においの風洞媒介昆虫行動アッセイ
Summary
臭気媒介昆虫の行動のアッセイのためここでは、建設と風洞の使用を述べる。風洞の設計により視覚刺激といくつかの方法、臭いの源のリリース。風洞実験は、行動的にアクティブな揮発性化学物質を識別するために重要なメソッドです。
Abstract
嗅覚は、最も重要な感覚のメカニズム、多くの昆虫が彼らの環境と対話するための風洞は昆虫化学生態学を研究するための優れたツールです。昆虫は、感覚の相互作用と高度な動作を三次元環境で点源を見つけることができます。この行動の定量化は、ペスト コントロール、意思決定支援のための新しいツールの開発に重要な要素です。機内のフィードバックのため層流空気流でご希望のフライト セクションと風洞ビジュアル キューや様々 な悪臭のアプリケーションのオプションを使用して、魅力的な識別可能性がありますその後複雑な行動を測定できますか、撥の悪臭、昆虫の飛行特性、visual 臭相互作用および誘引物質と環境で背景匂いとして残留臭気の相互作用。風洞は、臭気を研究する利点を介した研究室で昆虫行動のレパートリーを保持します。制御された設定で行動措置は、昆虫生理学とフィールド アプリケーション間のリンクを提供します。風洞実験では、柔軟なツールをする必要があり、簡単にセットアップおよびさまざまな研究の質問に合わせてハードウェアへの変更をサポートする必要があります。ここで説明する風洞セットアップの主な欠点は、フィールド アプリケーションの合成の揮発性のブレンドを開発するときに特別な注意を要するきれいな臭い背景です。
Introduction
風洞は昆虫情報化学物質に対する検査ができる昆虫化学生態学の研究で重要なツールです。制御された風の流れに臭気を解放することによって、ソースに向かって彼らの風上の飛行を研究することによってこれら刺激に対する昆虫の行動反応を直接監視できます。嗅覚は、多くの昆虫は、その生物環境1と対話する最も重要な感覚のメカニズムです。昆虫では、交尾の適したパートナーを見つける臭気手がかりを使用します。同様に、ホストのリソースから臭気花束を使用して、自分自身、または子孫のための食糧を見つけます。植物は、昆虫受粉効率を確保するための花の蜜と花粉の報酬との組み合わせで花のにおいをリリースします。これらのすべての揮発性の手がかりは環境に受動的拡散し、昆虫を識別し、個々 の関連性を解釈する必要があります。揮発性物質が環境にリリースされると、分子は、フィラメント、最終的に分割し、乱流と拡散の2によって希釈される前に長い距離風下、初期濃度を保持として風と共に移動します。昆虫は、揮発性のわずかな変化は信号し、ソースに向かって風上、彼らの動きを直接検出できます。昆虫を表示、魅力的な匂いに接触すると高速風上サージと飛行行動と3,4をプルーム臭気を再配置する損失の時に横に鋳造。昆虫の触角の触角の嗅覚神経の共局在の配置することができます行動反応の発症と驚くべき高解像度5とプルームの接触の損失を容易にして類似を区別する昆虫を有効にします。匂い分子が異なるソース6発します。視 anemotaxis と呼ばれる、飛行しながら視覚的なフィードバックは、風の方向のオブジェクトおよび相対変位2,7の基本です。昆虫の感覚相互作用と高度な動作の使用は、三次元環境で、点光源が検索できます。
昆虫誘引物質と忌避剤の同定は、いくつかの重要な応用の側面を持つことができます。多くの害虫の性フェロモン (種内信号) を合成し、交尾行動8を混乱させる空気中に放出できます。フェロモンと刺激 (種間の信号) 捕獲に使用できます、誘致、害虫状態の直接的な情報を与えるためにトラップを監視で殺します。防虫剤は、このような蚊9は、風洞の生物検定で学ぶことができます。これらのメソッドは、農家の管理および意思決定サポート システム統合された害虫の重要な部分を再生します。
種の匂いを介した行動のレパートリーを監視可能風洞生物検定は、交換または殺虫剤の使用の影響を軽減する害虫駆除のための潜在的な新しいツールを識別するために強力な方法です。
風洞の設計の背後にある理論的な推論は徹底的に説明10です。ここでは、風トンネル工事、臭気アプリケーションおよび風洞実験生物検定のプロトコルを決定するいくつかの実験に使用されている飛行行動について述べる。独 (Ås は、ノルウェー) 風洞 (図 1) は、傷が付きにくいポリカーボネートから構成されます。飛行アリーナは 67 センチ、幅 88 cm、長さ 200 cm です。飛行アリーナの前に 30 cm 長い追加ポリカーボネート] セクションがあります。風洞のこの部分は、悪臭のアプリケーションのユーティリティ セクションとして機能します。ポリカーボネートと接触する揮発性物質を得る場合住宅フライト アリーナで彼ら後に再リリースされた可能性があり、セッション間を汚染します。したがってユーティリティ セクションの両端に穴があいた金属グリッドがあります。どちらのグリッドは空気の流れを制限し、風上側にわずかな重圧を作成します。風下側に増加流でこの結果します。風上のグリッド使った穴あき金属板から 8 mm の穴がトンネルの断面間に均等に分散して 54% の開放面積を提供します。風下のグリッド 3 mm の穴があり、51% の開放面積。これは削減、乱気流、臭気によりフライト アリーナの長さを集中的に旅行を噴煙します。臭羽毛狭い円錐形の形をしているが、煙の使用によって視覚化することができます。フライトの階にアリーナ、プラスチックまたは紙の円 (直径 15 cm 5) から様々 なサイズの飛行中に昆虫の視覚的なフィードバックを与えるに配置されます。飛行アリーナとユーティリティ] セクションで風上側 25 で 50 cm のアクセス ドアがあります。飛行アリーナの風下の端と排気フィルター セクションの間昆虫処理のため 60 cm オープン エリアがあります。このアクセス エリアは、虫部屋に脱出を防ぐために 0.8 mm のメッシュ生地の両側に覆われています。
空気は、ファンによって最初のフィルターのハウジングに描画されます。24 高容量アクティブ カーボン フィルターにより精製がトンネルのリリース前に、空気はほこりフィルターを通過します。トンネルを終了する空気は、部屋に戻って解放される前に似たようなフィルター住宅を通じて渡されます。ヒューム フードを通して建物の外に排気する有益なことがあります。両方のフィルターのハウジングのファンは、同じフローで実行されます。両方のファンは連続調光スイッチと流量計を使用して異なる風速に調整されています。空気速度は試験動物種に依存です。30 cm s-1は多くの場合、良い出発点です。小さな昆虫、理想的な空気速度が低下する可能性があります、および強力なチラシ、対気速度高めに相対的な飛行距離を高めたりすることができます。
風洞実験室の温度、湿度および光強度制御は容易します。LED ストリップは、上記の拡散光源を作成する 3 mm 不透明 poly(methyl methacrylate) ウィンドウの背後にあるとフライト アリーナの後ろに配置されます。両方の光源は個別に制御できます。
臭気のアプリケーションは、いくつかの手段によって実現できます。一般的に、においは、フライト アリーナの風上エンドの中心に空気の流れに解放されます。手で、研究・質問に応じてリリース ポイントを公開または覆われてできます。金属メッシュとガラス シリンダー (直径 10 cm、長さ 12.5 cm) (2 × 2 mm のメッシュ サイズ) 風下側に視覚的に臭気発生源をブロックでき、同時に昆虫の着陸のプラットフォームとして機能します。多くの実験で、臭気源やリリース ポイントの近くに視覚的な信号を提示するため水平ガラス プラットフォームを使用できます。また、同時に、サイド ・ バイ ・ サイドにあり、選択の試金を容易にする 2 つのにおいをリリースする機会です。リリース ポイントは、20 cm 間隔で設置し、トンネルの途中から臭気の羽毛を重ねます。選択は、どの気流による昆虫は風上次識別できます。
風洞の設計は多数の揮発性のリリース方法を促進します。たとえば、特定の匂いは、作物植物11,12によって放出されるようにバック グラウンド臭の前に解放できます。また、異なる視覚刺激はテスト13,14をすることができます。実験のセットアップは各種と研究の質問に適応する必要があります。
植物の部分などのディスペンサーから合成の香り、自然のにおいのソースは、フライト アリーナに直接導入できます。ビジュアルから臭気を介した動作を分離するための臭いの元を覆うことができる、または外側からの木炭フィルター研究室空気供給を介して飛行アリーナに揮発性物質を運んだ。臭気発生源はガラス瓶に閉じ込められたと空気がテフロン管・ ガラス管を介して風洞に瓶を押し込まれています。リリース時点で対気速度は、アリーナで風速を一致させてください。
特定のブレンド比率で臭気を解放するには、噴霧器を使用できます。噴霧器は、円錐形の先端と 10 μ L 分-1で液体の流れを容易にするために挿入されたメガボアカラム超音波ノズルです。ノズルは広帯域超音波ジェネレーター 120 kHz で動作しています。シリンジ ポンプは、スプレー ノズルに臭気サンプルを進めています。フッ素化エチレン プロピレン (FEP) チューブ内径 0.12 mm は、1 mL の気密性の注射器とノズルに接続されています。エタノールで膨張し、空気を圧縮するチューブ アダプターは、内部容積のないタイトなフィッティングを促進します。ノズルの振動から生成されたエアロゾルの粒径は、周波数に依存、使用特定の溶媒に依存します。小さい水滴は蒸発し、揮発性物質として風洞に倒されます。他の噴霧器のデザインも存在し、ガラスの毛細管を駆動ピエゾを利用した安価なバージョン同様ソリューション15を提供します。
合成ミックスやヘッド スペース コレクションは、噴霧器で使用できます。サンプルは、必要な濃度に純粋なエタノールで希釈しました。揮発性のコレクションとコレクションの時刻に対応するサンプルを希釈ことができます。これは、リリース 3 h に相当する 10 μ L 分-1で噴霧器から 1800 μ L に 3 h 以上をサンプリング揮発性コレクションを薄めるべきことを意味します。
手動観測による直接または事後のビデオ解析による飛行行動の同定を行うことができます。指向のフライトは、ランダム フライトと区別すべき。介した臭気の動作は、次の特性によって認識できる: においの間でジグザグ飛行噴煙、内部では、プルームまっすぐ風上のフライトと噴煙との接触が失われた場合に戻るループします。魅力的なプルームが失われる、昆虫も増加する失われたプルーム3,4への再接続をアーチとジグザグを開始できます。この動作は、次の魅力的な臭い虫が乱流と風の方向をシフトに対処する必要があるフィールドの設定の基礎です。フライト パターンが均一でないと、昆虫の間で異なります。例として、ハエなど強力なチラシがある蛾より広い鋳造パターンを持つ高速の風上方向と長く相対的な飛行経路を容易にする風速を増やす必要があります。
昆虫の飛行を撮影もすることができます。単一のカメラと x y 座標16をプロットすることによって単純な飛行特性を記述できます。同期フレーム キャプチャで 2 台のカメラを使用して、外部ソフトウェア17を使用して 3 D フライトを再建することができます。飛行速度と距離、風の方向に対して飛行角度臭羽毛と飛行特性の詳細についての情報を提供する飛行経路を分析できます。カスタム及び商業用設備、自動フレーム単位で追跡を有効にすると利用可能なソフトウェアの両方があります。校正フレームを使用すると、現実の空間を参照する必要があり、広角のレンズに直線的なレンズの歪みを最小限に抑えるために使用します。エッジや風洞アリーナでコーナーなどの視覚的バック グラウンド ノイズを低減して背景の差別に昆虫を最大化するには、注意が必要です。赤外の光源、反射を使用して (e.g。、夜行性蚊から) モノクロ CCD カメラ17で撮影することができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
風洞は、多くの昆虫4,9の魅力的で撥の匂いを特定するために役立つツールです。生態学、生物学、昆虫研究の挙動に関する十分な知識、その飛行特性を簡単に識別できる、環境条件、風の速度は、視覚刺激と匂いアプリケーションことができますに合わせて調整します。可能な最も魅力的なソースを使用して風洞パラメーターを微調整するときに?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
M. Tasin は、持続可能な開発 (Formas、グラント 2013年-934) のスウェーデン研究評議会によって支えられました。
Materials
| 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 |
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