בדיקה מהירה של עמידות של עץ להתכלות על ידי סרטנים מעץ ימי משעמם
Summary
פרוטוקול זה מציג שיטה להערכת קצב ההאכלה של הסרטן משעמם העץ, לימנוריה, על ידי מדידת ייצור כדורי צואה. שיטה זו מיועדת לשימוש במעבדות שאינן מומחיות ויש לה פוטנציאל להשתלב בפרוטוקולי בדיקה סטנדרטיים, כדי להעריך עמידות עץ משופרת בתנאים ימיים.
Abstract
חסרי חוליות משעממים מעץ הורסים במהירות עצים ימיים ותשתיות חוף מעץ, וגורמים לנזק של מיליארדי דולרים ברחבי העולם מדי שנה. כמו טיפולים של עץ עם biocides ספקטרום רחב, כגון creosote ו כרומטי נחושת arsenate (CCA), מוגבלים כעת בשימוש ימי על ידי חקיקה, מינים עץ עמיד באופן טבעי ושיטות שימור חדשניות של עץ נדרשים. שיטות אלה עוברות בדיקות על מנת לעמוד בסטנדרטים רגולטוריים, כגון התקן האירופי לבדיקת חומרים משמרים מעץ נגד בורי ים, EN 275. חקירה ראשונית של מינים של עצים עמידים או טיפולים משמרים מעץ ניתן להשיג במהירות ובזול באמצעות בדיקות מעבדה, אשר מציע יתרונות רבים על פני ניסויי שדה ימי כי הם בדרך כלל יקר, משתדלים לטווח ארוך. מינים רבים של לימנוריה (גריבל) הם סרטנים משעממים מעץ ימי. לימנוריה אידיאלית לשימוש בבדיקות מעבדה של מתכלים של עץ על ידי בורי עץ ימיים, בשל המעשיות של גידולם באקוואריה וקלות מדידת שיעורי ההאכלה שלהם על עץ. להלן, אנו מתארים בדיקת מעבדה סטנדרטית להערכת מתכלה מעץ באמצעות גריבל.
Introduction
בורי עץ עלולים לגרום נזק נרחב למבני עץ ימיים, כגון הגנות ימיות, מזחים ומבני חקלאות ימית; החלפה או שיקום של אשר עולה מיליארדי דולרים לשנה ברחבי העולם1,2,3. על מנת להגן על מבנים אלה, עץ מטופל לעתים קרובות כדי להפחית את ההתכלות. עם זאת, בשל הגבלת השימוש בביוצידים רחבי טווח באוסטרליה, האיחוד האירופי, בריטניה וארה”ב, בסביבה הימית, טכניקות שינוי חדשות ומינים של עץ העמידים באופן טבעי עבור borers מבוקשים על 4,5,6,7. טכניקות חדשניות לשימור עץ בסביבה הימית דורשות בדיקה יסודית על מנת לעמוד בסטנדרטים הרגולטוריים ולהגביל את ההשפעות הסביבתיות מפני מפגעים כגון שטיפה של כל חומר משמר כימי. לדוגמה, התקן האירופי, EN 275, שהוא התקן האירופי הנוכחי משנת 1992, משמש להערכת טיפולים לשימור עץ נגד נזקי עץ ימיים8,9. תקן זה, יחד עם חקיקה אחרת נגד השימוש בתרכובות ביו-דידל, כגון CCA4,5,6,7 ו- creosote10, מחייב שיטות בנות קיימא ולא רעילות להגנה על עץ ושימוש במינים של עצים עמידים באופן טבעי כדי להחליף טיפולים ביוצידליים11,12 . ניסויים ימיים, כגון אלה שצוינו ב- EN 275, דורשים תקופות חשיפה ארוכות ולכן הם יקרים ואיטיים כדי להניב תוצאות משמעותיות. בדיקות מעבדה, לעומת זאת, מספקות חלופה מהירה בהרבה לבדיקת שיטות לשימור מוצרי עץ מפני התקפת עץ ימית, ומאפשרות הערכה מהירה של התאמות ללוחות הזמנים של הטיפול13. תוצאות מניסוי מעבדה מהיר זה נועדו ליידע תהליכי שינוי חדשניים של עץ ולזהות מינים של עצים עם עמידות טבעית לנזקי בורי. שיעור הזנה נמוך וחיוניות יכולים להצביע על התנגדות מוגברת במוצרים פוטנציאליים ואז ניתן יהיה להזין מידע זה בחזרה לשותפים בתעשייה כדי לאפשר להם לשפר את העיצובים. השיטה שלנו מאפשרת תגובה זריזה ומהירה, כי הוא רצוי בתעשייה, ולאחר מוצרים מבטיחים זוהו, ניתן להשלים את התוצאות עם אלה מניסויים ימיים.
גריבלים (Limnoria) הם סוג של סרטני איזופוד במשפחה לימנורידה. ישנם מעל 60 מינים של לימנוריה ברחבי העולם13,14,15, עם שלושה מינים נפוצים שנמצאו בבריטניה, לימנוריה ליגנורום, לימנוריה טריפונקטה ולימינוריה quadripunctata16. הם נשאו מנהרות על פני העץ השקוע במי ים, ולעתים קרובות גרמו לנזק כלכלי משמעותי. Gribbles הם בשפע רב במים בבריטניה החוף וקל לתחזוקה בתנאי מעבדה, מה שהופך אותם אורגניזמים אידיאליים לחקר מתכלים עץ על ידי חסרי חוליות עץ ימי משעמם. הערכת שיעורי ההאכלה והחיוניות של נבלים על מינים שונים של עצים ושיטות שימור עץ יכולה לקבוע את יעילות ההתנגדות שלהם להתכלות. הפרוטוקול הבא קובע שיטה סטנדרטית למדידת שיעורי האכלה סחוס, שפותחה מזו המתוארת על ידי בורחס ועמיתיו12,17, בנוסף לייעול כניסת ניתוח תמונה כדי להפוך את התהליך להפעלה במעבדות שאינן מומחים. ניתוח תמונה משמש גם כדי להפחית את המגבלות המעשיות של ספירה ידנית של מספר גדול של דוגמאות. עמידות במבחנים ימיים ארוכי טווח, על פי התקן הבריטי EN350-1:1994, מדורגים בהתייחס לפינוס סילבסטריס סאפווד18. בבדיקות המעבדה לטווח קצר המוצגות כאן, אנו משתמשים באורן הסקוטי (Pinus sylvestris L) סאפווד כפקד לבדיקת עץ הלב של המין אקקי (לופירה אלאטה בנקס לשעבר C.F Gaertn), אשור (Fagus sylvatica L), ערמון מתוק (קסטנה סאטיבה מיל) וטרפנטין (סינקרנפיה גלמוליפרה (Sm.) ניד). ייצור כדורים צואה ממוצע וחיוניות בקרב שמונה שכפולים לכל מינים עץ שימש כאינדיקטור לעמידות. אנו מספקים נתונים להמחשה שנאספו מהערכה טיפוסית, באמצעות מינים גריבל Limnoria quadripunctata ומגוון של מינים עץ עמידים באופן טבעי. Limnoria quadripunctata, שזוהתה על ידי המפתחות שסופקו על ידי מנזיס (1951), נבחרה כמין האופטימלי לניסויים בהתכלות בשל העובדה שהוא החבר הנחקר ביותר במשפחה והוא מבוסס היטב כמין מודל לשימוש בניסויים מתכלים. פרוטוקול זה ישים גם לבדיקת יערות של טיפולים שונים למרות הבקרה בשימוש צריך להיות שכפולים מטופלים של אותו מין.
Protocol
Representative Results
Discussion
לפני בחירת דגימות גריבל לשימוש בניסוי האכלה, אנשים צריכים להיות מוקרנים כדי להעריך את התאמתם. יכולה להיות שונות מסוימת בשיעור ההאכלה בין אנשים בשל הבדלים בגודל, ולכן יש לבחור רק דגימות בוגרות בוגרות. אין הבדל משמעותי בין שיעור האכלה של אנשים בין 1.5 מ”מ ו 3 מ”מ אורך זוהה על ידי בורחס ואח ‘, <sup cl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
תודה למועצת המחקר של נורבגיה (הקרן האזורית של אוסלו, אלצ’ופור rffofjor 269707) ואוניברסיטת פורטסמות ‘ (הפקולטה למדע דוקטורט bursary) על מתן מימון ללימודים של לוסי מרטין. כמו כן, לג’רווייס ס. סוייר שסיפק את העץ ששימש להפקת התוצאות הייצוגיות. טורפנטין סופק על ידי פרופ’ פיליפ אוונס מאוניברסיטת קולומביה הבריטית.
Materials
| 12-well cell culture plates | ThermoFisher Scientific | 150200 | |
| 50ml Falcon tubes | Fisher Scientific | 14-432-22 | |
| Adjustable volume pipette | Fisher Scientific | FBE10000 | 1-10 ml |
| Beech | G. Sawyer (consultant in timber technology) | Fagus sylvatica | Taxonomic authority: L |
| Ekki | G. Sawyer (consultant in timber technology) | Lophira alata | Taxonomic authority: Banks ex C. F. Gaertn. |
| Forceps | Fisher Scientific | 10098140 | |
| Incubator | LMS LTD | INC5009 | |
| Microporous specimen capsules | Electron Microscopy Sciences | 70187-20 | |
| Petri dish | Fisher Scientific | FB0875713 | |
| Scots Pine | G. Sawyer (consultant in timber technology) | Pinus sylvestris | Taxonomic authority: L. |
| Size 00000 paintbrush | Hobby Craft | 5674331001 | Size 000 or 0000 also acceptable |
| Sweet Chestnut | G. Sawyer (consultant in timber technology) | Castanea sativa | Taxonomic authority: Mill |
| Turpentine | P. Evans (Professor, Dept. Wood Science, University of British Columbia) | Syncarpia glomulifera | Taxonomic authority: (Sm.) Nied. |
| Vacuum desiccator | Fisher Scientific | 15544635 |
References
- Morrell, J. J., Kutz, M. Protection of wood-based materials. Handbook of environmental degradation of materials, 3rd ed. , 343-368 (2018).
- Distel, D. L., Goodell, B., Nicholas, D., Schultz, T. The biology of marine wood boring bivalves and their bacterial endosymbionts. Wood deterioration and preservation. , 253-271 (2003).
- Buslov, V., Scola, P. Inspection and structural evaluation of timber pier: case study. Journal of Structural Engineering. 117 (9), 2725-2741 (1991).
- Registration Eligibility Decision for Chromated Arsenicals. List A, Case No. 0132. US EPA – Office of prevention, pesticides and toxic substances Available from: https://swap.stanford.edu/20110202084/http://www.epa.gov/oppsrrd1/reregistration/REDs/cca_red.pdf (2008)
- Arsenic timber treatments (CCA and arsenic trioxide) review scope document, Review series 03.1. ISSN number 1443. Australian pesticides and veterinary medicines authority Available from: https://apvma.gov.au/sites/default/files/publication/14296-arsenic-timber-review-scope.pdf (2003)
- Commission directive 2003/2/EC of 6 January 2003 relating to restrictions on the marketing and use of arsenic (tenth adaptation to technical progress to Council Deretive 76/769/EEC). Official Journal of the European Communities Available from: https://www.legislation.gov.uk/eudr/2003/2/adopted (2003)
- The Hazardous Waste (England and Wales) Regulations 2005 No.894. Environmental Protection England and Wales Available from: https://www.legislation.gov.uk/uksi/2005/894/contents/made (2005)
- Palanti, S., Cragg, S. M., Plarre, R. Resistance against marine borers: About the revision of EN 275 and the attempt for a new laboratory standard for Limnoria. International Research Group on Wood Preservation, Document No. IRG/WP 20-20669. , (2020).
- The European Commission for Standardization. EN 275:1992. Wood preservatives- Determination of the protective effectiveness against marine wood borers. The European Commission for Standardization (CEN). , (1992).
- European Commission. Directive 98/8/EC concerning the placing of biocidal products on the market. Communication and Information Resource Centre for Administrations, Businesses and Citizens. , (2010).
- Mantanis, G. I. Chemical modification of wood by acetylation or furfurylation: A review of the present scaled-up technologies. BioResources. 12 (2), 4478-4489 (2017).
- Borges, L. M. S., Cragg, S. M., Bergot, J., Williams, J. R., Shayler, B., Sawyer, G. S. Laboratory screening of tropical hardwoods for natural resistance to the marine borer Limnoria quadripunctata: The role of leachable and non-leachable factors. Holzforschung. 62 (1), 99-111 (2008).
- Cragg, S. M., Pitman, A., Henderson, S. Developments in the understanding of the biology of marine wood boring crustaceans and in methods of controlling them. International Biodeterioration & Biodegradation. 43 (4), 197-205 (1999).
- Cookson, L. J., Vic, M. D. C. Additions to the taxonomy of the Limnoriidae. Memoirs of the Museum of Victoria. 56 (1), 129-143 (1997).
- Cookson, L. Australasian species of Limnoriidae (Crustacea: Isopoda). Memoirs of the Museum of Victoria. 52 (2), 137 (1991).
- Jones, L. T. The geographical and vertical distribution of British Limnoria [Crustacea: Isopoda]. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom. 43 (3), 589-603 (1963).
- Borges, L. M. S., Cragg, S. M., Busch, S. A laboratory assay for measuring feeding and mortality of the marine wood borer Limnoria under forced feeding conditions: A basis for a standard test method. International Biodeterioration & Biodegradation. 63 (3), 289-296 (2009).
- BSI Standards Publication. BS EN 350:2016. Durability of wood and wood-based products – Testing and classification of the durability to biological agents of wood and wood-based materials. BSI Standards Publication. , (2016).
- Menzies, R. . The phylogeny, systematics, distribution, and natural history of limnoria. , 196-208 (1951).
- Palanti, S., Feci, E., Anichini, M. Comparison between four tropical wood species for their resistance to marine borers (Teredo spp and Limnoria spp) in the Strait of Messina. International Biodeterioration & Biodegradation. 104, 472-476 (2015).
- Delgery, C. C., Cragg, S. M., Busch, S., Morgan, E. Effects of the epibiotic heterotrich ciliate Mirofolliculina limnoriae and moulting on the faecal pellet production by the wood-boring isopods Limnoria tripunctata and Limnoria quadripunctata. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 334 (2), 165-173 (2006).
- Morrell, J. J., Helsing, G. G., Graham, R. D. Marine wood maintenance manual: a guide for proper use of Douglas-fir in marine exposures. Forest Research Laboratory. , (1984).
- Slevin, C. R., Westin, M., Lande, S., Cragg, S. Laboratory and marine trials of resistance of furfurylated wood to marine borers. Eighth European Conference on Wood Modification. , 464-471 (2015).
- Westin, M., et al. Marine borer resistance of acetylated and furfurylated wood – results from up to 16 years of field exposure. International Research Group on Wood Preservation. , (2016).
- Westin, M., Rapp, A., Field Nilsson, T. Field test of resistance of modified wood to marine borers. Wood Material Science and Engineering. 1 (1), 34-38 (2006).
- Borges, L. M. S. Biodegradation of wood exposed in the marine environment: Evaluation of the hazard posed by marine wood-borers in fifteen European sites. International Biodeterioration & Biodegradation. 96 (1), 97-104 (2014).
- Treu, A., et al. Durability and protection of timber structures in marine environments in Europe: An overview. BioResources. 14 (4), 10161-10184 (2019).
- Williams, J. R., Sawyer, G. S., Cragg, S. M., Simm, J. A questionnaire survey to establish the perceptions of UK specifiers concerning the key material attributes of timber for use in marine and freshwater engineering. Journal of the Institute of Wood Science. 17 (1), 41-50 (2005).
- Purnell, P. The carbon footprint of reinforced concrete. Advances in Cement Research. 25 (6), 362-368 (2013).
- Hill, C. A. S. The environmental consequences concerning the use of timber in the built environment. Frontiers in Built Environment. 5, 129 (2019).
- Mercer, T. G., Frostick, L. E. Leaching characteristics of CCA-treated wood waste: a UK study. Science of the Total Environment. 427, 165-174 (2012).
- Brown, C. J., Eaton, R. A., Thorp, C. H. Effects of chromated copper arsenate (CCA) wood preservative on early fouling community formation. Marine Pollution Bulletin. 42 (11), 1103-1113 (2001).
- Brown, C. J., Eaton, R. A. Toxicity of chromated copper arsenate (CCA)-treated wood to non-target marine fouling communities in Langstone Harbour, Portsmouth, UK. Marine Pollution Bulletin. 42 (4), 310-318 (2001).
- Brown, C. J., Albuquerque, R. M., Cragg, S. M., Eaton, R. A. Effects of CCA (copper-chrome-arsenic) preservative treatment of wood on the settlement and recruitment of wood of barnacles and tube building polychaete worms. Biofouling. 15 (1-3), 151-164 (2000).
- Lebow, S. T., Foster, D. O., Lebow, P. K. Release of copper, chromium and arsenic from treated southern pine exposed in seawater and freshwater. Forest Products Journal. 49 (7), 80-89 (1999).
- Smith, P. T. Risk to human health and estuarine posed by pulling out creosote-treated timber on oyster farms. Aquatic Toxicology. 86 (2), 287-298 (2008).
- Brown, C. J., et al. Assessment of Effects of Chromated Copper Arsenate (CCA)-Treated Timber on Nontarget Epibiota by Investigation of Fouling Community Development at Seven European Sites. Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 45 (1), 0037-0047 (2003).
