzamel alle vers ontstaan P. quercivorus volwassenen vanaf een dode Quercus crispula Blume (Fagales: Napjesdragersfamilie) boom in de ochtend (7-9 am) van de dag waarop het experiment moet worden uitgevoerd.
Opmerking: Gebruik geen kevers verzameld in de vorige dag. Meer dan 100 kevers kwam elke dag en onlangs naar voren gekomen kevers werden dagelijks gecontroleerd. Zie een referentie16 voor gedetailleerde methoden op het verzamelen van kevers. - Zet een kever op ijs voor afstomping. Voorkomen dat je van de kever NAT; anders, het zal moeilijk zijn om de volgende procedure hebt voltooid. Alle daaropvolgende procedures uitvoeren op ijs.
- Plaats een kleine hoeveelheid van één onderdeel van de instant lijm (jellylike lijm) op van de kever pronotum met de molen-arm, en houd de arm van de molen in contact met het pronotum.
Opmerking: De jellylike lijm zal langzaam drogen als deze lijm is alleen gebruikt. Deze lijm functioneert echter snel wanneer twee componenten worden gemengd (Tabel van materialen). De andere component (vloeibare lijm) zal worden gebruikt in de volgende stap. - Voeg een kleine hoeveelheid de andere component van de lijm (vloeibare lijm) met behulp van een fijne naald of stick. Ervoor zorgen dat de vleugels vrij van lijm (figuur 1B zijn). De vloeibare lijm is gebruikt om te vergemakkelijken de verharding van de jellylike lijm.
- Pas de kruisvormig naald in de vlucht molen (Figuur 6) met behulp van een magneet om te houden van de L-vormige plaat (bovenplaat) op de andere L-vormige plaat. Schuif de bovenste plaat bij het aanpassen van de hoogte van de bovenste plaat van de naald. Plaats het bovenste puntje van de axiale naald in het gat van de onverwachte knoop op de bovenste plaat (figuur 5A) en plaats het andere uiteinde in de gids op de grondplaat (Figuur 6).
- Pas de positie van een IR-LED onder de sensor.
3. ophalen en analyseren van gegevens
- Opnemen van het versterkte uitgangssignaal van de foto-sensor en sla deze op de PC via de A/D converter door middel van commerciële software met een sampling rate van 1.000 punten/s (figuur 7A) (for A/D converter en software, Tabel of Materials).
- Start de software DAQFActoryExpress.
- Klik op een kruis (+) op het pictogram LOGGING in het venster van de werkruimte te markeren.
- Klik met de rechtermuisknop de naam van de logboekregistratie en selecteer Beginnen logboekregistratie instellen.
Opmerking: De software blijft loggen en opslaan van gegevens. - Als u wilt stoppen met opnemen, de naam van de logboekregistratie vlak tikken en uitgezocht Einde logboekregistratie instellen op te slaan van een CSV-bestand.
- Pak de passerende tijd van de vlucht molen arm boven de IR LED met behulp van een geschikte software door het detecteren van tijden alleen wanneer de opgenomen spanning de drempel (0,5 V) overschreden.
Opmerking: Omdat sommige software (bijvoorbeeldMS Excel) een aangemaakte CSV-bestand lezen kan, gebruik een vertrouwd software afhankelijk van doel van de studie. Download zo nodig de op maat gemaakte programma's beschikbaar via Github, https://github.com/HidetoshiIkeno/FlightMill. Zie voor meer informatie over onze programma's evenals instructies om het programma te gebruiken, het Leesmij-bestand die gepaard met het hoofdprogramma gaat.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
In deze experimenten, ongeveer 50% van de kevers die is toegepast op de vlucht molen bleek één of meer omwentelingen. Als het kunststof gedeelte voorbij een virtuele lijn tussen de sensor en de LED, de opgenomen spanning van over 0 V naar ongeveer 6,5 V, en de duur van een voorbijgaande was binnen 10-20 ms, afhankelijk van de snelheid van de vlucht. Daarom is een spike-achtige spanning verandering waargenomen als een revolutie (figuur 7B). We verstaan vlucht ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
We ontwikkelden een goedkope, gemakkelijk-aan-bouwstijl en compacte vlucht molen voor kleine insecten zoals P. quercivorus (4-5 mm in lengte en 4-6 mg in lichaamsgewicht). Onze vlucht molen bestaat alleen gewone items zoals een naald, een IR LED, een foto sensor, Noodstopbewaking lijm, etc., en geen verfijnde, dure of zeldzame voorwerpen zoals computergestuurde elektrische apparaten niet meer vereist. Dit ingeschakeld de gemakkelijke en snelle verzameling vereiste items en experimentele kosten verlaagd....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Wij danken Dhr S. Fukaya, Mr. N. Okuda, en Mr. T. Ishino voor het helpen met de experimenten. Deze studie werd ondersteund door de Grants-in-Aid voor wetenschappelijkonderzoek van de Society van Japan voor de promotie van wetenschap (nr. 15K 14755).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| naald | Seirin | J type No. 5 x 40 mm | |
| epoxyharslijm | Konishi | #16113 | |
| metalen plaat | uit een doe-het-zelfwinkel | ||
| wegwerp plastic pipette | uit een doe-het-zelfwinkel | ||
| kliksluiting | uit een ambachtswinkel | ||
| IR sensor | Hamamatsu Photonics | S7136 | |
| IR LED | OptoSupply | OSIR5113A | 150 mW |
| op maat gemaakt programma | downloadbaar van Github. URL: https://github.com/HidetoshiIkeno/FlightMill | ||
| instant lijm | Toagosei | 31204 | |
| A/D-converter | LabJack Co. | U3-HV | |
| DAQ-software | AzeoTech | DAQFactoryExpress | download van AzeoTech-webpagina. |
Referenties
- 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).
- 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).
- Nunokawa, K. Local distribution and spreading process of damages caused by Japanese oak wilt in Niigata Prefecture, Japan (in Japanese). Bulletin of Niigata Prefectural Forest Research Institute. 48, 21-32 (2007).
- 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).
- Tokoro, M., Kobayashi, M., Saito, S., Knuura, H., Nakashima, T., Shoda-Kgaya, E., Kashiwagi, T., Tebayashi, S., Kim, C., Mori, K. Novel aggregation pheromone, (1S,4R)-p-menth-2-en-1-ol, of the ambrosia beetle, Platypus quercivorus (Coleoptera: Phatypodidae). Bulletin of FFPRI. , 49-57 (2007).
- Nobuchi, A. Platypus quercivorus Murayama (Coleoptera, Platypodidae) attacks to living oak trees in Japan, and information of Platypodidae (I). Forest Pest. 42, 2-6 (1993).
- Clements, A. N. The sources of Energy for flight in mosquitoes. J Exp Biol. 32, 547-554 (1955).
- Armes, N. J., Cooter, R. J. Effects of age and mated status on flight potential of Helicoverpaarmigera (Lepidoptera: Noctuidae). Physiol Entomol. 16, 131-144 (1991).
- Stewart, S. D., Gaylor, M. J. Effects of age, sex, and reproductive status on flight by the tarnished plant bug (Heteroptera: Miridae). Environ Entomol. 23, 80-84 (1994).
- Sarvary, M. A., Bloem, K. A., Bloem, S., Carpenter, J. E., Hight, S. D., Dorn, S. Diel flight pattern and flight performance of Cactoblastis castorum (Lepidoptera: Pyralidae) Measured on a flight mill: influence of age, gender, mating status, and body size. J Econ Entomol. 101 (2), 314-324 (2008).
- Zhang, Y., Wyckhuys, K. A. G., Asplen, M. K., Heinpel, G. E., Wu, K. Effect of Binodoxys Communis parasitism on flight behavior of the soybean aphid, Aphis glycines. Biol Control. 62, 10-15 (2012).
- Sappington, T. W., Burks, C. S. Patterns of flight behavior and capacity of unmated navel orangeworm (Lepidoptera: Pyralidae) Adults related to age, gender, and wing size. Environ Entomol. 43, 696-705 (2014).
- Attisano, A., Murphy, J. T., Vickers, A., Moore, P. J. A simple flight mill for the study of tethered flight in insects. J. Vis. Exp. (106), e53377(2015).
- Evenden, M., Whitehouse, L., C, M., Sykes, J. Factors influencing flight capacity of the mountain pine beetle (Coleoptera: Curculionidae: Scolytinae). EnvironEntomol. 43, 187-196 (2014).
- Fahrner, S. J., Lelito, J. P., Blaedow, K., Heimpel, G. E., Aukema, B. H. Factors affecting the flight capacity of Tetrastichus planipennisi (Hymenoptera: Eulophidae), a classical biological control agent of Agrilus Planipennis (Coleoptera: Buprestidae). Environ Entomol. 43, 1603-1612 (2014).
- Pham, D. L., Ito, Y., Okada, R., Ikeno, H., Isagi, Y., Yamasaki, M. Phototactic behavior of the ambrosia beetle Phatypusquercirorus (Murayama) (Coleoptera: Platypodidae) before and after flight. J Insect Behav. 30, 318-330 (2017).
- Wanner, H., Gu, H., Dorn, S. Nutritional value of floral nectar sources for flight in the parasitoid wasp, Cotesia glomerata. Physiol Entomol. 31, 127-133 (2006).
- Rowley, W. A., Graham, C. L. The effect of age on the flight performance of female Aedes aegypti mosquitoes. J Insect Physiol. 14, 719-728 (1968).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
