Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

En vindtunnel for lukt mediert insekt atferdsmessige analyser

Published: November 30, 2018 doi: 10.3791/58385
Automatic Translation
1, 2, 3, 1
1Division of Biotechnology and Plant Health, Norwegian Institute of Bioeconomy Research (Nibio), 2Integrated Plant Protection Unit, Department of Plant Protection Biology, Swedish University of Agricultural Science, 3Department of Pest Control, Norwegian Institute of Public Health

Summary

Her beskriver vi bygging og bruk av en vindtunnel for lukt mediert atferdsmessige analyser med insekter. Vindtunnel design muliggjør utgivelsen av lukt av flere metoder, med og uten visuelle stimuli. Vindtunnel eksperimenter er viktige metoder for å identifisere behaviorally aktive flyktige kjemikalier.

Abstract

Luktesans er den viktigste sensoriske mekanismen som mange insekter samhandle med omgivelsene og en vindtunnel er et utmerket verktøy til å studere insekt kjemiske økologi. Insekter kan finne punktkilder i et tredimensjonalt miljø gjennom sensoriske samhandling og sofistikert atferd. Kvantifisering av dette er et nøkkelelement i utviklingen av nye verktøy for pest kontroll og beslutning. En vindtunnel med en egnet fly del med laminær luftstrøm, visuelle stikkord for in-flight tilbakemeldinger og en rekke alternativer for anvendelse av lukt kan brukes til å måle komplekse atferd som deretter kan identifikasjon av attraktive eller frastøtende lukt, insekter fly egenskaper, visual-lukt interaksjoner og interaksjoner mellom Oktenol og lukt dvelende som bakgrunn lukt i miljøet. En vindtunnel har fordelen av å studere lukt mediert atferdsmessige repertoar av et insekt i et laboratorium. Atferdsbaserte målinger i en kontrollert setting gir koblingen mellom insekt fysiologi og felt program. En vindtunnel må være et fleksibelt verktøy og bør lett støtte endringer i oppsettet og maskinvare til å passe ulike problemstillinger. Den store ulempen til vindtunnel setup beskrevet her, er ren lukt bakgrunnen som nødvendiggjør spesiell oppmerksomhet når du utvikler en syntetisk volatil blanding for feltet program.

Introduction

Vindtunnel er et viktig verktøy i insekt kjemiske økologi studier at laboratorietester av insekter fly svar på semiochemicals. Ved å frigjøre lukt i et kontrollert vind, kan insekter atferdsmessige respons på disse stimuli direkte overvåkes ved å studere deres motvind flukt mot kilden. Luktesans er den viktigste sensoriske mekanismen som mange insekter samhandle med deres biotiske miljø1. Insekter bruk lukt signaler for å finne passende partnere for parring. På samme måte bruker de lukt buketter fra vert ressurser for å finne mat for seg selv, eller avkommet. Plantene slipper floral lukt i kombinasjon med nektar og pollen belønninger å sikre insekt pollinering effektivitet. Alle disse flyktige signaler diffus passivt i miljøet og insekter må identifisere og tolke deres personlige relevans. Som flyktige slippes ut i miljøet, reiser molekylene med vinden filamenter, beholder den innledende konsentrasjonen for lange avstander vindretningen, før slutt blir brutt opp og utvannet av turbulens og diffusion2. Insekter kan oppdage minutt endringer i flyktige signal og direkte deres bevegelse kryssen, mot kilden. Insekter viser en flytur opptreden med rask motvind støt når i kontakt med en attraktiv lukt, og støping sidelengs over tapet å flytte lukt plume3,4. Samlokalisert ordningen av olfactory nerveceller i sensilla av insekt antenner kan lette atferdsmessige responser til utbruddet og tap av skyen kontakt med bemerkelsesverdig høy oppløsning5 og aktiverer insekter å skille mellom lignende lukt molekyler som kommer fra ulike kilder6. Visuell tilbakemelding mens i flukt, kalt optomotor anemotaxis, er grunnleggende for å identifisere vindretning, objekter og relativ forskyvning2,7. Ved bruk av sensoriske samhandling og sofistikert atferd, kan insekter finne punktkilder i et tredimensjonalt miljø.

Identifikasjon av insekt Oktenol og repellents kan ha flere viktige anvendt aspekter. Sex feromoner (intraspecific signaler) av mange Klegger kan syntetiseres og slippes ut i luften for å forstyrre den parring atferd8. Både feromoner og kairomones (interspesifikk signaler) kan brukes til masse overlapping, tiltrekke og drepe overvåke feller å gi direkte informasjon pest status. Insektjagende, eksempel for mygg9, kan også utføres innen vindtunnel bioassay. Disse metodene spille en viktig del av integrert pest management og beslutning systemer for bønder.

Vindtunnel bioassay, der lukt mediert atferd repertoaret av en art kan overvåkes, er en kraftig metode for å identifisere potensielle nye verktøy til skadedyrbekjempelse erstatte eller redusere virkningen av plantevernmidler bruk.

Teoretisk begrunnelsen vindtunnel design er grundig beskrevet10. Her beskriver vi vindtunnel bygging, lukt program og fly atferd som har blitt brukt i flere forsøk for å bestemme vindtunnel bioassay protokollen. Vindtunnel (figur 1) på Nibio (Ås, Norge) er konstruert av ripebestandige gjennomsiktig polykarbonat. De fly er 67 cm høy, 88 cm bred og 200 cm lang. Foran flight arena er det en ekstra polykarbonat seksjon, 30 cm lang. Denne delen av vindtunnel fungerer som en verktøy seksjon for anvendelse av lukt. Hvis flyktige meningen av polykarbonat boliger i flight arena, de kan senere ble relansert og forurense mellom økter. I hver ende av delen verktøyet er det derfor et perforert metall rutenett. Begge nett begrense luftstrømmen og lage en liten overtrykk på motvind side. Dette resulterer i økt laminær strømning på vindretningen side. Kryssen rutenettet er laget av en perforert metallplate med 8 mm hull jevnt spredt over tverrsnitt av tunnelen å gi 54% åpne området. Vindretningen rutenettet har hull på 3 mm og en 51% åpne området. Dette reduserer turbulens og sikrer at lukt plume reise sentralt ned lengden på fly arena. Lukt plume har form av en smal kjegle og kan visualiseres ved bruk av røyk. På gulvet i klassen plasseres arena, plast eller papir sirkler av varierende størrelse (fra 5 til 15 cm diameter) for å gi insekter visuell tilbakemelding under flyturen. Det er en 25 av 50 cm dør på motvind slutten flytur arenaen og i delen verktøy. Mellom vindretningen slutten flytur arenaen og eksos filter-delen er det en 60 cm åpne området for insekt håndtering. Tilgang området er dekket på sidene med en 0,8 mm meshed stoff å hindre insekter rømmer inn i rommet.

Luften trekkes inn i første filterhuset av en vifte. Luften passerer gjennom en støvfilteret før det renset ved 24 høy kapasitet aktivt kull filtre og lansert i tunnelen. Luften avslutter tunnelen går gjennom en lignende filterhuset før han ble løslatt tilbake i rommet. Det kan være fordelaktig å utmatte luften på utsiden av bygningen gjennom avtrekksvifte. Fans på begge filter hus kjøres med samme flyt. Både fans har en kontinuerlig lysdemperbryter og er kalibrert til ulike vindhastigheter bruker en flowmeter. Air hastigheten er avhengig av arten testet. 30 cm s-1 er ofte et godt utgangspunkt. For små insekter, den ideelle air-hastigheten reduseres, og sterk flygeblader, fart kan være høyere større relative flight avstand.

Vindtunnel rommet forenkler kontroll av temperatur, fuktighet og lysintensiteten. LED strimler er plassert bak en 3 mm ugjennomsiktig poly(methyl methacrylate) ruten for å opprette en diffus lyskilde over og bak fly arena. Begge lyskildene kan styres uavhengig.

Lukt programmet kan oppnås på flere forskjellige måter. Vanligvis slippes lukt luftstrømmen i midten av motvind slutten flytur arenaen. Avhengig av problemstillingene for hånden, kan utgivelsen punktet være utsatt eller dekket. En glass sylinder (10 cm diameter, 12,5 cm lang) med en metall maske (2 × 2 mm mesh størrelsen) på vindretningen side kan visuelt blokkere lukt kilde og samtidig tjene som en landing plattform for insekter. I mange eksperimenter, kan en horisontal glass-plattformen brukes for å presentere lukt eller visuelle signaler nær utgivelsen punktet. Det er også muligheten til å løslate to lukt samtidig, side ved side, å lette valg analyser. Utgivelsen poeng plasseres 20 cm fra hverandre og lukt plumes overlappe fra halvveis ned tunnelen. Valg kan deretter identifiseres av hvilke plume insekt følger kryssen.

Vindtunnel design muliggjør mange metoder for flyktige utgivelsen. For eksempel kan en bestemt lukt frigis foran en bakgrunn lukt som slippes ut av en avling anlegget11,12. Ulike visuelle stimuli kan også være testet13,14. Eksperimentelle oppsett må tilpasses hvert arter og forskning spørsmål.

Naturlig lukt kilder, for eksempel plantedeler og syntetisk lukt fra dispensere kan innføres direkte inn i flyturen arena. For å isolere lukt mediert atferd fra visuelle, lukt kilde kan dekkes eller flyktige bæres inn i flyturen arena via en trekull filtrerte laboratorium lufttilførselen fra utsiden. Lukt kilde er da begrenset til en glasskrukke og luften er skjøvet gjennom glasset i vindtunnel via Teflon rør og glass rør. Fart på utgivelsen punktet bør tilsvare vindhastighet på arenaen.

For å løslate lukt på bestemte blanding prosenter, kan en sprøyta brukes. Sprøyta er en ultralyd munnstykke med en konisk tips og en innsatt microbore å forenkle en flytende flyt på 10 µL min-1. Munnstykket er koblet til en bredbånd ultralyd generator og opererer på 120 kHz. En sprøytepumpe presser lukt prøven i sprøyta munnstykket. Fluorholdige etylen propylen (FEP) rør med 0,12 mm indre diameter kobler 1 mL gastight sprøyten og munnstykket. Rør adaptere som svelle i etanol og krympe i luften, lette støvtette med ingen interne volum. Aerosol dråpestørrelse generert fra vibrasjoner i munnstykket er frekvens avhengige og avhenger av spesifikke løsemiddelet brukes. De små dråpene fordampe og bringes ned vindtunnel som flyktige. Det finnes også andre sprøyta tegninger og en billigere versjon bruker en piezo drevet glass kapillær gir en lignende løsning15.

Syntetisk mikser eller headspace samlinger kan brukes med sprøyta. Prøvene er fortynnet med ren etanol til de ønskede konsentrasjonene. Med flyktige samlinger, kan prøven bli utvannet samsvare med samling tid. Dette betyr at en flyktige samling samplet over 3t bør fortynnes til 1800 µL, som på en utgivelse rente fra sprøyta på 10 µL min-1 tilsvarer 3 h.

Identifikasjon av fly kan gjøres direkte ved manuell observasjon eller ved post hoc videoanalyse. Orientert flyet bør skilles fra tilfeldige fly. Lukt mediert atferd kan bli gjenkjent av følgende egenskaper: sikk-sakk fly over lukt plume, rett motvind fly når i skyen, og looping tilbake hvis du mister kontakten med skyen. Over tapet av en attraktiv plume, kan insekter også begynne å sikk-sakk med økende buer å koble til tapt plume3,4. Dette er grunnleggende i feltet omgivelser hvor insekter etter en attraktiv lukt må takle turbulens og skiftende retninger. Flight mønsteret er ikke ensartet og varierer over insekt bestillinger. Som et eksempel, sterk flygeblader som blowflies har en raskere motvind retning med større avstøpning mønster enn møll og vindhastigheten bør økes for å lette en lengre relativ bane.

Flukten til et insekt kan også bli filmet. Med et enkelt kamera, kan enkel Flybillett egenskaper beskrives ved å plotte x y koordinatene16. Ved hjelp av to kameraer med synkroniserte rammen fange, kan 3D klassen rekonstrueres bruker en ekstern programvare17. Flight sporet kan bli analysert for å gi informasjon om fly hastighet og avstand, flight vinkler med hensyn til vindretning og detaljer om flyturen karakteristikker i forhold til lukt plume. Det er både tilpassede og kommersielle utstyr og programvare tilgjengelig som aktiverer automatisk bilde for bilde-sporing. Kalibrering rammene skal brukes til referanse virkelige verden plass og rettlinjet vidvinkelobjektiver skal brukes til å minimere objektivfortegning. Forsiktighet bør utvises å redusere visuelle bakgrunnsstøy, for eksempel kanter og hjørner i vindtunnel arena, og maksimere insekt til bakgrunnen diskriminering. Ved hjelp av en infrarød lyskilde, refleksjon (f.eks., fra nattlige mygg) kan bli filmet med monokrom CCD kameraer17.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. klargjør BILLEDRØR

  1. Forberede glass-rør (f.eks., 2,8 cm diameter, 13 cm lang) og lukke ene enden med en plast snapin-cap.
  2. Separat 10 insekter i avkortet BILLEDRØR og dekket de gjenværende ende med gasbind med en strikk. Tillate insekter til acclimatize temperatur, lys og fuktighet vindtunnel rommet for minst 2 timer.
    Merk: Antall insekter innsiden hver rør, avhenger av arter og forskning spørsmålet.

2. forberedelser lukt

  1. Sprøyta protokollen.
    1. Fyll 1 mL gastight sprøyten med en utvannet headspace samling eller en syntetisk lukt blanding.
      Merk: Innholdet i utvannet headspace eller syntetiske lukt blanding, avhenger av insekt arter og forskning spørsmål. Generelt, bør konsentrasjonene brukes tilsvare naturlig utgivelse priser av autentisk lukt.
    2. Koble sprøyten spissen til FEP slangen med rør adaptere og Legg sprøyten i sprøytepumpen.
    3. Starte sprøytepumpen.
    4. Starte bredbånd ultralyd generatoren.
      Merk: Utgivelsen av aerosoler fra sprøyta kan bekreftes ved å velge en fakkel lys fra under utgivelsen punktet.
    5. Kjør sprøyta med 96% etanol minimum 10 min mellom behandlingene å rengjøre innsiden av rør og munnstykke. Bruk en egen sprøyte, dedikert til ren etanol, for alle rengjøring.
    6. Rengjør sprøyter og tuppen av munnstykket med 96% etanol etter bruk.
  2. Autentisk lukt kilde-protokollen.
    1. Sett inn ekte lukt kildene til vindtunnel eller en 2 L headspace samling glasset.
    2. Koble headspace samling glasset til luftstrømmen laboratorium og slipper inn i vind-tunnelen.
      Merk: Samle plantemateriale som nær starten av eksperimenter som mulig og forhindre wilting av setter inn det kutte slutten inn en liten flaske med vann. Mengden og typen plantemateriale, eller andre ekte lukt kilde, avhenger av insekt arter og forskning spørsmål.
  3. Plasser glassrør med insect(s) på en holder 180 cm vindretningen fra lukt/visuelle kilden og 30 cm fra bakken. Avkortet slutten skal peke mot vinden.

3. Start protokollen

  1. Bruk to kameraer for å ta to forskjellige visninger. Montere kameraer over flight arena og vinklet for å fange to forskjellige visninger.
  2. Åpne lokket.
  3. Starte tidtakeren.
    Merk: Ulike arter krever ulike tidsrammer å svare, f.eks., apple frukt møll (Argyresthia conjugella) svarer innen 4 til 5 min11, men grapewine møll (Lobesia botrana) krever opptil 20 min å svare 18.
  4. Observere flight mønsteret og vier spesiell oppmerksomhet til flight egenskaper og motvind orientering. Score flight ytelsen i henhold til forhåndsdefinerte opptreden arter, f.eks., ta av, orientert fly over korte avstander (minimum 20 cm), orientert fly over lengre avstander (< 5 cm fra kilden) og lande.
    Merk: Filming og 3D sporing ved hjelp av to kameraer kan brukes til å gi mer detaljert informasjon om flyturen karakteristikker. Generelt, er kameraer montert over flight arena og vinklet for å fange to forskjellige visninger.
  5. Samle insekter på veggene i vindtunnel, utenfor lukt skyen, og erstatte tilbake på holderen.
    Merk: Insekter kan gis en sjanse til å svare på lukt med motvind fly og ikke erstattet.
  6. Endre til rent glass maskinvare mellom behandlingene.
    Merk: Hyppige kontroll behandlinger bør kjøres for å identifisere mulig smitte kilder.
  7. Euthanize insekter med CO2 eller ved å fryse etter forsøkene.
    Merk: Avhengig av problemstillingen, kvinner kan være scoret for egg utvikling eller utsettes for å kontrollere tilstanden til vinger eller antenner.

4. rengjøring

  1. Vask alle metall og glass maskinvare med etanol og vann og la til tørr.
  2. Varme all metall og glass maskinvare til 300 ° C 6 h å fjerne forurensninger.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Blowflies reagerer sterkt lukt fra døde dyr som representerer en flyktig larver vekst substrat19,20. Bruker død mus som en naturlig lukt, vi undersøkt detaljer om flight virkemåten til 15 dagers gammel, parret kvinnelige C. vicina, med eller uten, en visuell stimuli ved lukt utgivelsen punkt13. For å eliminere den naturlige visuelle indikatoren, brukte vi glass krukke systemet beskrevet ovenfor. Med en vindstyrke på 30 cm s-1 blowflies vises, mer enn 80% take-off og orientert flight oppførsel i vindretningen slutten av vind-tunnelen og mer enn 60% av dem avansert med kontrollert og orientert bevegelse i motvind del av tunnelen ( Figur 2). Det var ingen signifikant effekt av den visuelle pekepinnen orientert flight oppførsel. Imidlertid vil effektivt vise hele spekteret av atferd som under naturlige forhold vil gi blowflies mulighet til å sette inn egg på en carcass (avgang, orientert fly og landing), er et tillegg av en visuell pekepinn nødvendig å merke lukt kilde. Bruk av en visuell pekepinn betydelig økt landinger på kilden fra 14% til 40%. Denne enkle utvinning av en større vindtunnel eksperiment13 illustrerer behovet for en fullstendig beretning om de sensoriske modalitetene brukt ressurs plassering av insekter, og det viser at utvidet informasjon om virkemåten kan styrke resultatene og senere at mer kunnskap skal trekkes ut fra hvert eksperiment.

For å svare hvilke flyktige bunker ert møll bruker for å finne en passende vert anlegg for oviposition, studerte vi motvind retningen på 5-7 dag gammel parret kvinner mot ert planter i ulike phenological stadier (blad, bud, blomst, pod) i vindtunnel14 . Vindhastighet var 30 cm s-1, lysintensiteten 1000 lux, temperatur 20-22 ° C og RH 60-70%. Vi brukte en kombinasjon av visuelle og olfactory signaler ved å plassere de levende plantene direkte i motvind slutten av vindtunnel arena og sammenligne de atferdsmessige responsen med tilsvarende headspace ekstrakter. Vi testet en syntetisk blanding av ti antennaly aktive ert anlegget flyktige. Atferdsmessige svar ert møll (Figur 3) viste at parret kvinner var mye mer tiltrukket ert planter med blomster (58%) og knopper (52%) enn ert planter i bladet (10%) eller pod scenen (24%). Lignende svar ble observert ved hjelp av tilsvarende tanken ekstrakter. Parret kvinner var mest tiltrukket headspace ekstrakter fra ert planter (56%), etterfulgt av ert planter med knopper (42%), og lav svar ble registrert for pod (28%) og blad scenen (10%). Tester en sprayet syntheic blanding av ti antennaly aktive ert flyktige som stimuli, resulterte i en landing respons på 34%.

Resultatene viser koblingen mellom verten plante phenology og tilhørende plante lukt, så vel som dens innvirkning på oppførselen til paret C. nigricana kvinner. Parret kvinner har en klar preferanse for ert planter under utvikling blomst og tilknyttede lukt profilen er avgjørende for hvor vert. Videre, dette eksperimentet viser at paret C. nigricana kvinner kan skille mellom ulike phenological stadier ert planter når sensing bare flyktige signaler. Sensorisk Integrasjon er viktig for verten plassering og kan øke muligheten til å oppfatter mindre forskjeller, spesielt i kvinner13,21,22. Likevel, i dette vindtunnel eksperimentet, landing svarene på headspace utdrag fra ert planter (56%) uten tilstedeværelse av visuelle stikkord var de samme som svar til virkelige anlegget (58%). Likheten mellom headspace ekstrakter eneste og ekte antyde at lukten er grunnleggende verten anlegget stikkordet for paret C. nigricana kvinner.

En av de største utfordringene ved utvikling kairomone lokker fra vindtunnel atferdsmessige analyser, oversetter den ferdig blandingen i feltet miljøet. Vindtunnel har en ren lukt bakgrunn, mens feltet forholdene er gjennomsyret av lukt fra de omkringliggende vekstene som kan endre kjemiske informasjonen.

Eksperimenter i vindtunnel ble utført med feltet samlet kvinner vind hastighet av 30 cm s-1, lysintensiteten til 5 lux, temperatur, 19-20 ° C og en RH 55-65%. Eksperimenter med og uten bakgrunn lukt hjulpet i utviklingen av en plantebaserte flyktige feltet tablett for apple frukt møll Argyresthia conjugella11. Resultatene viser at den lukt dispensere med en kompleks blanding (7 komponenter) og en enkel blanding (2 komponenter) har lignende motvind attraksjon når presentert alene på bakgrunnen (figur 4A). I en valg-analysen, men foretrakk med den felt dispensere innebygd i en apple flyktig bakgrunn, apple frukt møll kvinner komplekset, men ikke enkle blanding (figur 4B).

Resultatene viser at blanding kompleksiteten er en sentral aktør å overvinne plante bakgrunn innflytelse og at bakgrunnen samspillet må vurderes når du utvikler kairomones for feltbruk.

Figure 1
Figur 1. Skjematisk av vindtunnel ligger som NIBIO, Ås - Norge. Vindtunnel er plassert i et klima kontrollerte rom. Luftstrømmen er filtrert med aktivt kull filtre før og etter lukt program, og deretter sendt tilbake i rommet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2. Gjennomsnittlig (±SE) prosent atferdsmessige respons av Calliphora vicina til naturlig lukt kilder med og uten visuelle stimuli. Lukt stimuli var begrenset til en glasskrukke og introdusert i vindtunnel av en trekull filtrert luftstrøm. Dette tallet har blitt endret fra [Aak, A. og Knudsen, G. K. (2011) Kjønnsforskjeller i luktesans-mediert synsskarphet i blowflies og konsekvensene for kjønnsspesifikke overlapping. Entomologia Experimentalis et Applicata 139 25-34]. Betydelige forskjeller er identifisert av t-tester (signifikansnivået: p = 0,05) på totalt 50 fluer per eksperimentell behandling, med gjennomsnitt basert på andelen respondere blant 10 fluer testet på fem separate dager. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3. Prosent landing svar (±SE) av Cydia nigricana ert planter i forskjellige phenological scene, tilsvarende headspace samlingen og en syntetisk volatil blanding av 10 antennaly aktive forbindelser. Tanken og syntetisk blandingen ble løslatt fra en ultralyd sprøyta. Plantemateriale ble plassert direkte inn i flyturen arena. Dette tallet har blitt endret fra [Thöming, G., Norli, H. R., Saucke, H. & Knudsen, G. K. (2014) ert plante flyktige guide vert plassering atferd i ert møll. Leddyr-Plant interaksjoner. 8 (2), 109-122]. Betydelige forskjeller er identifisert av ANOVA (signifikansnivået: p = 0,05). Alle behandlinger, minst 50 kvinner ble testet og møll hadde 6 min å svare på lukt. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4. Prosent Argyresthia conjugella nærmer komplekse og forenklet Oktenol (< 5 cm). (A). motvind tiltrekning til feltet dispensere uten bakgrunn. (B). motvind tiltrekning til feltet dispensere innebygd i anlegget flyktige bakgrunnen. Dette tallet har blitt endret fra [Knudsen, G. K. & Tasin, M. (2015) småblødninger inntrengerne: et overvåkingssystem basert på anlegget flyktige å forutsi apple frukt møll angrep i epletrær. Grunnleggende og anvendt økologi 16 (4), 354-364]. Betydelige forskjeller er identifisert av ANOVA (signifikansnivået: p = 0,05). Alle behandlinger, minst 45 kvinner ble testet og møll hadde 5 min til å svare på lukt. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Vindtunnel er et nyttig verktøy for å identifisere både tiltalende og frastøtende lukt for mange insekter4,9. Med lyd kunnskap av økologi, biologi og atferd av insekter studerte egenskapene fly kan lett identifiseres og miljøforhold, vindhastighet, visuelle stimuli og lukt programmet kan skreddersys for å passe. Det anbefales når du starter med en ny art, å finjustere vindtunnel parametere bruke mest attraktive kilden mulig. Med kairomones, er dette vanligvis live vert plantemateriale eller naturlige matkilde og med feromoner, et bur ringer kvinne eller mann (avhengig av insekt studerte). For å identifisere repellents, finnes det også et behov for en attraktiv kilde å måle antagonisme9. Disse resultatene vil også tjene som en opprinnelig plan for videre eksperimentering.

Vindtunnel dimensjonene anses å gi rom for fri bevegelse og visning av medfødt fly egenskaper. Med sterk flyers og store insekter, kan store flight arenaer være nødvendig. En del av arenaen kan brukes for mindre insekter. Vindhastigheten kan være spesifikke for insekt studerte og bør justeres for å passe flight kapasitet. Med alle odorants, men spesielt med feromoner bekymre burde være tatt å unngå forurensning og hyppige kontroll behandlinger bør gjøres for å unngå falske konklusjoner.

Aktivt kull filtrene vil levere et blankt lerret for anvendelse av de ønskede lukt. Men det kan være en flip side å rengjøre laboratorieforhold, fordi naturlige bakgrunn lukt kan samhandle med utviklet feltet dispensere11,23. Oversette vindtunnel blanding av allestedsnærværende flyktige feltet forhold kan da være mindre likefrem og alternativer for å inkludere bakgrunn lukt i vindtunnel bør vurderes. Med feromoner, som er tydelig flyktige, oversettelsen feltet forhold er mindre problem. Dette gjelder også for flyktige fra sjeldne ressurser, slik som cadaver kairomones benyttes av Calliphorid flyr24.

Sprøyta er et utmerket verktøy for å slippe flyktige kjent konsentrasjoner og blanding prosenter. Sprøyta omgår problemet for beregning av utgivelsen priser som raskt blir komplisert. Med sprayet headspace er det lett å sammenligne effektiviteten til en flyktige headspace samling ved å sammenligne tiltrekningen til levende planter og intakt plantemateriale. Innholdet i flyktige samlinger kan identifiseres med en gasskromatograf som er koblet til en masse spectrometer. Sprøyta benytter et løsemiddel utvannet utvalg. Løsemiddelet kan samhandle med insekter fly ytelse og bekymre burde være tatt å identifisere effekten. Etanol er en attractant for enkelte insekt arter, f.eks., woodboring biller25. Som sprayer funksjoner av vibrerer på Ultralydutstyr frekvenser, også utvises vurdere anti-ROV svaret på enkelte arter i stand til å oppdage ball26.

Tiltrekningen av kravlende kryp kan også testes i en vindtunnel27. En hevet plattform, parallelle og i sentrum av lukt skyen kan deretter monteres inn i arena28. Imidlertid bør bestemte omsorg tas hensyn til forurensning.

Vindtunnel kan også være et kraftig verktøy for å validere bioteknologisk løsninger, som en studie av genmodifiserte Vitis vinifera planter med endrede kairomone utslipp forhold og tilsvarende L. botrana attraksjon har vist29. Transgene planter, headspace ekstrakter og syntetisk blander ble testet for L. botrana attraksjon i vindtunnel og resulterte i redusert attraksjon sammenlignet control planter V. vinifera29.

Det er imidlertid noen begrensninger på bruken av vinden tunneler som bør vurderes nøye i hvert enkelt tilfelle. Insekter normalt brukes i arena bare én gang, er arter med lang generasjonstid mindre ideelt for vindtunnel eksperimenter. Rød oppførte artene kan også være kontroversielle teste i atferdsmessige laboratoriestudier. Imidlertid Klegger, som det er et betydelig behov for attraktive sluk, har vanligvis kort generasjonstid, og tilstrekkelig antall kan oppnås fra feltet samling eller en oppdrett protokoll.

Vindtunnel sikkert har sin plass i kjemisk økologi atferdsmessige studier. Det kan konstrueres på ulike måter, avhengig av budsjettet, og funksjonalitet kan legges til å passe med ulike problemstillinger. Vindtunnel har fordelen at observasjoner og målinger av insekt Svar å lukt og andre sensoriske stimuli flight atferd.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Ingen

Acknowledgments

M. Tasin ble støttet av den svenske Research Council for bærekraftig utvikling (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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hansson, B. S., et al. Insect olfaction. , Springer. Berlin Heidelberg. (1999).
  2. Murlis, J., Elkinton, J. S., Cardé, R. T. Odor Plumes and How Insects Use Them. Annual Review of Entomology. 37, 505-532 (1992).
  3. Todd, J. L., Baker, T. Ch. 3. Insect olfaction. Hansson, B. , Springer. 67-96 (1999).
  4. 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).
  5. Baker, T. C., Fadamiro, H. Y., Cosse, A. A. Moth uses fine tuning for odour resolution. Nature. 393 (6685), 530 (1998).
  6. 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).
  7. Srinivasan, M. V., Zhang, S. W. Visual motor computations in insects. Annual Review of Neuroscience. 27, 679-696 (2004).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Baker, T. C., Linn, C. E. Techniques in pheromone research. Hummel, H. E., Miller, T. A. , Springer. 75-110 (1984).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. El-Sayed, A., Godde, J., Arn, H. Sprayer for quantitative application of odor stimuli. Environmental Entomology. 28 (6), 947-953 (1999).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Johansen, H., et al. Blow fly responses to semiochemicals produced by decaying carcasses. Medical and Veterinary Entomology. 28, 9 (2014).
  20. 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).
  21. 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).
  22. Reeves, J. Vision should not be overlooked as an important sensory modality for finding host plants. Environmental Entomology. 40 (4), 855-861 (2011).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).

Tags

Atferd problemet 141 kjemiske økologi kairomone feromon ultralyd sprøyta overvåking olfactory og visuelle stimuli
En vindtunnel for lukt mediert insekt atferdsmessige analyser
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Knudsen, G. K., Tasin, M., Aak, A.,… More

Knudsen, G. K., Tasin, M., Aak, A., Thöming, G. A Wind Tunnel for Odor Mediated Insect Behavioural Assays. J. Vis. Exp. (141), e58385, doi:10.3791/58385 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter