Summary
Här beskriver vi konstruktion och användning av en vindtunnel för lukt medierad beteendemässiga försök med insekter. Vindtunnel designen underlättar frisläppandet av lukt källor genom flera metoder, med och utan visuella stimuli. Vindtunnel experiment är viktiga metoder att identifiera behaviorally aktiva flyktiga kemikalier.
Abstract
Luktsinnets funktion är den viktigaste sensoriska mekanism genom vilken många insekter interagerar med sin omgivning och en vindtunnel är ett utmärkt verktyg att studera insekt kemisk ekologi. Insekter kan hitta källor i en tredimensionell miljö genom sensoriska interaktion och sofistikerade beteende. Kvantifiering av detta beteende är en viktig del i utvecklingen av nya verktyg för pest control och beslut stöd. En vindtunnel med ett passande flyg avsnitt med laminärt luftflöde, visual ledtrådar för in-flight feedback och en mängd alternativ för tillämpningen av lukter kan användas för att mäta komplexa beteende som därefter kan identifiering av attraktiva eller motbjudande lukt, insekt flygegenskaper, visual-lukt interaktioner och interaktioner mellan tilldragande och lukter kvardröjande som bakgrund lukter i miljön. En vindtunnel har fördelen av att studera lukt medierad beteendemässiga repertoaren av en insekt i laboratoriemiljö. Beteendemässiga åtgärder i en kontrollerad miljö ge länken mellan insekt fysiologi och fältet ansökan. En vindtunnel måste vara ett flexibelt verktyg och enkelt bör stödja ändringar av inställningar och hårdvara för att passa olika forskningsfrågor. Den största nackdelen att den vindtunnel inställning som beskrivs här, är ren lukt bakgrunden som kräver särskild uppmärksamhet när de utvecklar en syntetisk flyktiga blandning för fältet ansökan.
Introduction
Vindtunneln är ett viktigt verktyg i insekt kemisk ekologi studier som tillåter laboratorietester av insekt flyg Svaren till semiokemikalier. Genom att släppa lukter i en kontrollerad lindar strömmer, kan insekterna beteendemässiga svar på dessa stimuli övervakas direkt genom att studera deras vindsidan flyg mot källan. Luktsinnets funktion är den viktigaste sensoriska mekanism genom vilken många insekter interagerar med deras biotiska miljö1. Insekter använder lukt ledtrådar för att hitta lämplig partner för parning. Likaså använder de lukt buketter från värd resurser för att hitta mat för sig själva eller avkomman. Växter släpper blommig lukter i kombination med nektar och pollen belöningar att säkra insekt pollinering effektivitet. Alla dessa flyktiga cues diffus passivt i miljön och insekter måste identifiera och tolka deras individuella relevans. Som flyktiga ämnen släpps ut i miljön, reser molekylerna med vinden som filament, behålla den ursprungliga koncentrationen för långa avstånd medvind, före så småningom bryts upp och utspädd av turbulens och diffusion2. Insekter kan upptäcka förändringar i flyktiga signal och rikta deras rörelse vindsidan, mot källan. Insekter Visa en flygning beteende med snabbt vindsidan överspänningar vid kontakt med en lockande lukt och gjutning i sidled vid förlust att omplacera lukt putsar3,4. Co lokaliserade arrangemanget av lukt nervceller i sensilla insekt antenner kan underlätta beteendemässiga Svaren till uppkomsten och förlust av plume kontakt med anmärkningsvärd hög upplösning5 och aktivera insekter att skilja mellan liknande lukt molekyler med ursprung från olika källor6. Visuell feedback medan i flykt, kallas optomotor anemotaxis, är grundläggande för att identifiera vindriktning, objekt och relativ förskjutning2,7. Genom användning av sensoriska interaktion och sofistikerade beteende, kan insekter hitta punktkällor i en tredimensionell miljö.
Identifiering av insekt tilldragande eller avskräckande medel kan ha flera viktiga tillämpade aspekter. Kön feromoner (exempel signaler) av många skadedjursbekämpning insekter kan syntetiseras och släpps ut i luften för att störa den parning beteende8. Både feromoner och kairomones (interspecific signaler) kan användas för massa fångstmetoder, locka och döda i övervakning fällor för att ge direkt information av pest status. Insektsmedel, exempelvis myggor9, kan även studeras i vindtunnel bioassays. Dessa metoder spelar en viktig del av integrerad bekämpning förvaltning och beslut stödsystem för jordbrukare.
Vindtunnel bioassays, där lukt medierad beteende repertoar av en art kan övervakas, är en kraftfull metod att identifiera potentiella nya verktyg för skadedjursbekämpning att ersätta eller minska effekterna av användningen av bekämpningsmedel.
Det teoretiska resonemanget bakom vindtunnel designen är noggrant beskrivna10. Här, beskriver vi vindtunnel konstruktion, lukt ansökan och flykt beteende som har använts i flera experiment för att bestämma vindtunnel bioassay protokollet. Vindtunneln (figur 1) på Nibio (Ås, Norge) är tillverkad av reptålig transparent polykarbonat. Flyg arenan är 67 cm hög, 88 cm bred och 200 cm lång. Framför flyg arenan finns det en ytterligare polykarbonat avsnitt, 30 cm lång. Denna del av vindtunneln fungerar som ett verktyg avsnitt för tillämpningen av lukter. Om flyktiga ämnen komma i kontakt med polykarbonat bostäder i flyg arenan, de åter frigöras senare och förorena mellan sessioner. På varje ände av avsnittet verktyg finns det därför en perforerad metall rutnät. Båda rutnäten begränsa luftflödet och skapa en liten övertryck på vindsidan sida. Detta resulterar i ökat laminärt flöde på undanvind sida. Vindsidan rutnätet är tillverkad av en perforerad metallplatta med 8 mm hål jämnt spridda över tvärsnittet av tunneln att tillhandahålla 54% öppen area. Rutnätet undanvind har hål 3 mm och en 51% öppen area. Detta minskar turbulensen och säkerställer att lukten putsar resor centralt ned längden på arenan flygning. Lukt plymen har formen av en smal kon och kan visualiseras genom användning av rök. På golvet av flygningen fastställs arena, plast eller papper cirklar i olika storlekar (från 5 till 15 cm i diameter) för att ge insekter visuell feedback under flygningen. Det finns en 25 av 50 cm luckan på vindsidan slutet av flygningen arenan och i avsnittet verktyg. Mellan undanvind slutet av flygningen arenan och avsnittet avgas filter finns det en 60 cm öppet område för insekt hantering. Tillgång till området är täckt på sidorna med en 0,8 mm maskor tyg att förhindra insekter flyr in i rummet.
Luft sugs in första filterhuset av en fläkt. Luften passerar genom ett dammfilter innan det renas genom 24 hög kapacitet aktiva kolfilter och släppt i tunneln. Luften ut ur tunneln passerar genom en liknande filterhuset innan den släpps tillbaka in i rummet. Det kan vara fördelaktigt att evakuera luften på utsidan av byggnaden genom ett dragskåp. Fansen på båda filterhus körs med lika flöde. Båda fläktarna har en kontinuerlig dimmer och är kalibrerade till olika vindstyrkor använder en flödesmätare. Lufthastigheten är beroende av den art som testas. 30 cm s-1 är ofta en bra utgångspunkt. För små insekter, den idealisk lufthastigheten kan minskas, och för starka flyers, flyghastighet kan vara högre relativa flyg avståndet ökas.
Vindtunnel rummet underlättar kontroll av temperatur, luftfuktighet och ljusintensitet. LED-strips placeras bakom en 3 mm ogenomskinlig poly(methyl methacrylate) ruta till skapa en diffus ljuskälla som ovan och bakom arenan flygning. Båda ljuskällor kan styras självständigt.
Lukt ansökan kan uppnås på flera sätt. Allmänhet, lukter släpps ut i luftflödet i mitten av vindsidan slutet av flygningen arenan. Beroende på forskningsfrågorna till hands, kan den release punkten utsatt eller omfattas. En glas cylinder (diameter 10 cm, 12,5 cm lång) med ett metallnät (2 × 2 mm maskstorlek) på undanvind sidan kan visuellt blockera lukt källa och samtidigt fungera som en landning plattform för insekter. I många experiment, kan en horisontell glas plattform användas för att presentera lukt källor eller visuella signaler nära release. Det finns också möjlighet att släppa två lukter samtidigt, sida vid sida, för att underlätta val analyser. De release punkterna placeras sedan 20 cm isär och de lukt plymer överlappar från halvvägs ner i tunneln. Valet kan då identifieras av vilka plume insekten är efter vindsidan.
Vindtunnel designen underlättar många flyktiga utsläpp metoder. Exempelvis kan en viss lukt frigöras framför en bakgrund lukt som avges av en gröda anläggning11,12. Olika visuella stimuli kan också testade13,14. Den experimentella setup måste anpassas till varje art och forskning fråga.
Naturliga lukt källor, såsom växtdelar och syntetiska lukter från automater kan införas direkt i arenan flygning. För att isolera lukt medierad beteenden från visuella, lukt källa kan täckas, eller flyktiga ämnen transporteras in i flyg arenan via en träkol filtrerade laboratorium lufttillförsel utifrån. Lukt källa begränsas då till en glasburk och luften pressas genom burken i vindtunneln via Teflon glasr÷r glas. Farten vid release punkten ska matcha vindhastigheten i arenan.
För att släppa lukter på specifika blandning nyckeltal, kan en spruta användas. Sprutan är ett ultraljud munstycke med en konisk spets och en insatt microbore att underlätta en vätskeflödet på 10 µL min-1. Munstycket är ansluten till en bredband ultraljud generatorn och driver på 120 kHz. En sprutpump driver lukt provet in i spruta munstycket. Fluorerad etylen propylen (FEP) slangar med 0,12 mm innerdiameter ansluter 1 mL gastät sprutan och munstycket. Slangar-adaptrar som sväller i etanol och krympa i luften, underlätta åtsittande med ingen inre volym. Droppstorlek aerosol genereras från vibrationer i munstycket är frekvens beroende och beror på specifika lösningsmedel används. De små dropparna avdunstar och förs ner vindtunneln som flyktiga ämnen. Det finns även andra spruta mönster och en billigare version som utnyttjar en piezo driven glas kapillär ger en liknande lösning15.
Syntetiska blandningar eller headspace samlingar kan användas med sprutan. Proverna är utspädda med ren etanol till de önska koncentrationerna. Med flyktiga samlingar, kan provet spädas för att motsvara upphämtningstid. Detta innebär att en volatil samling provtas över 3 h ska spädas till 1800 µL, vilket på en release rate från sprutan på 10 µL min-1 motsvarar 3 h.
Identifiering av beteendet flyg kan göras direkt genom manuell observation eller genom post hoc-videoanalys. Orienterade flygningen bör skiljas från random flight. Lukt medierad beteende kan identifieras av följande egenskaper: sicksack-flygning över lukten putsar, rakt vindsidan flygning när inuti plymen, och looping tillbaka om kontakten med plymen förloras. Efter förlusten av en attraktiv plume, kan insekter också börja zig-zag med ökande valv för att återansluta till förlorade plume3,4. Detta beteende är grundläggande i fältet miljö där insekterna efter en lockande lukt behöver klara turbulens och skiftande vindriktningar. Flyg mönstret är inte enhetlig och varierar mellan insekt order. Som ett exempel, stark flyers såsom blowflies har en snabbare vindsidan orientering med bredare gjutning mönster än fjärilar, och vindens hastighet bör ökas för att underlätta en längre relativa flygbanan.
Flygningen av en insekt kan också filmas. Med en enda kamera, kan enkel flygegenskaper beskrivas genom att plotta x y koordinater16. Genom att använda två kameror med synkroniserade frame capture, kan 3D flygningen rekonstrueras med hjälp av en extern programvara17. Flyg spåret kan sedan analyseras för att ge information om flyghastighet och avstånd, flyg vinklarna med avseende på vindriktning och detaljer om flight egenskaper i förhållande till lukt plymen. Det finns både egna och kommersiell utrustning och programvara tillgänglig som möjliggör automatisk bildruta för bildruta spårning. Kalibrering ramar bör användas som referens verkliga världen utrymme och rätlinjiga vidvinkelobjektiv bör användas för att minimera linsförvrängning. Vara bör försiktig att minska visuell bakgrundsljud, såsom kanter och hörn i vindtunnel arenan, och att maximera insekt bakgrund diskriminering. Med hjälp av en infraröd ljuskälla, reflektion (t.ex., från nattliga myggor) kan filmas med svartvit CCD kameror17.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. förbereda glasrör
- Förbereda glasrör (t.ex., 2,8 cm diameter 13 cm lång) och nära ena änden med en plast snap cap.
- Separera 10 insekter i de förslutna glasrör och täcka återstående slutet med gasväv med hjälp av ett gummiband. Tillåta insekter acklimatisera sig till temperatur, ljus och fuktighet vindtunnel rum för minst 2 h.
Anmärkning: Antalet insekter inuti varje tub beror på arter och forskning frågan.
2. förbereda lukt källor
- Spruta-protokollet.
- Fyll den 1 mL gastät sprutan med en utspädd headspace samling eller en syntetisk doft blandning.
Obs: Innehållet i den utspädda headspace eller syntetiska lukt mix beror på insekt arter och forskning fråga. De koncentrationer som används bör i allmänhet motsvara de naturliga frisättningen priserna av autentisk lukt källa. - Anslut sprutan till FEP slangen med slangar adaptrar och infoga sprutan i sprutpumpen.
- Starta sprutpumpen.
- Starta bredband ultraljud generatorn.
Obs: Frigöraren av aerosolen från sprutan kan bekräftas genom att peka en fackla ljus underifrån release poängen. - Kör spruta med 96% etanol i minst 10 min mellan behandlingarna att rengöra insidan av rör och munstycke. Använd en separat spruta, tillägnad ren etanol, för alla rengöring.
- Rena sprutor och spetsen på munstycket med 96% etanol efter användning.
- Fyll den 1 mL gastät sprutan med en utspädd headspace samling eller en syntetisk doft blandning.
- Autentisk lukt källa protokoll.
- Infoga de autentiska lukt källorna i vindtunneln eller i en 2 L headspace uppsamlingsburken.
- Anslut headspace uppsamlingsburken till laboratoriet luftflödet och släppa i vindtunneln.
Obs: Samla växtmaterial som nära början av experimenten som möjligt och förhindra vissnande genom att infoga skär slutet i en liten flaska med vatten. Beloppet och typen av växtmaterial eller annan autentisk lukt källa, beror på insekt arter och forskning fråga.
- Placera glasröret med insect(s) på en hållare 180 cm medvind från lukt och visuella källan och 30 cm från marken. Utjämnade slutet ska peka på vindsidan.
3. Starta protokollet
- Använd två kameror för att fånga två olika vyer. Montera kameror ovanför arenan flygning och vinklade för att fånga två olika vyer.
- Öppna locket.
- Starta timern.
Obs: Olika arter kräver olika tidsramar att svara, t.ex., apple frukt mal (rör conjugella) kommer att svara inom 4 till 5 min11, men druvvin mal (Lobesia botrana) kräver upp till 20 min att svara 18. - Observera flyg mönstret och ägna särskild uppmärksamhet åt de flygegenskaper och vindsidan orientering. Poäng flyg prestanda enligt fördefinierade beteendemässiga kategorier, t.ex., ta bort, orienterad flygning över korta avstånd (minst 20 cm), orienterade flygning över längre avstånd (< 5 cm från källan) och landning.
Obs: Filmning och 3D-tracking med två kameror kan användas att ge mer detaljerad information om flygegenskaper. I allmänhet är kameror monterade ovanför arenan flygning och vinklade för att fånga två olika vyer. - Samla in insekter landar på väggarna i vindtunneln, utanför lukt plymen, och Byt tillbaka till innehavaren.
Obs: Insekter kan ges en chans att svara på lukter med vindsidan flygning och inte ersättas. - Ändra för att rengöra glas hårdvara mellan behandlingarna.
Obs: Frekvent kontroll behandlingar bör köras för att identifiera eventuell förorening källor. - Avliva insekter med CO2 eller genom frysning efter experimenten.
Obs: Beroende på forskningsfrågan, honor kan gjorde för ägg utveckling eller inspekteras visuellt kontrollera tillståndet på vingar eller antenner.
4. rengöring
- Tvätta alla metall och glas hårdvara med etanol och vatten och låt stå tills den är torr.
- Värm alla metall och glas maskinvara till 300 ° C för 6 h att ta bort föroreningar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Blowflies reagerar starkt på lukter från döda djur som representerar en efemära larval tillväxt substrat19,20. Med döda möss som naturliga lukt källa, vi undersökte beteendet flygning med 15 dagar gamla detaljer, parad kvinnliga C. vicina, med eller utan, en visuell stimuli bredvid den lukt release punkt13. För att eliminera naturliga visuell stickrepliken, använde vi glas burk systemet beskrivs ovan. Med en vindhastighet av 30 cm s-1 blowflies visas, mer än 80% start och orienterade flykt beteende i undanvind slutet av vindtunneln och mer än 60% av dem avancerade med kontrollerad och orienterade rörelse i den vindsidan delen av tunneln ( Figur 2). Det fanns ingen signifikant effekt av visuell stickrepliken på orienterad flykt beteende. För att effektivt Visa hela skalan av beteenden som under naturliga förhållanden ger blowflies möjlighet att deponera äggen på ett kadaver (Start, orienterad flygning och landning), behövs dock ett tillägg av en visuell stickrepliken att markera lukt källa. Användning av en visuell stickrepliken ökat betydligt landningar vid källan från 14% till 40%. Denna enkla utvinning av en större vindtunnel experiment13 illustrerar behovet av en fullständig redogörelse av de sensoriska modaliteter som används i resurs läge av insekter, och det visar att utökad information angående beteende kan stärka resultaten och Därefter kan mer kunskap ska extraheras från varje experiment.
För att besvara som flyktiga cues ärt mal använder för att hitta en lämplig värdväxt för ovipositionen, studerade vi 5-7 dag gammal parat honor mot ärtväxter vindsidan orientering i olika fenologiska stadier (blad, knopp, blomma, pod) i vindtunnel14 . Vindhastigheten var 30 cm s-1, ljusintensiteten 1000 lux, temperatur 20-22 ° C och RH 60-70%. Vi använde en kombination av visuell och lukt ledtrådar genom att placera de levande växterna direkt i vindsidan änden av arenan vindtunnel och jämföra beteendemässiga svar med de motsvarande headspace-extrakt. Vi testade också en syntetisk blandning av tio antennaly aktiva ärt växt flyktiga ämnen. Den beteendemässiga Svaren av ärt moth (figur 3) visade att Parade honor var mycket mer attraherad av ärtväxter med blommor (58%) och knoppar (52%) än till ärtväxter i bladet (10%) eller pod scenen (24%). Liknande svar observerades med den motsvarande headspace extrakt. Parade honor var mest attraherad av headspace extrakt erhållits från blommande ärtväxter (56%), följt av ärtväxter med knoppar (42%), och låg Svaren registrerades för pod (28%) och leaf scenen (10%). Testa en sprayad syntheic blandning av tio antennaly aktiva ärt flyktiga ämnen som stimuli, resulterade i en landning svar på 34%.
Resultaten visar sambandet mellan värd växten fenologi och motsvarande plantera lukt, samt dess påverkan på beteende parad C. nigricana honor. Parade honorna har en klar preferens för ärtväxter under blomma utveckling och tillhörande lukt profilen är avgörande för den mottagande platsen. Dessutom detta experiment visar att parat C. nigricana honor kan skilja mellan olika fenologiska stadier av ärtväxter när avkänning endast flyktiga ledtrådar. Sensorisk integration är viktig för mottagande platsen och kan öka förmågan att uppfattar smärre skillnader, särskilt i honor13,21,22. Dock i detta vindtunnel experiment var landning svaren på headspace extrakt från blommande ärtväxter (56%) utan närvaro av synintrycken samma som svar på verkliga anläggningen (58%). Likheten mellan headspace extrakt enda och riktiga växter innebär att lukten är grundläggande värd växten referenspunkten för parad C. nigricana honor.
En av de största utmaningarna vid utvecklingen kairomone beten från vindtunneln beteendemässiga analyser, är att omsätta den färdiga blandningen i fältet miljön. Vindtunneln har en ren lukt bakgrund, medan fältförhållanden genomsyras av lukter från de omgivande vegetation som kan förändra den kemiska informationen.
Experimenten i vindtunneln utfördes med fältet samlas honor vid vindens hastighet 30 cm s-1, 5 Lux ljusintensitet, temperatur 19-20 ° C och en luftfuktighet på 55-65%. Experiment med och utan bakgrund lukter hjälp i utvecklingen av en växtbaserad flyktiga fält lockbete för apple frukt mal rör conjugella11. Resultaten visar att de lukt dispensrar med en komplex blandning (7 komponenter) och en enkel blandning (2 delar) har liknande vindsidan attraktion när presenterade ensam på en ren bakgrund (figur 4A). I en val-analys, dock föredrog med de fältet dispensrar inbäddade i en apple flyktiga bakgrund, apple frukt moth honorna anläggningen men inte enkelt blandning (figur 4B).
Resultaten visar att blandning komplexiteten är en viktig aktör att övervinna växt bakgrund påverkan och att bakgrunden interaktionen måste beaktas vid utveckling av kairomones för fältbruk.
Figur 1. Schematisk bild av vindtunneln ligger som NIBIO, Ås - Norge. Vindtunneln är placerad i ett klimat kontrollerade rum. Luftflödet filtreras med aktivt kol filter före och efter lukt ansökan och cirkuleras sedan tillbaka in i rummet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2. Genomsnitt (±SE) procent beteendemässiga svar av Calliphora vicina naturliga lukt källor med och utan visuella stimuli. De lukt stimuli var begränsade till en glasburk och införs i vindtunneln av en träkol filtrerad luftström. Denna siffra har ändrats från [Aak, A. & Knudsen, G. K. (2011) könsskillnader i olfaction-medierad synskärpa i blowflies och dess konsekvenser för könsspecifika fångstmetoder. Entomologia Experimentalis et Applicata 139 25-34]. Signifikanta skillnader identifieras av t-tester (signifikansnivå: p = 0,05) på sammanlagt 50 flugor per experimentell behandling, med genomsnitt baserat på andelen responders bland 10 flugor testades på fem olika dagar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3. Procent landning svar (±SE) av Cydia nigricana till ärtväxter i olika fenologiska stadier, motsvarande headspace samlingen och en syntetisk flyktiga blandning av 10 antennaly aktiva föreningar. Headspace och syntetiska blandningen släpptes från ett ultraljud spruta. Växtmaterialet placerades direkt in i flyg-arenan. Denna siffra har ändrats från [Thöming, G., Norli, H. R., Saucke, H. & Knudsen, G. K. (2014) ärter plantera flyktiga ämnen guide värd läge beteende i pea mal. Leddjur-växt interaktioner. 8 (2), 109-122]. Signifikanta skillnader identifieras av ANOVA (signifikansnivå: p = 0,05). För alla behandlingar, minst 50 honor testades och mal hade 6 min att reagera på lukten. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4. Procent rör conjugella närmar sig komplex och förenklade tilldragande (< 5 cm). (A). vindsidan attraktion till fältet automater utan bakgrunden. (B). vindsidan attraktion till fältet dispensrar inbäddade i växten flyktiga bakgrunden. Denna siffra har ändrats från [Knudsen, G. K. & Tasin, M. (2015) Spotting inkräktarna: ett övervakningssystem baserat på anläggningen flyktiga ämnen att prognostisera apple frukt moth attacker i äppelodlingar. Grundläggande och tillämpad ekologi 16 (4), 354-364]. Signifikanta skillnader identifieras av ANOVA (signifikansnivå: p = 0,05). För alla behandlingar, minst 45 kvinnor testades och mal hade 5 min att reagera på lukten. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vindtunneln är ett användbart verktyg för att identifiera både attraktivt och motbjudande lukt för många insekter4,9. Med gedigen kunskap i ekologi, biologi och beteende av insekten studerade, dess flygegenskaper lätt kan identifieras och miljöförhållanden, vindhastighet, visuella stimuli och lukt ansökan kan skräddarsys för att passa. När du börjar med en ny art, rekommenderas att finjustera parametrarna vindtunnel använder den mest attraktiva källan som möjligt. Med kairomones, detta är oftast levande värd växtmaterial eller en naturlig näringskälla och med feromoner, en bur ringer kvinnliga eller manliga (beroende på insekten studerade). För att identifiera repellenter, finns det också ett behov för en attraktiv källa att mäta den antagonism9. Dessa inledande resultat kommer också fungera som en baslinje för ytterligare experiment.
Vindtunnel dimensionerna bör övervägas att ge utrymme för fri rörlighet och visning av medfödda flygegenskaper. Med stark flygblad och stora insekter, kan stora flygning arenor vara nödvändigt. En del av arenan kan användas för mindre insekter. Vindens hastighet kan vara specifika för insekten arter studerade och bör justeras för att passa flygkapaciteten. Med alla doftämnen, men i synnerhet med feromoner vård bör vidtas för att undvika kontaminering och frekvent kontroll behandlingar bör göras för att undvika falska avslutningar.
Aktivt kol filter kommer att leverera en tom duk för tillämpningen av önskad lukter. Men det kan finnas en baksidan att rengöra laboratoriemiljö, eftersom naturliga bakgrund lukter kan interagera med den utveckla fältet dispensrar11,23. Att översätta vindtunnel blandningar av allestädes närvarande flyktiga ämnen till de fältmässiga förhållandena kan då vara mindre rakt fram och alternativ för att inkludera bakgrunden lukter i vindtunneln övervägas. Med feromoner, som är distinkt flyktiga ämnen, är översättningen till fältförhållanden mindre problem. Detta gäller även flyktiga ämnen från sällsynta resurser, såsom cadaver kairomones utnyttjas av Calliphorid flyger24.
Sprutan är ett utmärkt verktyg för att frigöra flyktiga ämnen på kända koncentrationer och blandning nyckeltal. Sprutan kringgår problemet med beräkning av release priser som snabbt förvandlar komplicerade. Med besprutade headspace är det lätt att jämföra effektiviteten i en volatil headspace samling genom att jämföra attraktionen till levande växter och intakt växtmaterial. Innehållet i flyktiga samlingar kan identifieras med en gaskromatograf kopplad till en masspektrometer. Sprutan använder tredjeparts en lösningsmedel utspädda provet. Lösningsmedlet kan interagera med insekt flyg prestanda och vård bör vidtas för att identifiera effekterna. Etanol är ett lockmedel för vissa insektsarter, t.ex., woodboring skalbaggar25. Som spruta funktioner av vibrerande vid ultraljud frekvenser, bör man också överväga den anti underprissättning svaren på vissa arter kan upptäcka fladdermöss26.
Dragningen av krypande insekter kunde också testas i en vindtunnel27. En upphöjd plattform, parallellt med och i centrum av lukt plymen kan sedan monteras inne i arena28. Dock bör särskild vikt läggas vid att hantera föroreningar frågor.
Vindtunneln kan också vara ett kraftfullt verktyg för att verifiera biotekniska lösningar, en studie om genetiskt modifierade Vitis vinifera växter med förändrad kairomone utsläpp baserat och motsvarande L. botrana attraktion har visat29. Transgena växter, headspace extrakt och syntetiska blandningar testades för L. botrana attraktion i vindtunneln och resulterade i minskad attraktion jämfört med kontroll växter i V. vinifera29.
Det finns dock vissa begränsningar för användning av lindar tunneler som noggrant övervägas i varje enskilt fall. Eftersom insekter normalt används i arenan endast en gång, är arter med långa generationstid mindre perfekt för vindtunnel experiment. Också kan röda listade arter vara kontroversiellt att testa i laboratoriet beteendestudier. Men skadedjursbekämpning insekter, för vilka det finns ett stort behov för attraktiva beten, har oftast kort generationstid och tillräckligt många kan vinnas från fältuppsättningen eller ett uppfödning protokoll.
Vindtunneln har absolut sin plats i kemisk ekologi beteendestudier. Det kan konstrueras på olika sätt, beroende på budgeten, och funktionalitet kan läggas för att passa med olika forskningsfrågor. Vindtunneln har fördelen att låta observationer och mätningar av flygning beteende insekt Svaren till lukt och andra sensoriska stimuli.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Ingen
Acknowledgments
M. Tasin stöddes av Vetenskapsrådet för hållbar utveckling (Formas, Grant 2013-934).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Flight arena | any | NA | Construct to fit the filter housing |
| Filter housing x 2 | Camfill Farr | Contains the dust and charcoal filters | |
| Fan x 2 | Fischbach | Model D640/E35 | Silent fan with continous dimmer switch |
| Perforated grids | any | NA | Two different open areas are needed, e.g. 54 and 51% |
| Flowmeter | Swema air | Swema air 300 | Identifying the wind speed |
| Ultrasonic sprayer | SonoTek | Sprayer nozzle with conical tip and inserted microbore | |
| Broadband ultrasonic generator | SonoTek | Function generator | |
| Syringe pump | CMA microdialysis | CMA 102 | Liquid delivery |
| FEP tubing | CMA microdialysis | 0.12 mm inner diameter | |
| Tubing adaptors | CMA microdialysis | Connectors for zero internal volume | |
| Gastight syringe | any | NA | 1000 µL syringe for headspace collections and synthetic blends |
| Gastight syringe | any | NA | 1000 µL syringe for cleaning sprayer |
| Torch | any | NA | Small light source for checking sprayer release |
| Timer | any | NA | Timer with alarm function |
| Holder for insect release | any | NA | Metal construction |
| Lighting | any | NA | LED is preferable due to low heat production |
| Moisturiser | any | NA | Size depends on volume of wind tunnel room |
| Temperature control | any | NA | Temperture range depends on species |
| Glass tubes | any | NA | Tubes (2.8 cm diameter, 13 cm long) for insects |
| Snap cap | any | NA | Snap cap that fits the glass tube |
| Gauze | any | NA | Fabric to close the glass tube |
| Rubber band | any | NA | To hold gauze in place |
| Glass cylinder | any | NA | Cylinder for odour containment and landing platform (10 cm diameter, 12.5 cm long) |
| Glass jars | any | NA | Glass jars for dynamic headspace collection |
| Connectors and tubes | any | NA | Tubes and connectors depends on type of glass jars |
| Air supply | any | NA | From laboratory air or bottles |
| Charcoal filters | any | NA | For cleaning the outside air sypply |
| Vial | any | NA | Small vial with water to keep plant material fresh |
| Oven | any | NA | Heat metal and glassware to 300 degrees to decontaminate |
References
- Hansson, B. S., et al. Insect olfaction. , Springer. Berlin Heidelberg. (1999).
- Murlis, J., Elkinton, J. S., Cardé, R. T. Odor Plumes and How Insects Use Them. Annual Review of Entomology. 37, 505-532 (1992).
- Todd, J. L., Baker, T. Ch. 3. Insect olfaction. Hansson, B. , Springer. 67-96 (1999).
- Carde, R. T., Willis, M. A. Navigational strategies used by insects to find distant, wind-borne sources of odor. Journal of Chemical Ecology. 34 (7), 854-866 (2008).
- Baker, T. C., Fadamiro, H. Y., Cosse, A. A. Moth uses fine tuning for odour resolution. Nature. 393 (6685), 530 (1998).
- Bruce, T. J. A., Wadhams, L. J., Woodcock, C. M. Insect host location: a volatile situation. Trends in Plant Science. 10 (6), 269-274 (2005).
- Srinivasan, M. V., Zhang, S. W.
- Rhainds, M., Kettela, E. G., Silk, P. J. Thirty-five years of pheromone-based mating disruption studies with Choristoneura fumiferana (Clemens) (Lepidoptera: Tortricidae). Canadian Entomologist. 144 (3), 379-395 (2012).
- Sharpington, P. J., Healy, T. P., Copland, M. J. W. A wind tunnel bioassay system for screening mosquito repellents. Journal of the American Mosquito Control Association. 16 (3), 234-240 (2000).
- Baker, T. C., Linn, C. E. Techniques in pheromone research. Hummel, H. E., Miller, T. A. , Springer. 75-110 (1984).
- Knudsen, G. K., Tasin, M. Spotting the invaders: A monitoring system based on plant volatiles to forecast apple fruit moth attacks in apple orchards. Basic and Applied Ecology. 16 (4), 354-364 (2015).
- Knudsen, G. K., Norli, H. R., Tasin, M. The ratio between field attractive and background volatiles encodes host-plant recognition in a specialist moth. Frontiers in Plant Science. 8, (2017).
- Aak, A., Knudsen, G. K. Sex differences in olfaction-mediated visual acuity in blowflies and its consequences for gender-specific trapping. Entomologia Experimentalis et Applicata. 139, 25-34 (2011).
- Thöming, G., Norli, H. R., Saucke, H., Knudsen, G. K. Pea plant volatiles guide host location behaviour in the pea moth. Arthropod-Plant Interactions. 8 (2), 109-122 (2014).
- El-Sayed, A., Godde, J., Arn, H. Sprayer for quantitative application of odor stimuli. Environmental Entomology. 28 (6), 947-953 (1999).
- Haynes, K. F., Baker, T. C. An analysis of anemotactic flight in female moths stimulated by host odour and comparison with the males' response to sex pheromone. Physiological Entomology. 14 (3), 279-289 (1989).
- Spitzen, J., Takken, W. Keeping track of mosquitoes: A review of tools to track, record and analyse mosquito flight. Parasites and Vectors. 11 (1), (2018).
- Masante-Roca, I., Anton, S., Delbac, L., Dufour, M. -C., Gadenne, C. Attraction of the grapevine moth to host and non-host plant parts in the wind tunnel: effects of plant phenology, sex, and mating status. Entomologia Experimentalis et Applicata. 122 (3), 239-245 (2007).
- Johansen, H., et al. Blow fly responses to semiochemicals produced by decaying carcasses. Medical and Veterinary Entomology. 28, 9 (2014).
- Paczkowski, S., Maibaum, F., Paczkowska, M., Schutz, S. Decaying Mouse Volatiles Perceived by Calliphora vicina Rob.-Desv. Journal of Forensic Sciences. 57 (6), 1497-1506 (2012).
- Aluja, M., Prokopy, R. J. Host odor and visual stimulus interaction during intratree host finding behavior of Rhagoletis pomonella flies. Journal of Chemical Ecology. 19 (11), 2671-2696 (1993).
- Reeves, J. Vision should not be overlooked as an important sensory modality for finding host plants. Environmental Entomology. 40 (4), 855-861 (2011).
- Knudsen, G. K., et al. Discrepancy in laboratory and field attraction of apple fruit moth Argyresthia conjugella to host plant volatiles. Physiological Entomology. 33 (1), 1-6 (2008).
- Aak, A., Knudsen, G. K., Soleng, A. Wind tunnel behavioural response and field trapping of the blowfly Calliphora vicina. Medical and Veterinary Entomology. 24, 250-257 (2010).
- Montgomery, M. E., Wargo, P. M. Ethanol and other host-derived volatiles as attractants to beetles that bore into hardwoods. Journal of Chemical Ecology. 9 (2), 181-190 (1983).
- Skals, N., Anderson, P., Kanneworff, M., Löfstedt, C., Surlykke, A. Her odours make him deaf: Crossmodal modulation of olfaction and hearing in a male moth. Journal of Experimental Biology. 208 (4), 595-601 (2005).
- Willis, M. A., Avondet, J. L., Zheng, E. The role of vision in odor-plume tracking by walking and flying insects. Journal of Experimental Biology. 214 (24), 4121-4132 (2011).
- Martel, J. W., Alford, A. R., Dickens, J. C. Laboratory and greenhouse evaluation of a synthetic host volatile attractant for Colorado potato beetle, Leptinotarsa decemlineata (Say). Agricultural and Forest Entomology. 7 (1), 71-78 (2005).
- Salvagnin, U., et al. Adjusting the scent ratio: using genetically modified Vitis vinifera plants to manipulate European grapevine moth behaviour. Plant Biotechnology Journal. 16 (1), 264-271 (2018).
