昆虫研究或监测项目照片吸引力生物测定的关键要素

Behavior

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Summary

光吸引生物鉴定竞技场是用来确定最佳的光色 (s), 以最大限度地吸引昆虫;然而生物鉴定和方法是具体的对目标昆虫行为和栖所。可定制的设备和修改解释为夜间或日间和陆地或空中昆虫。

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Cohnstaedt, L. W., Disberger, J. C., Paulsen, E., Duehl, A. J. Key Elements of Photo Attraction Bioassay for Insect Studies or Monitoring Programs. J. Vis. Exp. (137), e57445, doi:10.3791/57445 (2018).

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Abstract

优化的视觉引诱将利用目标昆虫的先天行为 (正照片-出租车) 作为引诱昆虫进入人口控制或监测陷阱的手段, 从而提高昆虫的诱捕效率。发光二极管 (led) 已经创建了可定制的照明选项, 具有特定的波长 (颜色), 强度和带宽, 所有这些都可以定制的目标昆虫。照片吸引力行为生物鉴定可以使用 led 优化的吸引力颜色 (s) 的昆虫物种下到特定的生活历史阶段或行为 (交配, 喂养, 或寻求庇护)。研究人员必须确认现场的生物鉴定结果, 了解视觉引诱的有限吸引力距离。

立体式生物鉴定竞技场是一种灵活的方法来评估照片的吸引力, 同时也评估一系列的自然昆虫行为, 如逃生和喂养的反应。竞技场可用于地面或空中昆虫实验, 以及日间和夜间昆虫。数据收集技术与竞技场是录影, 计数接触与灯, 或者物理收集昆虫, 因为他们被吸引对光。该化验的目的是使无选择的昆虫和竞技场可以是单一 (非竞争性) 颜色或多种 (竞争性) 颜色。这种立体设计使有强烈 thigmotaxis 的昆虫返回到竞技场的中心, 在那里他们可以查看竞争性 LED 测试中的所有选项。这里介绍的立体平台被用于蚊子, 床臭虫, 粗麻布苍蝇, 房子苍蝇, 叮咬蠓, 红面粉甲虫和 psocids。生物鉴定是用来开发准确和有效的昆虫陷阱, 以指导开发和优化的昆虫陷阱, 用于监测害虫种群波动的病媒风险评估, 引进入侵物种, 并/或用于人口镇压。

Introduction

几乎所有的昆虫学监视都依赖于嗅觉或视觉引诱, 而且往往都是两者。挥发性嗅引诱可能分散在整个环境导致一个大的吸引力区域。然而, 视觉引诱可能有一个更有限的范围, 因为无脊椎动物复合眼分辨图像1,2,3。因此, 视觉引诱必须对感兴趣的昆虫进行优化, 以最大限度地吸引和利用目标昆虫的自然行为而设计的陷阱。

视觉吸引是基于从太阳或其他光源吸收或反射物体表面的波长;有机体看待这波长的吸收或折射作为颜色。昆虫视觉被发现包括蓝色, 绿色和紫外线 (紫外) 波长1。昆虫使用他们的视觉帮助寻找配偶, 食物和收容所4。昆虫可以视觉地定义对象大小, 颜色, 形状, 运动和对比5,6。夜间发生活动昆虫通常被吸引到不同的对比度和强度4, 而日间昆虫可以解决颜色和图像, 除了对比, 因为在白天更大的光子可用性。监测陷阱使用昆虫的视觉线索, 以他们的优势, 以优化吸引力和捕捉7

最常见的评价照片吸引力的方法是观察昆虫运动对各种彩色形状, 如花卉8或对象 (如粘卡9,10)。使用殖民昆虫进行视觉生物鉴定可以帮助确定波长和/或强度的最佳范围, 从而减少田间试验的次数。视觉生物鉴定, 如 "双侧光隧道" 设计用于测试苍蝇11。两条双侧轻型隧道的问题是, 他们并没有考虑到没有收集的昆虫。大多数昆虫会被困在内部的角落和沿边缘的竞技场。同时, 只有两种颜色可以一次测试。其他化验包括 Steverding & Troscianko (2004)12的方法, 它将舌蝇的吸引力缩小到宽波段 (±50 nm) 的光色。发光二极管 (led) 已被纳入陷阱, 以改善昆虫的吸引力, 通过优化发射光波长1,13,14。利用昆虫的先天行为引诱昆虫, 优化这些陷阱或监测装置的视觉吸引力, 可以提高昆虫的采集效率。这样, 生物测定结果被用来优化现有的诱捕技术。"陆地节肢动物陷阱", 改善了行业标准圆顶型陷阱的红面粉甲虫监视 (美国专利号 US8276314B2)) 和 "改善光陷阱的方法和组合", 将发光二极管纳入空中昆虫陷阱 (美国专利号 US2009/0025275A1)。这两项专利使用 LED 技术, 优化使用生物鉴定结果, 以显著改善昆虫陷阱。

这项研究描述了一个照片吸引生物鉴定竞技场和方法, 允许调查人员评估昆虫对窄波长的反应, 作为一个竞争性或单一的吸引力的颜色。为夜间、日间、陆地和空中昆虫提供设备和实验性的修改。

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Protocol

1. 生物测定组件

  1. 地面竞技场建筑
    1. 使用2.54 厘米长的金属闪光材料条。将每个条弯曲成一个直径为15.24 厘米的半圆圈 (图 1)。
    2. 连接每个半圆圈的两端, 并形成一个立体形状从四件。将锁紧螺母和 #10 机器螺钉连接到每个半圆的两端, 将其固定在一起。
    3. 在每个半圆形0.79 厘米的中点钻一个洞, 从竞技场的底部。将5毫米的 LED 支架贴在每个半圆中间的钻孔上。
    4. 为了减少反射, 在整个竞技场14喷涂哑光黑色喷漆覆盖金属闪烁。使用液体质地 (例如, Fluon), 以防止昆虫从竞技场爬出喷雾漆。
  2. 空中竞技场建设
    注: 空中竞技场与地面竞技场有相似的大小和维度;然而, 使用聚丙烯材料 (图 2)。透明的塑料使所有光线都能通过。透明的塑料防止反射干扰实验。透明的塑料也使实验得以拍摄。
    1. 螺纹的每个半圆的最远的点, 以允许收集容器螺丝到主要竞技场。立体形的形状将昆虫送回中部。没有外在的角落鼓励昆虫会众;然而, 为空中昆虫收集的杯子有所有内部角落和没有外在角落。
    2. 对于空中竞技场的收集容器, 使用螺丝顶 polymethylpentene 容器 (125 毫升, 64 毫米外径, 74 毫米高度) 和钻底 (15 毫米直径)。
    3. 每个容器的底部, 贴螺纹管 (15 毫米直径, 60 毫米长度)。
    4. 将5毫米的 LED 支架连接到每个容器的盖子上。把每个收集笼盖在收集笼的大口上。
    5. 在收集笼的另一侧的小孔中, 将螺纹管从舞台上固定下来。确保整个螺纹管端与竞技场内的墙壁齐平, 并与收集笼紧密配合。
      注: 螺纹管由聚四氟乙烯制成。聚四氟乙烯发光的 LED 的颜色, 其收集笼举行。螺纹管是唯一的元素, 与昆虫在竞技场上发光, 由于在每个收集笼底部的灰色塑料物质。
  3. 电子制剂
    注意: led 的各种颜色 (波长) 依赖于用于构造 LED 的化学物质, 因此可以使用多种颜色 (表 1)。
    1. 对于所有的实验, 使用标准的5毫米 led 与正负引线。发光二极管的波长范围为 5 nm, 或者在波长范围内很大, 有 50 nm。
    2. 将查看角度定义为可查看显示的最大锥角。这些被称为通孔 led。通过孔 led 需要通过 PCB 上的孔插槽、线束或焊接到负极和正端的导线。表面贴装 led 需要适当的 PCB 设计和焊料来结合。
    3. 将可变电阻器纳入电子设备以控制 led 的功率摄取 (led 强度) (图 3)。使用光光谱仪来验证每个实验的发光二极管的强度 (W/米2) 和波长 (nm)。

2. 竞技场准备

  1. 在每次复制之前和之间, 小心地拆卸和清洁竞技场使用无嗅, nonabrasive 肥皂在温水去除任何气味或有害的引诱。使用低磨料水平的海绵, 以避免刮伤竞技场。
    1. 彻底干燥竞技场, 并把它放到一边完成空气干燥准备下一次试验。这将防止水渍的发展。在竞技场上, 划痕和水斑会引起对这些点的折射。失真会在结果中产生错误。
    2. 每当竞技场必须被处理, 佩带丁腈橡胶手套避免在竞技场的表面介绍人的气味。
  2. 记录以下环境条件: 湿度、温度、气压、日期、开始/结束时间、外部光源以及舞台上的 LED 位置。记录这些值, 并监控它们从实验到实验的趋势。这确保了适当的均匀实验复制, 记录了复制前后的环境条件。
  3. 实验类型
    注意: 此设置能够进行单一和竞争性的光测试。
    1. 对于单一的光测试, 使用一个光发射在一个单一的立交桥, 而其余的三叶草叶子没有从他们的排放。
    2. 在竞争实验中, 从四立体式的不同特征中, 发射出光。
      注: 其他实验可以评估昆虫状态 (喂养, 饥饿, teneral, 交配, 血喂养等) 的重要性和生命史阶段。行为记录/分析软件可以用来记录和量化行为。对于夜间实验, 红外摄像机可以用来查看昆虫, 这将在红外记录中发光白色与黑暗竞技场形成对比。
    3. 在每次复制后旋转 LED 位置, 以控制相对光源与任何环境偏好之间的光干涉的潜在影响。
    4. 要计算不进入孔的昆虫的收集数量, 请使用红外线指示灯、红外线照相机和软件14。视频记录将显示甲虫访问每个 LED 的次数。除非昆虫从竞技场的中心向 led 移动, 而不是跟随一个 led 的边缘, 否则不计算集合。
  4. 竞技场设置
    1. 设置一个基座与四相同的梅森罐子, 并放置在他们上面的黑色亚麻布。亚麻布是黑色的, 以防止光线反射出竞技场的底部。
    2. 把竞技场的底板放在这个基座的顶部。把竞技场的每一块都组装在这个基板上。
    3. 在基板的释放点周围集中放置立体空间。保持这个中心允许昆虫从实验中心出来, 给他们没有最初的偏好。
    4. 将发光二极管 (led) 安装到四集合容器的 LED 支架中。
    5. 设置电气设备控制灯。

3. 开始生物鉴定

  1. 将竞技场的清晰盖子放在与底板平行的竞技场上。如果昆虫通过底板释放, 竞技场盖子应该已经在竞技场上。这包含昆虫并且允许视觉评估或录影记录 (地面昆虫)。
    1. 如果必要的物种 (空中昆虫), 暂时固定的昆虫, 以允许从他们的 (出现) 网箱提取和允许竞技场介绍。敲昆虫下来可以临时地被完成与二氧化碳或冷的温度 (<-20 °c 为蠓到-4.0 °c 为蚊子)。
    2. 用一个吸引器, 从被击倒的昆虫提取欲望的性和计数昆虫。然后, 通过基板将昆虫引入竞技场。使用管道或其他吸虫工具进行昆虫提取。太多的处理或长时间的暴露会减少生存。
    3. 在鼓掌前开始生物鉴定记录/评估, 以确认昆虫只响应光线, 而不表现出逃生应答。为避免逃逸反应, 在电子设备通电前, 为昆虫提供1小时的驯化时间。昆虫在进入新环境时, 会向特定波长的光方向转变。

4. 结束和量化生物鉴定

注意: 每次实验复制的持续时间取决于昆虫的行为和反应时间, 一般使用更长的曝光时间, 更多的反应往往更有信息量。

  1. 记录环境条件。
  2. 停止录制, 如红外线摄像机, 如果使用。
  3. 在使用收集分庭的情况下: 每次复制后, 将立体平台放到一个冷藏库中, 以杀死昆虫进行量化。竞技场不应该留在冰箱里太长, 因为结冰的环境可能会导致塑料开裂。
  4. 通过计算采集笼中的昆虫应答者或分析视频来量化昆虫行为。保持在立体平台上的昆虫被算作没有选择。例如,库蠓属被发现是最吸引紫外线光相比, 使没有选择7

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Representative Results

陆地竞技场已经被用来改善红面粉甲虫14的害虫监测陷阱, 为粗麻布飞行15和叮咬蠓7的空中竞技场。虽然立体的竞技场是相似的, 每种昆虫的条件是不同的, 并容纳了评估夜间或日间昆虫, 可以爬行或飞行。更重要的是, 这些实验室研究转化为监测害虫种群变化、入侵物种引进、抑制人口和/或疾病媒介风险评估的现场应用。

红面粉甲虫, 一种储存的产品害虫, 被评估在地面竞技场和拍摄使用红外线摄像头14。反应被认为是正面的颜色, 如果甲虫移动朝向和接触的 LED。竞技场设置是一个竞争性的风格, 四盏灯或三盏灯和一个黑暗的空白, 以控制。试验数据表明, 甲虫是最吸引近紫外线 LED (390 nm) (图 4)。这一信息被用来制作一个更好的红面粉甲虫陷阱使用八角型紫外线 LED 阵列, 这导致20% 的收集增加比1% 捕获率与原始的信息素引诱剂单独。

粗麻布苍蝇, 麦田害虫被评估为相片吸引力使用空中竞技场以日设置15。粗麻布飞行是最被吸引的绿色波长以高强度 (图 5)。雌性偏爱502和 525 nm 的绿色光谱。然而, 两性都喜欢高强度的光 (16 瓦特/米2)。这是第一次报告粗麻布飞行吸引力选择发射波长和强度从 led 在受控条件下。这些结果被用来开发一个更好的粗麻布飞行检测陷阱 uninfested 麦田。

病媒咬蚊、库蠓属 sonorensis可传播病毒, 在 cervids、ovids 和 bovids 可能导致流行病性出血病或蓝舌病。sonorensis在夜间条件下使用空中竞技场进行测试, 以确定吸引糖的最佳颜色, 以寻找叮咬7的蠓。最大比例的叮咬蠓被吸引到紫外线 (紫外线) 光和光强度是重要的最明亮的灯光最吸引人 (图 6)。分别以 355 nm 和 365 nm 的波长触发了寻糖和逃逸行为, 并对两色光之间的咬蚊进行了区分。利用这些波长, 可以改善sonorensis对光阱的吸引力, 并将这些灯纳入杀虫糖陷阱16

Figure 1
图 1: 这幅图画反映了地面竞技场的尺寸.发行点在竞技场中间并且 LED 附件的点在每个半圈子的顶点被标记。还提出了一个从 LED 锥形光投射的例子。led 的最佳视角是 45°, 虽然竞技场设计允许更窄或宽广的视角, 因为半圆圈将限制光交叉, 除了在竞技场中间。与空中竞技场相比, 地面竞技场的外形更低, 因为昆虫不需要空间飞行, 这有助于视频记录关注昆虫。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 2
图 2: 从透明丙烯酸构造的空中光检测竞技场虽然它具有地面竞技场的所有相同的设计优势, 但允许更多的垂直空间用于飞行昆虫的评估.四收集容器有不同的波长的 led 照亮他们各自的顶点的立体。该图显示竞技场设置了红色、绿色、蓝色和紫外线灯的竞争风格。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 3
图 3: 连接到可变电阻器 (电位器) 的6伏直流电源的电气示意图, 它控制每个 led (发光二极管) 的功率, 因此每个 led 的强度可以独立调整.中性密度纸也可以用来降低强度而不改变发射波长。波长和波长范围通过选择不同的 LED 化学成分进行调整。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 4
图 4:顶对十只红面粉甲虫的运动进行了5分钟的评估。访问被定义为移动到颜色导致触摸 LED。测试的颜色是蓝色 (410 毫微米) 和 UV (390, 380 和360毫微米)。标准误差条被指出, 并通过字母 (p < 0.0001) 表示显著的差异, 不同的字母表示明显不同的方式。底部进一步评估运动以更低的强度颜色是相似的, 但以颜色紫外 (390 毫微米), 绿色 (555 毫微米), 红色 (655 毫微米) 和黄色 (587 毫微米)。(图 4是从 Duehl2011 转载的。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 5
图 5: 对男性和女性的粗麻布苍蝇分别进行了照片吸引力评估, 以防止 cofounding 因素.(C) 是雌性苍蝇的反应, (D F) 是男性。不同字母 (P < 0.05) 表示显著差异, 不同字母表示不同的表达方式。(A 和 D)雄性和雌性都被吸引到绿色 (527 毫微米) 相比, 红色 (624 nm), 琥珀 (590 nm) 和蓝色 (472 nm)。(B 和 E)在绿色光谱之内502-525 毫微米是最有吸引力的, 并且 (C 和 F) 光强度是重要的。(图被转载从施密德。2017与允许。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 6
图 6:库蠓属 sonorensis比蓝色、绿色或红色更吸引了紫外线光。不同的字母表示明显不同的方法 (P < 0.05), 不同的字母表示明显不同的方式。每次复制之前都提供糖餐。底部利用库蠓属 sonorensis运动对同一紫外光进行了光照强度的评估, 但在不同强度下 (4、8和12瓦特) 和蓝光 (24 瓦)。(图被重印从斯奈德。2016与允许。请单击此处查看此图的较大版本.

补充表 1: 波长通用 LED 表.更窄的 LED 波长确实存在;此列表仅显示了昆虫视觉光谱中存在的广泛的发光二极管范围。请单击此处下载此文件.

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Discussion

照片吸引生物鉴定是一个重要的工具, 以确定最佳的吸引力的颜色 (s) 和最小化的选择, 这些颜色的野外试验。然而, 在优化特定昆虫的生物测定时, 必须考虑几个因素, 其中包括: 单光vs。竞争性光实验、亮度、最佳光谱范围、环境光干扰、昆虫状态和可能限制可能的反应的自然行为。

大多数昆虫都有一些趋光性, 这可能是一种先天的逃逸机制, 导致昆虫向光移动。这可以通过提供一个单一的光源在竞技场上, 并留下其他三侧黑暗的测试。然而, 一个竞争性的测试将有四色的灯, 并显示颜色偏好的基础上的昆虫响应每一个光。生物鉴定用户必须确定他们是否在测试光的吸引力或光偏好。竞争的舞台也可以建立, 以寻找排斥以及。请记住, 如果昆虫停留在竞技场上, 而不是朝向光的方向, 它们仍可能无法选择浅色。这些没有选择昆虫必须在结果被占去。

发光二极管亮度必须始终考虑, 竞技场灯必须增加或减少到相同的强度;因此, 在每次试验前用光光谱仪测试发光二极管的亮度是很重要的。电位器是重要的控制电压对每个 LED, 反过来调整亮度。商业生产的 led 因电压响应而异, 因此即使在一组具有相同光谱的 led 中, 也必须对每个不同的 led 进行评估, 并在使用前调整电位器。即使用这种技术中性密度过滤器有时需要减少非常明亮的灯泡的强度。斯奈德。(2016)8和施密特。(2017)10发现了亮光是一个重要因素在咬住的蚊子和粗麻布飞行汇集以更加明亮的光收集比例地更多昆虫, 虽然波长是最重要的因素跟随由亮光。

生物鉴定用户将受益于测试窄波长光谱 led。斯奈德。(2016)8发现了 C. sonorensis能区分波长 (10 毫微米分开) 和这些引起了非常不同的行为反应。因此, 为了确定给定行为的最佳窄光波长, 需要有窄波长的 led。

外部光线会干扰光线的吸引力。施密特。(2017)10发现了粗麻布苍蝇比在被点燃的一个黑暗的竞技场时更吸引颜色。然而, 在一个黄昏的竞技场 (部分点燃), 灯光的效果最好。一个黑暗的竞技场阻挡了100% 的外部光线, 用来测试夜间昆虫在他们更自然的视觉环境。该竞技场还可用于自然光模拟日间昆虫的视觉环境, 这是在真实世界捕获条件下确保吸引力的一个重要因素。

虽然视觉吸引力是重要的, 嗅觉引诱 (费洛蒙, 利它素) 可以添加如在 Duehl。(2010)16. 这种协同吸引增加了陷阱收集。长途引诱剂可以帮助使个人更接近吸引力的光源, 并将大大增加陷阱吸引14。例如, 用来吸引红面粉甲虫的信息素是女性性信息素。然而, 测试各种阶段, 如美联储, 未交配, 新出现, 产卵, 食物/寄主寻求或其他国家可能是重要的, 因为他们可能有独特的吸引力, 因为可能的各种生命历史阶段, 如幼虫, 蛹, 或成人。陷阱环境也应该考虑, 在食物丰富的环境如面粉厂食物气味基于引诱将是较少有效的。

竞技场可能改变或影响昆虫的行为, 即使在控制条件下, 如固定的光水平, 湿度和温度。小面积或开口可能对自然昆虫的运动有限制。例如, 在一次试验中,淡色叶甲蚊子没有进入收集笼中狭窄的开口 (Cohnstaedt, 个人观察), 而房子苍蝇不会进入暗区11。在某些情况下, 这些可以通过使用粘纸和捕捉到附近的灯, 但不会进入笼子或摄录昆虫行为的昆虫来克服。因此, 所有实验室生物测定结果都需要通过田间试验加以确认。

光生物鉴定竞技场和协议被描述是独特的, 因为它们可以适应任何陆地或空中昆虫物种。竞技场设计为高活动性和低活动昆虫 (立体形) 和灯是灵活的为各种各样的竞争和非竞争的化验。最后, 该方法还能适应大多数生命史特征 (如饥饿、糖/寄主寻求、生命史阶段等) 。这些原因有助于使这一光生物鉴定一个普遍和灵活的协议, 以最少的时间或金钱投资。

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Disclosures

没有

Acknowledgements

没有

Materials

Name Company Catalog Number Comments
metal flashing material
#10 stainless steel machine screw Stock
#10 stainless steel locking nut Stock
5 mm LED holder Radio Shack Corp 276-080
matte black spray paint Stock
Fluon Stock
molded polyacrylic
screw top Nalgene Thermo Fisher Scientific Nunc polymethylpentene 125 mL, 64 mm outer diameter, 74 mm height
Threaded Teflon pipes Stock 15 mm diameter, 60 mm length
StellarNet light spectrometer Stellar Net, Inc BLACK Comet C-SR-25
LED infrared light source Tracksys LTD
infrared video camera Panasonic Corp WV-BP330 Panasonic CCTV camera
MEDIACRUISE software Canopus Corp

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References

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