フライトミルを使用してウエスタンコーンルートワーム、ディアブロティカ・ビルギフェラ(LeConte)の飛行傾向と性能を測定
Summary
フライト ミルは、年齢、性別、交配状態、温度、またはその他のさまざまな要因が昆虫の飛行行動にどのような影響を与える可能性があるかを比較するための重要なツールです。ここでは、異なる治療の下で西洋のトウモロコシの根虫の飛行傾向と性能を測定するプロトコルについて説明します。
Abstract
西洋のトウモロコシの根虫、ディアブロティカ・ビルギフェラ(ル・コンテ)(コレオプテラ:クリソメリダ科)は、米国北部のトウモロコシの経済的に重要な害虫です。一部の集団は、細菌細菌細菌チューリンゲンシス(Bt)に由来する殺虫性毒素を産生するトランスジェニックトウモロコシを含む経営戦略に対する耐性を開発している。西洋のトウモロコシの根虫分散の知識は、抵抗進化、拡散、および緩和のモデルにとって非常に重要です。昆虫の飛行行動、特に長距離では、観察し、特徴付けすることは本質的に困難です。飛行工場は、現場研究では得られない実験室での飛行の発達的および生理学的影響および結果を直接テストする手段を提供する。本研究では、飛行工場を使用して、飛行活動のタイミング、フライトの総数、および22時間の試験期間中に女性の根虫が撮影した飛行の距離、持続時間、速度を測定しました。16の飛行工場は、プログラム可能な照明、温度、湿度制御を備えた環境室に収容されました。説明されているフライトミルは典型的な設計で、フライトアームは中央ピボットを中心に自由に回転できます。回転は、飛行アームの一方の端につながれた昆虫の飛行によって引き起こされ、各回転はタイムスタンプ付きのセンサーによって記録されます。生データはソフトウェアによってコンパイルされ、その後処理され、目的のフライトパラメータの要約統計量が提供されます。フライトミル研究のための最も困難なタスクは、接着剤で昆虫にテザーのアタッチであり、使用される方法は、各種に合わせて調整する必要があります。アタッチメントは、飛行中に自然な翼の動きを妨げながら、硬い方向に昆虫を保持し、移動中の剥離を防ぐのに十分な強さでなければなりません。添付プロセスには器用さ、繊細さ、スピードが必要で、価値の根虫のプロセスのビデオ映像が必要です。
Introduction
ウエスタントウモロコシの根虫であるディアブロティカ・ビルギフェラ・ルコンテ(コレオプテラ:クリソメリダエ科)は、19091年に栽培されたトウモロコシの害虫として同定された。今日、それは米国のトウモロコシベルトのトウモロコシの最も重要な害虫(ゼアメイズL.)であり、トウモロコシの根に幼虫が餌を与え、この害虫に関連する収量損失のほとんどを引き起こしています。トウモロコシの根虫による管理とトウモロコシの生産損失の年間コストは10億ドルを超えると推定されています。西洋のトウモロコシの根虫は非常に適応性が高く、集団は殺虫剤、作物の回転、トランスジェニックBtトウモロコシ3を含む複数の管理戦略に対する耐性を進化させてきた。抵抗の局所的な発達を緩和するためにどの戦術を適用する必要があるのかを決定する空間的寸法、または抵抗ホットスポットは、分散4のより良い理解に依存します。耐性の成人は緩和領域5を超えて分散するため、抵抗ホットスポット周辺の空間スケールの小さすぎると緩和策は成功しません。ウエスタントウモロコシの根虫の飛行行動を理解することは、この害虫に対する効果的な抵抗管理計画を作成するために重要です。
飛行による分散は、成人西部のトウモロコシの根虫の生命史と生態学6において重要な役割を果たし、この害虫の飛行行動を実験室で研究することができる。実験室での飛行行動を測定するためにいくつかの方法が使用され得る。垂直面での飛行を制限するアクテグラフは、昆虫が飛行に従事している時間を測定できます。アクトグラフは、異なる年齢、体の大きさ、温度、殺虫剤の感受性、および殺虫剤暴露7、8で西部のトウモロコシの根虫の雄と女性の飛行時間と周期パターンを比較するために使用されています。 9.追跡室および指向気流からなる飛行トンネルは、候補フェロモン成分10または植物揮発性物質11などの臭気プルームに続く場合の昆虫飛行行動を調べるのに特に有用である。フライトミルは、おそらく昆虫飛行行動の実験室研究のための最も一般的な方法であり、飛行傾向と性能のいくつかの側面を特徴付けることができます。実験室の飛行ミルは、短く持続的な飛行を行う傾向を特徴付けるために西部トウモロコシの根虫の研究に採用されているだけでなく、持続的な飛行12、13のホルモン制御。
フライトミルは、周期性、速度、距離、持続時間などの様々な飛行パラメータを測定できるようにすることで、実験室の条件下で昆虫飛行の挙動を研究する比較的簡単な方法を提供します。今日使用されている飛行工場の多くは、ケネディらのラウンドアバウト交差点とクローグとワイス・フォグ15に由来しています。フライトミルは形状や大きさが異なる場合がありますが、基本原理は変わりません。昆虫は、垂直シャフトの周りに、最小限の摩擦で、回転する自由である放射状の水平アームにつながれ、取り付けられています。昆虫が前方に飛ぶと、その経路は水平面での旋回に制限され、回転あたりの距離は腕の長さによって指示されます。センサーは、通常、昆虫の飛行活動によって引き起こされる腕の各回転を検出するために使用されます。生データには、単位時間ごとの回転、および飛行が発生した時刻が含まれます。データは記録のためにコンピュータに供給されます。複数のフライトミルからのデータは、多くの場合、16と32のフライトミルの銀行が一般的で、本質的に同時に、並行して記録されます。生データはさらにカスタムソフトウェアによって処理され、飛行速度、個別のフライトの合計数、飛行距離と所要時間などの変数の値を提供します。
すべての昆虫種は、昆虫のテザー、柔らかさ、柔軟性を取り付けるためのターゲット領域の全体的なサイズ、サイズ、形状などの形態学的変数のためにテザリングのための最良の方法になると異なります, 必要性と方法麻酔、誤配置またはオーバーフロー接着剤で翼や頭部を汚す可能性、および多くの、より多くの詳細。プラタピッドバグ16とアンブロシアカブトムシ17の可視化されたテザリングの場合、テザーアタッチメントの各ターゲット領域は比較的大きく、頭部と翼が多少あるので不正確な接着剤配置を許す添付ファイル サイトから適切に分離されています。これは、任意の種のために要求されているこれらの昆虫をテザリングの難しさを軽視するものではありません。しかし、西洋のトウモロコシの根虫は、テザーに特に挑戦的な昆虫です:プロノタムは狭く、短く、エ典の開口部への干渉を防ぐために必要な接着剤(この場合は歯科ワックス)の非常に正確なアタッチメントを作ります飛行のために、目やアンテナとの接触が行動に影響を与える可能性がある頭部。同時に、この強いチラシによる剥離を避けるために、テザーをしっかりと取り付ける必要があります。この論文では、根虫成人のテザリングのデモンストレーションが最も重要な製品である。これは、ここで視覚化された方法が有用なオプションである可能性があり、このまたは類似の昆虫で作業する他の人に役立つはずです。
本論文では、異なる幼虫密度で飼育された西洋のトウモロコシの根虫成人の飛行活動を効果的につなぎ、特徴づけるために用いられる方法について述べる。本研究で使用したフライトミルおよびソフトウェア(図1)は、Jones et al.18テザリング技術によってインターネット上に投稿されたデザインから導き出され、Stebbing et al.9の説明から16のフライトミルの配列を変更した。照明、湿度、温度を制御するように設計された環境室に収納されています(図2)。このまたは同様のセットアップを次の技術と一緒に使用すると、年齢、性別、温度、光周期、および他の多くを含む西洋のトウモロコシの根虫の飛行傾向と性能に影響を与える可能性のあるテスト要因を可能にします。
Protocol
Representative Results
Discussion
西洋のトウモロコシの根虫の飛行行動を特徴付することは、効果的な抵抗管理計画を考案する上で重要です。この害虫の飛行挙動は、アクテグラフ、飛行トンネル、飛行ミルなど様々な方法を用いて実験室で研究されている。このホワイト ペーパーで説明し、説明されているように、飛行ミルは、研究者がテスト期間全体にわたって個々のフライトの距離、持続時間、周期性、速度などの飛…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
E.Y.Y.の大学院助手は、グラントNo.の下で、国立科学財団I/UCRC、節足動物管理技術センターによってサポートされました。IIP-1338775、および業界パートナー。
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 |
References
- Gillette, C. P. Diabrotica virgifera Lec. as a corn root-worm. Journal of Economic Entomology. 5 (4), 364-366 (1912).
- Rice, M. E. Transgenic rootworm corn: assessing potential agronomic, economic, and environmental benefits. Plant Management Network. , (2004).
- Gray, M. E., Sappington, T. W., Miller, N. J., Moeser, J., Bohn, M. O. Adaptation and invasiveness of western corn rootworm: Intensifying research on a worsening pest. Annual Review of Entomology. 54 (1), 303-321 (2009).
- Martinez, J. C., Caprio, M. A. IPM use with the deployment of a nonhigh dose Bt pyramid and mitigation of resistance for western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera). Environmental Entomology. 45 (3), 747-761 (2016).
- Miller, N. J., Sappington, T. W. Role of dispersal in resistance evolution and spread. Current Opinion in Insect Science. 21, 68-74 (2017).
- Spencer, J. L., Hibbard, B. E., Moeser, J., Onstad, D. W. Behaviour and ecology of the western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera LeConte). Agricultural and Forest Entomology. 11, 9-27 (2009).
- VanWoerkom, G. J., Turpin, F. T., Barret, J. R. Influence of constant and changing temperatures on locomotor activity of adult western corn rootworms (Diabrotica virgifera) in the laboratory. Environmental Entomology. 9 (1), 32-34 (1980).
- Naranjo, S. E. Comparative flight behavior of Diabrotica virgifera virgifera and Diabrotica barberi in the laboratory. Entomologia Experimentalis et Applicata. 55 (1), 79-90 (1990).
- Stebbing, J. A., et al. Flight behavior of methyl-parathion-resistant and -susceptible western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae) populations from Nebraska. Journal of Economic Entomology. 98 (4), 1294-1304 (2005).
- Dobson, I. D., Teal, P. E. A. Analysis of long-range reproductive behavior of male Diabrotica virgifera virgifera LeConte and D. barberi Smith and Lawrence to stereoisomers of 8-methyl-2decyl propanoate under laboratory conditions. Journal of Chemical Ecology. 13 (6), 1331-1341 (1987).
- Spencer, J. L., Isard, S. A., Levine, E. Free flight of western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae) to corn and soybean plants in a walk-in wind tunnel. Journal of Economic Entomology. 92 (1), 146-155 (1999).
- Coats, S. A., Tollefson, J. J., Mutchmor, J. A. Study of migratory flight in the western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae). Environmental Entomology. 15 (3), 620-625 (1986).
- Coats, S. A., Mutchmor, J. A., Tollefson, J. J. Regulation of migratory flight by juvenile hormone mimic and inhibitor in the western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae). Annals of the Entomological Society of America. 80 (5), 697-708 (1987).
- Kennedy, J. S., Ainsworth, M., Toms, B. A. Laboratory studies on the spraying of locusts at rest and in flight. Anti-Locust Bull. L. 2, 64 (1948).
- Krogh, A., Weis-Fogh, T. A Roundabout for studying sustained flight of Locusts. Journal of Experimental Biology. 29, 211-219 (1952).
- Attisano, A., Murphy, J. T., Vickers, A., Moore, P. J. A simple flight mill for the study of tethered flight in insects. Journal of Visualized Experiments. (106), e53377 (2015).
- Okada, R., Pham, D. L., Ito, Y., Yamasaki, M., Ikeno, H. Measuring the flight ability of the ambrosia beetle, Platypus quercivorus (Murayama), using a low-cost, small, and easily constructed flight mill. Journal of Visualized Experiments. (138), e57468 (2018).
- Jones, V. P., Naranjo, S. E., Smith, T. J. . Insect ecology and behavior: laboratory flight mill studies. , (2010).
- Abendroth, L. J., Elmore, R. W., Boyer, M. J., Marlay, S. K. . Corn Growth and Development. , (2011).
- Meinke, L. J., Sappington, T. W., Onstad, D. W., Guillemaud, T., Miller, N. J., Komáromi, J., Levay, N., Furlan, L., Kiss, J., Toth, F. Western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera LeConte) population dynamics. Agricultural and Forest Entomology. 11, 29-46 (2009).
- Hammack, L., French, B. W. Sexual dimorphism of basitarsi in pest species of Diabrotica and Cerotoma (Coleoptera: Chrysomelidae). Annals of the Entomological Society of America. 100 (1), 59-63 (2007).
- Guss, P. L. The sex pheromone of the western corn rootworm (Diabrotica virgifera). Environmental Entomology. 5 (2), 219-223 (1976).
- Hammack, L. Calling behavior in female western corn rootworm beetles (Coleoptera: Chrysomelidae). Annals of the Entomological Society of America. 88 (4), 562-569 (1995).
- Minter, M., Pearson, A., Lim, K. S., Wilson, K., Chapman, J. W., Jones, C. M. The tethered flight technique as a tool for studying life-history strategies associated with migration in insects. Ecological Entomology. 43, 397-411 (2018).
- Ribak, G., Barkan, S., Soroker, V. The aerodynamics of flight in an insect flight-mill. PLoS One. 12 (11), e0186441 (2017).
- Riley, J. R., Downham, M. C. A., Cooter, R. J. Comparison of the performance of leafhoppers on flight mills with that to be expected in free flight. Entomologia Experimentalis et Applicata. 83, 317-322 (1997).
- Isard, S. A., Spencer, J. L., Mabry, T. R., Levine, E. Influence of atmospheric conditions on high-elevation flight of western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae). Environmental Entomology. 33 (3), 650-656 (2004).
- Chapman, J. W., Reynolds, D. R., Wilson, K. Long-range seasonal migration in insects: mechanisms, evolutionary drivers and ecological consequences. Ecology Letters. 18, 287-302 (2015).
- Spencer, J. L., Mabry, T. R., Vaughn, T. T. Use of transgenic plants to measure insect herbivore movement. Journal of Economic Entomology. 96 (6), 1738-1749 (2003).
- Isard, S. A., Spencer, J. L., Nasser, M. A., Levine, E. Aerial movement of western corn rootworm, Diabrotica virgifera virgifera (Coleoptera: Chrysomelidae): diel periodicity of flight activity in soybean fields. Environmental Entomology. 29 (2), 226-234 (2000).
- Kim, K. S., Sappington, T. W. Genetic structuring of western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae) populations in the U.S. based on microsatellite loci analysis. Environmental Entomology. 34 (2), 494-503 (2005).
