Opracowaliśmy tani i mały młyn do lotów, zbudowany z powszechnie dostępnych przedmiotów i łatwo wykorzystany w eksperymentach. Za pomocą tej aparatury zmierzyliśmy zdolność lotną chrząszcza ambrozyjnego, Platypus quercivorus.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Pomiar zdolności lotnej chrząszcza Ambrozja, Platypus quercivorus (Murayama), przy użyciu taniego, małego i łatwego w budowie młyna
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Chrząszcz ambrozji, Platypus quercivorus (Murayama), jest wektorem patogenu grzybowego, który powoduje masową śmiertelność drzew Fagaceae (więdnięcie dębu japońskiego). Dlatego znajomość zdolności rozprzestrzeniania się może pomóc w informowaniu o działaniach związanych z odłowem/usuwaniem drzew, aby skuteczniej zapobiegać tej chorobie. W tym badaniu zmierzyliśmy prędkość i czas trwania lotu oraz oszacowaliśmy odległość lotu chrząszcza za pomocą nowo opracowanego młyna zgarniającego. Młyn zgarniający jest tani, mały i zbudowany z powszechnie dostępnych przedmiotów. Zarówno ramię młyna zgarniającego, jak i jego oś pionowa składają się z cienkiej igły. Okaz chrząszcza przykleja się do jednej końcówki ramienia za pomocą kleju błyskawicznego. Druga końcówka jest gruba, ponieważ jest pokryta tworzywem sztucznym, dzięki czemu ułatwia wykrywanie obrotów ramienia. Obrót ramienia jest wykrywany przez czujnik fotograficzny zamontowany na diodzie LED na podczerwień i jest sygnalizowany zmianą napięcia wyjściowego, gdy ramię przechodzi nad diodą LED. Czujnik fotograficzny jest podłączony do komputera osobistego, a dane o napięciu wyjściowym są przechowywane z częstotliwością próbkowania 1 kHz. Przeprowadzając eksperymenty z użyciem tego młyna, stwierdziliśmy, że P. quercivorus może przelecieć co najmniej 27 km. Ponieważ nasz młyn zgarniający składa się z tanich i małych zwykłych przedmiotów, wiele młynów zgarniających może być przygotowywanych i używanych jednocześnie na małej przestrzeni laboratoryjnej. Dzięki temu eksperymentatorzy mogą uzyskać wystarczającą ilość danych w krótkim czasie.
Wprowadzenie
Zwierzęta migrują na duże odległości w poszukiwaniu pożywienia i partnerów. Migrujące zwierzęta mogą czasami przewozić niepożądanych towarzyszy. Samica chrząszcza ambrozja, Platypus quercivorus (Murayama), jest znanym wektorem patogenu grzybowego, Raffaelea quercivora Kubono et Shin-Ito. Patogen ten powoduje masową śmiertelność drzew Fagaceae (więdnięcie dębu japońskiego) i wysoki poziom śmiertelności1. Od 1980 roku choroba ta rozprzestrzenia się w całej Japonii i stała się poważnym problemem2.
P. quercivorus to mały owad (4-5 mm długości ciała i 4-6 mg masy ciała), a roczna ekspansja choroby sugeruje, że są one zdolne do latania na odległość do kilku km3,4. Samiec P. quercivorus lokalizuje drzewo żywicielskie i uwalnia feromon agregacyjny, który przyciąga zarówno samce, jak i samice5. W związku z tym drzewo żywicielskie jest masowo atakowane przez współplemieńców i ostatecznie umiera. Samiec po wylądowaniu drąży tunel wewnątrz drzewa, a zwabiona feromonami samica wchodzi do tunelu i składa jaja. Wyklute P. quercivours rosną w tunelu, dopóki nie osiągną dorosłości. Dorosłe osobniki wyłaniają się i rozpraszają, aby zlokalizować nowych żywicieli. Tak więc ekspansja choroby jest prawdopodobnie związana ze zdolnością migracyjną tego chrząszcza. Jednak stopień, w jakim chrząszcz może latać, jest nadal niejasny. Ponadto samice są większe od samców6 (samica: 4,6 mm i samiec: 4,5 mm), a samce chrząszczy szukają docelowego drzewa, wchodzą do tunelu wewnątrz drzewa, a następnie przyciągają samicę. Biorąc pod uwagę te różnice płciowe w wielkości ciała i roli lotu w ich życiu, różnice płciowe mogą istnieć w zdolności do latania, ale różnica w zdolności pozostaje niejasna.
Ogólnie rzecz biorąc, niezwykle trudno jest zmierzyć zdolność migracyjną w terenie, zwłaszcza zdolność do lotu, ze względu na szeroki zasięg obszaru migracji. Od ponad 60 lat zdolność migracyjna jest mierzona w laboratoriach w warunkach na uwięzi, takich jak system młyna zlotowego7,8,9,10,11,12,13. Systemy młynów lotnych wykazały, że niektóre owady mają zdolność do lotów na duże odległości. Dla przykładu, najdłuższy dystans przelotu chrząszcza sosny górskiej w młynie wynosił ponad 24 km14, zaś Tetrastichus planipennisi Yang przeleciał maksymalnie ponad 7 km15. Chociaż młyn zlotowy jest powszechnie dostępnym narzędziem, testy biologiczne na żywym zwierzęciu często skutkują znacznie dużymi różnicami indywidualnymi. Aby temu zaradzić, konieczne jest wykonanie wielu pomiarów, wielokrotnie powtarzanych, w celu uzyskania wiarygodnych szacunków średniej zdolności dyspersyjnej. W związku z tym należy wykorzystywać wiele osób w tym samym czasie w celu szybkiego zebrania wystarczającej ilości danych. Jednak jednoczesne eksperymenty wymagają większej przestrzeni, wielu konfiguracji eksperymentalnych i są droższe w porównaniu z pojedynczym systemem pomiarowym. W związku z tym młyn zgarniający musi być tani, powinien być łatwy do zbudowania z powszechnie dostępnych elementów i kompaktowych rozmiarów. Ponadto procedura eksperymentalna nie powinna być skomplikowana ani wymagać wprawnego operatora.
W tym badaniu zbudowaliśmy mały, tani młyn (Rysunek 1 i Rysunek 2), który można łatwo wykorzystać w eksperymentach, i zmierzyliśmy zdolność lotu chrząszcza ambrozja, P. quercivorus.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Budowa młyna
- Budowa aparatu młyna zgarniającego
- Odetnij plastikową część od igły (część metalowa: 40 mm długości i 0,25 mm średnicy; część plastikowa: 22 mm długości i 2 mm średnicy) za pomocą szczypiec (Rysunek 3).
- Zamocuj tę igłę za pomocą nieobrobionej igły w kształcie krzyża z klejem z żywicy epoksydowej (Rysunek 3), odnosząc je jako ramię młyna zgarniającego i igłę osiową.
UWAGA: W przypadku igły osiowej strona nieleczona powinna być stroną dolną. Odkryta końcówka ramienia młyna służy do sklejania chrząszcza (Rysunek 1B i Rysunek 3).
- Budowa podstawy
- Wykonaj małe wgłębienie na powierzchni cienkiej płytki ze stali nierdzewnej (5 cm x 5 cm), wbijając gwóźdź, aby zapobiec poziomemu przesuwaniu się igły osiowej (Rysunek 4).
UWAGA: Rzeczywiste wymiary metalowej płyty nie są krytyczne i możliwy jest inny materiał, ale unikaj używania miękkiego materiału; W przeciwnym razie igła zostanie zablokowana, zapobiegając obracaniu się młyna. - Umieść i przymocuj metalową płytkę do drewnianej deski (drewnianej podstawy) za pomocą taśmy klejącej.
- Zegnij stalową płytę, aby uzyskać podwójny kształt litery L (Rysunek 1C i Rysunek 2A).
UWAGA: Wygodne było użycie metalowej płytki w kształcie litery L do mocowania mebli na ścianie. Kolejnym wygodnym argumentem przemawiającym za użyciem tego rodzaju płyty było to, że płyta miała już wiele otworów. Otwory służyły do przykręcenia, a także zamocowania zatrzasku (Rysunek 1A i Rysunek 4). - Zrób cylinder, przecinając końcówkę jednorazowej plastikowej pipety (wysokość = 1 cm, średnica zewnętrzna (o.d.) = 4 mm, średnica wewnętrzna (id) = 2 mm) do prowadzenia igły osiowej (Rysunek 2A i Rysunek 4).
- Umieść i zamocuj podwójną płytkę w kształcie litery L i cylinder na metalowej płytce (Rysunek 2A i Rysunek 4).
- Wykonaj małe wgłębienie na powierzchni cienkiej płytki ze stali nierdzewnej (5 cm x 5 cm), wbijając gwóźdź, aby zapobiec poziomemu przesuwaniu się igły osiowej (Rysunek 4).
- Budowa aparatury pomiarowej
- Zegnij metalową płytkę, aby miała kształt litery L, aby utworzyć górną płytę.
UWAGA: Wygodnie było użyć metalowej płytki w kształcie litery L do mocowania mebli na ścianie (Rysunek 5B-C). Jeśli tak, możesz pominąć ten krok. - Umieść małą metalową nasadkę (5 mm długości i 1 mm średnicy) na górnej płycie (Rysunek 2D-E, Rysunek 4 i Rysunek 5A).
UWAGA: Jako czapkę użyliśmy zatrzasku. Przeszedł on przez otwór w płytce w kształcie litery L (Rysunek 4). - Zamocuj czujnik fotograficzny na płycie w kształcie litery L (Rysunek 4 i Rysunek 5A). Przykręcono podłoże obwodu czujnika na płycie w kształcie litery L, aby zaoszczędzić miejsce (Rysunek 2D-E, oraz Rysunek 4).
- Przyklej diodę LED na podczerwień (150 mW) do małego magnesu wraz z podłożem obwodu dla diody LED (Rysunek 1A i Rysunek 2A).
- Umieść diodę LED (150 mW) na płycie podstawy pod czujnikiem fotograficznym ( Rysunek 1A i Rysunek 2A).
- Zegnij metalową płytkę, aby miała kształt litery L, aby utworzyć górną płytę.
- Budowa uchwytu
- Zegnij metalową płytkę, aby miała kształt litery L.
UWAGA: Wygodnie było użyć metalowej płytki w kształcie litery L do mocowania mebli na ścianie (Rysunek 5B-C). Jeśli tak, możesz pominąć ten krok. - Przymocuj tabliczkę do drewnianej deski (drewnianej ściany) za pomocą (Rysunek 1C, Rysunek 4, oraz Rysunek 5B). Wysokość drewnianej deski nie jest krytyczna, w tym badaniu wynosiła 7 cm.
- Zegnij metalową płytkę, aby miała kształt litery L.
- połączeniowe
- Podłącz czujnik fotograficzny do analogowego kanału wejściowego (AIN) przetwornika A/C za pomocą zwykłych elektrycznych.
UWAGA: Jest to pomocne, jeśli wszystkie są połączone i zamocowane na płycie w kształcie litery L (Rysunek 5B-D), ponieważ bałagan w miejscu pracy często uniemożliwia precyzyjną manipulację podczas eksperymentu. - Podłącz konwerter A/C do komputera osobistego (PC) za pomocą USB.
- Podłącz czujnik fotograficzny do analogowego kanału wejściowego (AIN) przetwornika A/C za pomocą zwykłych elektrycznych.
2. Procedura eksperymentalna
- Zebrać wszystkie świeżo wyhodowane dorosłe osobniki P. quercivorus z martwego drzewa Quercus crispula Blume (Fagales: Fagaceae) rano (7-9 rano) w dniu, w którym ma być przeprowadzone doświadczenie.
UWAGA: Nie używaj chrząszczy zebranych w poprzednim dniu. Każdego dnia wylatywało ponad 100 chrząszczy, a nowo pojawiające się chrząszcze były codziennie sprawdzane. Zobacz referencję16, aby uzyskać szczegółowe metody zbierania chrząszczy. - Połóż chrząszcza na lodzie w celu znieczulenia. Unikaj zamoczenia chrząszcza; W przeciwnym razie trudno będzie wykonać poniższą procedurę. Wszystkie kolejne zabiegi wykonuj na lodzie.
- Umieść niewielką ilość jednego składnika kleju błyskawicznego (kleju galaretowatego) na przedpleczu chrząszcza za pomocą ramienia młyna i utrzymuj ramię młyna w kontakcie z przedpleczem.
UWAGA: Galaretowaty klej będzie wysychał powoli, jeśli ten klej będzie używany samodzielnie. Jednak klej ten działa szybko, gdy dwa składniki są zmieszane (Tabela materiałów). Drugi składnik (płynny klej) zostanie użyty w następnym kroku. - Dodaj niewielką ilość drugiego składnika kleju (płynnego kleju) za pomocą cienkiej igły lub patyczka. Upewnij się, że skrzydła są wolne od kleju (Rysunek 1B). Płynny klej służy do ułatwienia twardnienia galaretowatego kleju.
- Wyreguluj igłę w kształcie krzyża w młynie zgarniającym (Rysunek 6) za pomocą magnesu do przytrzymania płytki w kształcie litery L (płyty górnej) na drugiej płycie w kształcie litery L. Wystarczy przesunąć górną płytkę podczas regulacji wysokości górnej płytki dla igły. Włóż górną końcówkę osiowej igły do otworu zatrzasku na górnej płycie ( Rysunek 5A) i umieść drugą końcówkę w prowadnicy na płycie podstawy (Rysunek 6).
- Dostosuj położenie diody podczerwieni pod czujnikiem.
3. Uzyskiwanie i analizowanie danych
- Nagraj wzmocniony sygnał wyjściowy z czujnika fotograficznego i zapisz go w komputerze za pomocą konwertera A/C za pomocą komercyjnego oprogramowania z częstotliwością próbkowania 1,000 punktów/s (Rysunek 7A) (dla przetwornika A/C i oprogramowania, Tabela materiałów).
- Uruchom oprogramowanie DAQFActoryExpress.
- Kliknij krzyżyk (+) na ikonie LOGGING w oknie Workspace (Obszar roboczy).
- Kliknij prawym przyciskiem myszy nazwę zestawu rejestrowania i wybierz polecenie Rozpocznij zestaw rejestrowania.
UWAGA: Oprogramowanie kontynuuje rejestrowanie i zapisywanie danych. - Aby zatrzymać nagrywanie, kliknij prawym przyciskiem myszy nazwę zestawu rejestrowania i wybierz opcję Zakończ zestaw rejestrowania, aby zapisać plik .csv.
- Wyodrębnij czas przejścia ramienia młyna zgarniającego powyżej diody LED IR za pomocą odpowiedniego oprogramowania, wykrywając czasy tylko wtedy, gdy zarejestrowane napięcie przekroczyło próg (0,5 V).
UWAGA: Ponieważ niektóre programy (np. MS Excel) mogą odczytać utworzony plik .csv, należy użyć znanego oprogramowania w zależności od celu badania. W razie potrzeby pobierz niestandardowe programy dostępne za pośrednictwem Github, https://github.com/HidetoshiIkeno/FlightMill. Więcej informacji o naszych programach, a także instrukcje korzystania z programu, można znaleźć w pliku README, który jest dołączony do programu głównego.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
W tych eksperymentach około 50% chrząszczy umieszczonych w młynie lotniczym wykonało jeden lub więcej obrotów. Gdy plastikowa część przecięła wirtualną linię między czujnikiem a diodą LED, zarejestrowane napięcie zmieniało się z około 0 V do około 6,5 V, a czas trwania przejścia wynosił od 10-20 ms, w zależności od prędkości lotu. W związku z tym jako jeden obrót obserwuje się skokową zmianę napięcia (Rysunek 7B). Lot zdefiniowaliśmy jako sytuację, w której r...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Opracowaliśmy tani, łatwy w budowie i kompaktowy młyn do małych owadów, takich jak P. quercivorus (4-5 mm długości ciała i 4-6 mg masy ciała). Nasz młyn składał się tylko ze zwykłych przedmiotów, takich jak igła, dioda podczerwieni, czujnik fotograficzny, klej natychmiastowy itp., i nie wymagał żadnych wyrafinowanych, drogich lub rzadkich przedmiotów, takich jak urządzenia elektryczne sterowane komputerowo. Umożliwiło to łatwe i szybkie zebranie potrzebnych przedmiotów oraz obniżenie kosztów eksperyment...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Dziękujemy Panom S. Fukaya, N. Okudzie i T. Ishino za pomoc w eksperymentach. Badanie to zostało wsparte przez Grants-in-Aid for Scientific Research od Japońskiego Towarzystwa Promocji Nauki (nr 15K14755).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| igła | Seirin | typ J nr 5 x 40 mm | |
| klej na bazie żywicy epoksydowej | Konishi | #16113 | |
| metalowa płytka | ze sklepu dla majsterkowiczów | ||
| jednorazowa plastikowa pipeta | ze sklepu dla majsterkowiczów | ||
| zatrzask | ze sklepu rzemieślniczego | ||
| Czujnik podczerwieni | Hamamatsu Photonics | S7136 | |
| IR LED | OptoSupply | OSIR5113A | 150 mW |
| dedykowany program | do pobrania ze strony Github. URL: https://github.com/HidetoshiIkeno/FlightMill | ||
| klej błyskawiczny | Toagosei | 31204 | |
| LabJack Co. | Oprogramowanie U3-HV | ||
| DAQ | AzeoTech | DAQFactoryExpress | do pobrania ze strony internetowej AzeoTech. |
Bibliografia
- 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).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
