Använda Flygkvarnar för att mäta flygning benägenhet och prestanda för västra majs Rootworm, Diabrotica virgifera virgifera (Leconte)

Summary

Flight Mills är viktiga verktyg för att jämföra hur ålder, kön, parning status, temperatur, eller olika andra faktorer kan påverkaen insektflykt beteende. Här beskriver vi protokoll för att tjudra och mäta flyg benägenheten och prestandan hos Western Corn baggar under olika behandlingar.

Abstract

The Western Corn Rootworm, Diabrotica virgifera virgifera (Leconte) (Coleoptera: Chrysomelidae), är en ekonomiskt viktig Pest av majs i norra USA. Vissa populationer har utvecklat resistens mot förvaltningsstrategier inklusive transgena majs som producerar insekticid toxiner som härrör från bakterien Bacillus thuringiensis (BT). Kunskap om västra majs baggar spridning är av avgörande betydelse för modeller av resistensutveckling, spridning, och lindring. Flygning beteende av en insekt, särskilt över en lång sträcka, är till sin natur svårt att observera och karakterisera. Flygkvarnar ger ett sätt att direkt testa utvecklingsmässiga och fysiologiska effekter och konsekvenserna av flygningen i laboratoriet som inte kan erhållas i fältstudier. I denna studie användes flygkvarnar för att mäta tidpunkten för flygaktivitet, totalt antal flygningar och avståndet, varaktigheten och hastigheten för flygningar som tagits av kvinnliga rootworms under en 22-h testperiod. Sexton flygkvarnar var inhysta i en miljökammare med programmerbar belysning, temperatur och fuktkontroll. Flygkvarnen som beskrivs är av en typisk design, där en flyg arm är fri att rotera om en central Pivot. Rotation orsakas av flykt av en insekt som tjudras till ena änden av flyg armen, och varje rotation registreras av en sensor med en tidsstämpel. Rådata sammanställs av programvara, som därefter bearbetas för att tillhandahålla sammanfattande statistik för flyg parametrar av intresse. Den svåraste uppgiften för varje flygning kvarn studie är kvarstad på tjuder till insekten med ett lim, och den metod som används måste skräddarsys för varje art. Tillbehöret måste vara tillräckligt starkt för att hålla insekten i en styv orientering och för att förhindra avlossning under förflyttning, samtidigt inte störa naturliga Wing rörelse under flygning. Den bifogade processen kräver fingerfärdighet, finess och snabbhet, vilket gör videofilmer av processen för rootworms av värde.

Introduction

Den västra majs Rootworm, Diabrotica virgifera virgifera Leconte (Coleoptera: Chrysomelidae), identifierades som en pest av odlad majs i 1909¹. Idag är det den viktigaste Pest av majs (Zea mays L.) i US Corn Belt, med larv utfodring på majs rötter som orsakar de flesta av avkastningen förlusten i samband med denna Pest. De årliga kostnaderna för hantering och majsproduktion förluster på grund av majs baggar beräknas överstiga $1 000 000 000². Den västra majs baggar är mycket anpassningsbar, och populationer har utvecklats motståndskraft mot flera förvaltningsstrategier inklusive insekticider, växtföljd, och transgena BT Corn³. Bestämma rumsliga dimensioner över vilka taktik måste tillämpas för att mildra lokal utveckling av resistens, eller ett motstånd hotspot, beror på en bättre förståelse av spridning⁴. Begränsande åtgärder kommer inte att lyckas om de är begränsade till för små av en rumslig skala runt ett motstånd hotspot, eftersom resistenta vuxna kommer att skingra bortom riskreducerande område⁵. Förstå flygning beteende västra majs baggar är viktigt att skapa effektiva planer motstånds hantering för denna Pest.

Spridning av flygning spelar en viktig roll i vuxna västra majs baggar livshistoria och ekologi⁶, och flygningen beteende av denna Pest kan studeras i laboratoriet. Flera metoder kan användas för att mäta flyg beteende i laboratoriet. En actograph, som begränsar flygning i ett vertikalt plan, kan mäta hur länge en insekt är engagerad i flygningen. Actographs har använts för att jämföra flygtid och periodicitet mönster av västra majs baggar män och kvinnor i olika åldrar, kroppsstorlekar, temperaturer, insekticid känslighet, och insekticid exponering^{7,8, 9}. Flight tunnlar, som består av en spårnings kammare och riktade luftflöde, är särskilt användbara för att undersöka insekt flygning beteende när du följer en lukt plym, såsom kandidat feromon komponenter¹⁰ eller växt flyktiga¹¹. Flight Mills är kanske den vanligaste metoden för laboratoriestudier av insekt flygning beteende och kan karakterisera flera aspekter av flyg benägenhet och prestanda. Laboratoriet Flight Mills har varit anställd i studier av västra majs baggar att karakterisera benägenhet att göra korta och ihållande flygningar samt hormonell kontroll av ihållande flygning^12,13.

Flight Mills ger ett relativt enkelt sätt att studera insekt flygning beteende under laboratorieförhållanden genom att låta forskarna att mäta olika flyg parametrar inklusive periodicitet, hastighet, avstånd, och varaktighet. Många av de flygkvarnar som används idag härrör från rondeller av Kennedy et al.¹⁴ och Krogh och Weis-Fogh¹⁵. Flygkvarnar kan vara olika i form och storlek, men den grundläggande principen förblir densamma. En insekt är tjudrad och monterad på en radiell horisontell arm som är fri att rotera, med minimal friktion, om en vertikal axel. När insekten flyger framåt, är dess väg begränsad till cirkling i ett horisontellt plan, med tillryggalagd sträcka per rotation dikteras av längden på armen. En sensor används vanligtvis för att detektera varje rotation av armen som orsakas av flyg aktiviteten hos insekten. Rådata inkluderar rotationer per enhets tid och tid på dagen flygning inträffade. Data matas in i en dator för inspelning. Data från flera flygkvarnar registreras ofta parallellt, i huvudsak samtidigt, med banker av 16 och 32 flyg fabriker är vanliga. Rådata bearbetas ytterligare av anpassad programvara för att ge värden för sådana variabler som flyghastighet, totalt antal separata flygningar, sträcka och varaktighet flöt, och så vidare.

Varje insekt arter är olika när det gäller den bästa metoden för tjudra på grund av morfologiska variabler såsom övergripande storlek, storlek och form av målområdet för att fästa tjudra, mjukhet, och flexibilitet av insekten, behov och metod för anesthetization, potential för nedsmutsning vingarna och/eller huvudet med felplacerad eller overflow lim, och många, många fler detaljer. I de fall av visualiserade tjudra av en plataspid bugg¹⁶ och en Ambrosia Beetle¹⁷, respektive mål områden för tjudra kvarstad är relativt stora och förlåtande av oprecisa adhesiv placering eftersom huvudet och vingarna är något väl åtskilda från bilage platsen. Detta är inte att tona ner svårigheten att tjudra dessa insekter, vilket är krävande för alla arter. Men den västra majs baggar är en särskilt utmanande insekt att tjuder: pronotum är smal och kort, vilket gör mycket exakt fastsättning med en minimal mängd lim (dentalvax i detta fall) som krävs för att förhindra störningar med öppnandet av Elytra för flygning och med huvudet, där kontakt med ögon eller antenner kan påverka beteendet. Samtidigt måste tjuder vara ordentligt fastsatta för att undvika fördrivning av denna starka Flyer. Demonstrationen av tjudra av baggar vuxna är det viktigaste erbjudandet i detta papper. Det bör vara till hjälp för andra som arbetar med denna eller liknande insekter där metoden visualiseras här kan vara ett användbart alternativ.

Denna uppsats beskriver metoder som används för att effektivt tjudra och karakterisera flygningen aktivitet av västra majs baggar vuxna som fötts upp vid olika larv täthet. The Flight Mills och programvara som används i denna studie (figur 1) härrör från mönster publiceras på Internet av Jones et al.¹⁸ tjudra tekniker ändrades från beskrivningen i Stebbing et al.⁹ en matris med 16 flyg fabriker var inrymt i en miljökammare, utformad för att styra belysning, fukt och temperatur (figur 2). Med hjälp av denna eller liknande inställning tillsammans med följande tekniker gör det möjligt att testa faktorer som kan påverka flyg benägenheten och prestandan hos Western Corn Rootworm, inklusive ålder, kön, temperatur, fotoperiod, och många andra.

Protocol

1. bakre västra majs baggar för flygning tester Anmärkning: om vuxen ålder måste vara kontrollerad eller känd, måste vuxna först samlas i fältet följt av uppfödning deras avkomma till vuxen ålder för testning. Om åldern på Beetle eller en standardiserad uppfödnings miljö är inte av intresse, då direkt testa fält-insamlade vuxna kan vara möjligt, och protokollet kan börja med steg 2. Samla minst 500 västra majs baggar vuxna från ett majsfält av intresse för a…

Representative Results

Figur 4 visar representativa exempel på resultat som förväntas efter flygprovning. Flygdata erhölls från experimentellt arbete som utfördes vid Institutionen för entomologi vid Iowa State University. Sex-dagars gammal, parad hona västra majs baggar vuxna var bundna till flyg fabriker och placeras i en kontrollerad miljökammare inställd på 14:10 l:d, 60% RH, och 25 ° C. Skalbagarna lämnades kvar på flyg fabrikerna under 22 sammanhängande timmar med början 30 min innan den simu…

Discussion

Karakterisera Western Corn baggar flygning beteende är viktigt för att utforma effektiva planer motstånds hantering. Flykt beteende av denna Pest har studerats i laboratoriet med hjälp av olika metoder, inklusive actographs, flyg tunnlar, och flyg fabriker. Flight Mills, som beskrivs och illustreras i detta dokument, tillåter insekter att göra oavbruten flygningar så att forskarna kan kvantifiera flyg parametrar såsom avstånd, varaktighet, periodicitet och hastighet för enskilda flygningar, under en hel testper…

Materials

Butane multi-purpose lighter	BIC	UXMPFD2DC	To soften wax when tethering
Clear polystyrene plastic vial (45-ml)	Freund Container and Supply	AS112	To hold beetle while anesthetizing
Dehydrated culture media, agar powder	Fisher Scientific	S14153	To make agar for holding moisture for adults
Delrin rod (1" diameter, 3.75" long)	Many suppliers: can use cheapest on the internet.		For post of flight mill
Dental wax	DenTek	47701000335	Adheres wire tether to prothorax
Ferrite ring magnets (OD: 0.69”, ID: 0.29”, Thickness: 0.118”; 7oz pull)	Magnet Shop	63B06929118	Opposing – to generate the float.
Hall effect sensor	Optikinc	OHN3120U	Look under magnetic sensors on the left side of the Optekinc website then look for the part number. A link is given for current suppliers.
Hypodermic tubing (22 gauge; 0.0358” OD x 0.01975” ID x 0.004” wall)	Small Parts, Inc.	HTX-22T-12	Used for flight mill arms and main axis rod.
Incubator (104.1 x 85.4 x 196.1 cm)	Percival Scientific	I-41VL
LabVIEW Full Development System software, system-design platform	National Instruments (See http://www.ni.com/en-us/shop/labview/select-edition.html)	LabVIEW 2018 (Full Edition)	Provides environment needed to run flight mill files (.vi extensions) available for download from Jones et al.18 at http://entomology.tfrec.wsu.edu/VPJ_Lab/Flight-Mill.  LabVIEW 2018 Full is compatible with Win/Mac/Linux operating systems.
Mesh cage (18 x 18 x 18 cm)	MegaView Science Co. Ltd.	BugDorm-4M1515	mesh size = 44 x 32, 650 µm aperture
Needle tool	BLICK	34920-1063	For scoring soil surface for egg laying in laboratory
Nickel ring magnets (3/16” OD x 1/16” ID x: 1/16” thick)	K&J Magnetics	R311	Used to trigger the digital hall effect sensor.
Petri dish (100 mm x 15 mm)	Fisher Scientific	S33580A
Plastic container (44-ml)	Dart	150PC	For initial rearing of young larvae
Plastic container (473-ml)	Placon	22885	For rearing of older larvae
Round brush (size 2)	Simply Simmons	10472906	For transferring freshly hatched neonates to surface of roots
Sieve (250-µm)	Fisher Scientific	08-418-05	To separate eggs from soil
Steel wire (28-gauge)	The Hillman Group	38902350282
Teflon rod (3/8" diameter, 3/4" length)	United States Plastic Corporation	47503	To accept the rotating arm.
Vacuum	Gast Manufacturing, Inc.	1531-107B-G288X	For aspirating adults in laboratory
White poly chiffon fabric	Hobby Lobby	194811	To prevent escape of larvae from rearing container