באמצעות מילס טיסה למדוד הנטייה טיסה וביצועים של תירס המערבי Rootworm, דיאברופטיקה וירג (למספר)
Summary
טחנות טיסה הן כלים חשובים להשוואת האופן שבו הגיל, המין, מצב ההזדווגות, הטמפרטורה או גורמים אחרים שונים עלולים להשפיע על התנהגות הטיסהשל החרק. כאן אנו מתארים פרוטוקולים לקשור ולמדוד את הנטייה הטיסה ואת הביצועים של התולעת תירס המערבי בטיפולים שונים.
Abstract
התולעת המערבית של התירס, דירובטיקה וירג (לקונטה) (קואופטרה: כריסואלידה), היא מטרד חשוב כלכלית בצפון ארצות הברית. אוכלוסיות מסוימות פיתחו התנגדות אסטרטגיות ניהול כולל תירס טרנסגניים המייצרת רעלים חרקים נגזר החיידק Bacillus קרתגו יוסייף (Bt). הידע של הפצת התירס המערבי של התולעת הוא בעל חשיבות קריטית למודלים של התפתחות ההתנגדות, ההתפשטות וההקלה. התנהגות הטיסה של חרק, במיוחד במרחקים ארוכים, קשה מיסודו להתבונן ולאפיין. טחנות טיסה מספקות אמצעי לבדיקה ישירה של השפעות התפתחותיות ופיזיולוגיות והשלכות טיסה במעבדה שלא ניתן להשיגה בלימודי שטח. במחקר זה, טחנות הטיסה שימשו כדי למדוד את העיתוי של פעילות הטיסה, מספר כולל של טיסות, ואת המרחק, משך, ומהירות של טיסות שצולמו על ידי הנקבה התולעים במהלך תקופת המבחן 22-h. שש עשרה טחנות טיסה שוכנו בחדר סביבתי עם תאורה מתוכנתים, טמפרטורה ושליטה בלחות. טחנת הטיסה המתוארת היא בעיצוב טיפוסי, והיא מהווה זרוע בחינם לסיבוב על ציר מרכזי. סיבוב נגרמת על ידי הטיסה של חרק קשור לקצה אחד של זרוע הטיסה, וכל סיבוב נרשם על ידי חיישן עם חותמת זמן. נתונים גולמיים מעובדים על-ידי תוכנה, המעובדים לאחר מכן כדי לספק סטטיסטיקת סיכום עבור פרמטרי טיסה של ריבית. המשימה הקשה ביותר עבור כל מחקר הטיסה היא החזקה של הקשר לחרק עם דבק, ואת השיטה המשמשת חייב להיות מותאם לכל מין. ההחזקה חייבת להיות חזקה מספיק כדי להחזיק את החרק באוריינטציה נוקשה וכדי למנוע ניתוק במהלך התנועה, תוך הפרעה בתנועה הכנף הטבעית במהלך הטיסה. תהליך ההחזקה דורש מיומנות, עידון ומהירות, ומבצע קטעי וידאו של התהליך לתולעים בנות ערך.
Introduction
התולעת המערבית של התירס, דירובטיקה וירג (לקוקולטרה), זוהתה כהדברה של תירס מעובד ב-19091. היום, הוא המזיק החשוב ביותר של תירס (Zea מייז L.) ברצועת תירס בארה ב, עם האכלה זחל על שורשי תירס גרימת רוב אובדן התשואה הקשורים המזיק הזה. העלויות השנתיות עבור הפסדים הניהול והדגן בשל הפקת התירס המשוער עולה על $1,000,000,0002. התולעת המערבית הינה בעלת יכולת הסתגלות מאוד, ואוכלוסיות התפתחו עמידות בפני אסטרטגיות ניהול מרובות, כולל קוטלי חרקים, מעגלי יבול, ומעבר תירס בשיטת3. קביעת ממדים מרחביים שעליהם יש ליישם טקטיקות להקלת התפתחות מקומית של התנגדות, או נקודה חמה של התנגדות, תלויה בהבנה טובה יותר של פיזור4. אמצעי להקלה לא יהיה מוצלח אם הם מוגבלים קטן מדי של קנה מידה מרחבי סביב נקודה חמה התנגדות, כי מבוגרים עמידים להתפזר מעבר לאזור הפחתת הסיכון5. הבנת התנהגות הטיסה של תולעת תירס במערב המערבי חשוב ליצור תוכניות ניהול התנגדות יעילה עבור המזיק הזה.
פיזור באמצעות טיסה ממלא תפקיד חשוב בעולם המערבי תירס rootworm היסטוריה חיים ואקולוגיה6, ואת התנהגות הטיסה של המזיק הזה ניתן ללמוד במעבדה. ניתן להשתמש במספר שיטות למדידת התנהגות הטיסה במעבדה. Actograph, אשר מגביל את הטיסה במישור אנכי, יכול למדוד את כמות הזמן שחרק מעורב בטיסה. Actographs שימשו כדי להשוות את משך הטיסה ואת דפוסי תקופתיות של תירס מערבי rootworm זכרים ונקבות בגילאים שונים, גודל הגוף, טמפרטורות, קוטלי חרקים, וחשיפה לקוטל חרקים7,8, . בסדר, תשע מנהרות הטיסה, המורכבים מתא מעקב וזרימת אוויר מכוונים, שימושיים במיוחד לבדיקת התנהגות של טיסת חרקים כאשר מחפשים אחר פלומה של ריח, כגון מרכיבים מועמדים מסוג10 או צמחי וולאטילס11. טחנות טיסה הן אולי השיטה השכיחה ביותר למחקרים מעבדתיים של התנהגות הטיסה החרק והוא יכול לאפיין מספר היבטים של נטייה טיסה וביצועים. טחנות טיסה מעבדה המועסקים במחקרים של המערב תירס rootworm לאפיין נטייה לבצע טיסות קצרות ומתמשכת, כמו גם השליטה ההורמונלית של טיסה מתמשכת12,13.
טחנות טיסה מספקות דרך פשוטה יחסית לחקר התנהגות של טיסת חרקים בתנאי מעבדה על ידי הענקת החוקרים למדוד פרמטרי טיסה שונים, כולל תקופתיות, מהירות, מרחק ומשך. רבים מטחנות הטיסה ששימשו כיום נגזרות מהתנועה של משפחת קנדי ואח ‘14 , קרוו וייס-fogh15. טחנות הטיסה יכולות להיות שונות בצורה ובגודל, אך העיקרון הבסיסי נשאר זהה. חרק הוא קשור ורכוב על זרוע אופקית רדיאלי כי הוא חופשי לסובב, עם חיכוך מינימלי, על מוט אנכי. כאשר החרק מתעופף קדימה, דרכו מוגבלת לסיבוב במישור אופקי, כאשר המרחק העובר לסבב מוכתב לפי אורך הזרוע. חיישן משמש בדרך כלל כדי לזהות כל סיבוב של הזרוע הנגרמת על ידי פעילות הטיסה של החרק. נתונים גולמיים כוללים סבבים לזמן יחידה והשעה בטיסה היום התרחשה. הנתונים מוזנים למחשב לצורך הקלטה. נתונים ממספר טחנות טיסה נרשמים לעתים קרובות במקביל, ביסודו של דבר, עם גדות 16 ו-32 מפעלי טיסה משותפים. הנתונים הגולמיים מעובדים באופן נוסף על-ידי תוכנה מותאמת אישית כדי לספק ערכים עבור משתנים כגון מהירות טיסה, מספר כולל של טיסות נפרדות, מרחק ומשך זמן, וכן הלאה.
כל מיני חרקים שונים כשמדובר בשיטה הטובה ביותר לקשירה בגלל משתנים מורפולוגיים כגון גודל הכולל, גודל וצורה של אזור היעד לחיבור הקשירה, הרכות והגמישות של החרק, הצורך והשיטה ל הפחתות, הפוטנציאל הגלום בכנפיים ו/או בראש עם דבק או הצפת במקומה, ועוד הרבה פרטים נוספים. במקרים של דמיינו הפרשות של באג plataspid16 ו חיפושית אמברוזיה17, אזורי היעד המתאימים לקשר המצורף הם גדולים יחסית וסלחנית של מיקום דביק מדויק כי הראש והכנפיים הם קצת ופרד היטב מאתר הקבצים המצורפים. זה לא להוריד את הקושי בלקשור את החרקים האלה, שדורשים כל מין. אבל התולעת המערבית של התירס היא חרק מאתגר במיוחד כדי לקשור: את הצורה צר וקצר, מה שהופך מאוד מדויק עם כמות מינימלית של דבק (שעווה שיניים במקרה זה) הכרחי כדי למנוע הפרעות עם הפתיחה של elytra לטיסה עם הראש, כאשר מגע עם עיניים או אנטנות יכול להשפיע על התנהגות. במקביל, על החבל להיות מחובר היטב כדי להימנע מdislodgement על ידי הנוסע החזק הזה. הפגנה של המדוגנות של בעלי מבוגרים הוא הקורבן החשוב ביותר בעיתון זה. זה צריך להיות לעזור לאחרים שעובדים עם זה או חרקים דומים שבו השיטה דמיינו כאן יכול להיות אופציה שימושית.
במאמר זה מתוארים שיטות המשמשות באופן יעיל לחיבור ולאפיון פעילות הטיסה של מבוגרים בעלי ממון תירס מערביים שגדלו בצפיפויות שונות של זחל. טחנות הטיסה והתוכנות המשמשות במחקר זה (איור 1) נגזרו מתוך עיצובים שפורסמו באינטרנט על ידי ג ‘ ונס ואח ‘.18 שיטות הקשירה שונו מתוך תיאור התוכנה בסטאלנט ואח ‘9 מערך של 16 טחנות טיסה שוכן בחדר סביבתי, שנועד לשלוט בתאורה, בלחות ובטמפרטורה (איור 2). שימוש זה או דומה התקנה יחד עם הטכניקות הבאות מאפשר לבדוק גורמים שעשויים להשפיע על הנטייה טיסה וביצועים של התולעת תירס המערבי, כולל גיל, מין, טמפרטורה, photoperiod, ועוד רבים אחרים.
Protocol
Representative Results
Discussion
אפיון התנהגות הטיסה של מערב התירס המערבי חשוב להמצאת תוכניות לניהול התנגדות אפקטיבית. התנהגות הטיסה של המזיק זה נחקרה במעבדה באמצעות שיטות שונות, כולל actographs, מנהרות טיסה, ומטחנות טיסה. טחנות טיסה, כמתואר ומומחש במאמר זה, לאפשר לחרקים לעשות טיסות ממושכת כך החוקרים יכולים לכמת פרמטרים טיסה ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
הE.Y.Y. של הקרן הלאומית למדע הייתה נתמכת על ידי המוסד הלאומי למדעי המדינה/UCRC, המרכז לטכנולוגיות ניהול פרוקי-רגליים, תחת גרנט לא. IIP-1338775 ושותפי תעשייה.
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).
