Brug af Flight Mills til at måle flyve tilbøjelighed og ydeevne af Western Corn Rootworm, Diabrotica virgifera virgifera (Leconte)

Summary

Flight Mills er vigtige værktøjer til at sammenligne, hvordan alder, køn, parring status, temperatur, eller forskellige andre faktorer kan påvirke et insekt‘s flyvning adfærd. Her beskriver vi protokoller til at tøjle og måle flyvningen tilbøjelighed og ydeevne af vestlige majs rodorm under forskellige behandlinger.

Abstract

Den vestlige majs rootworm, Diabrotica virgifera virgifera (Leconte) (Coleoptera: Chrysomelidae), er en økonomisk vigtig skadegører af majs i det nordlige USA. Nogle populationer har udviklet resistens over for ledelsesstrategier, herunder transgene majs, der producerer insektdræbende toksiner afledt af bakterien Bacillus thuringiensis (BT). Viden om vestlige majs rodorm spredning er af afgørende betydning for modeller af resistens Evolution, spredning, og afbødning. Flyvning opførsel af et insekt, især over en langdistance, er i sagens natur vanskeligt at observere og karakterisere. Flight Mills giver et middel til direkte at teste udviklingsmæssige og fysiologiske virkninger og konsekvenser af flyvning i laboratoriet, der ikke kan opnås i feltundersøgelser. I denne undersøgelse blev Flight Mills brugt til at måle timingen af flyveaktivitet, det samlede antal flyvninger, og afstanden, varigheden og hastigheden af flyvninger taget af kvindelige rodorme i en 22-h testperiode. Seksten flyve Møller blev anbragt i et miljøkammer med programmerbar belysning, temperatur og Fugtighedskontrol. Den beskrevne Flight Mill er af et typisk design, hvor en flyarm er fri til at rotere om en central drejning. Rotation er forårsaget af flugt af et insekt bundet til den ene ende af flyve armen, og hver rotation registreres af en sensor med et tidsstempel. Rå data er kompileret af software, som efterfølgende behandles for at give summariske statistikker for flyve parametre af interesse. Den sværeste opgave for enhver flyvning Mill undersøgelse er fastgørelse af tether til insektet med et klæbemiddel, og den anvendte metode skal skræddersys til hver art. Den vedhæftede fil skal være stærk nok til at holde insektet i en stiv retning og forhindre løsrivelse under bevægelse, mens det ikke forstyrrer den naturlige vinge bevægelse under flyvningen. Vedhæftnings processen kræver fingerfærdighed, finesse og hastighed, hvilket gør videooptagelser af processen for rootworms af værdi.

Introduction

Den vestlige majs-rootworm, Diabrotica virgifera virgifera Leconte (Coleoptera: Chrysomelidae), blev identificeret som en skadegører af dyrket majs i 1909¹. I dag er det den vigtigste skadedyr af majs (Zea mays L.) i den amerikanske majs bælte, med larve fodring på majs rødder forårsager det meste af udbyttet tab forbundet med denne pest. De årlige omkostninger til forvaltning og majs produktion tab som følge af majs rodorm anslås at overstige $1.000.000.000². Den vestlige majs rodorm er meget tilpasningsdygtig, og populationer har udviklet resistens over for flere ledelsesstrategier, herunder insekticider, sædskifte, og transgene BT Corn³. Fastlæggelse af rumlige dimensioner over hvilken taktik skal anvendes for at afbøde lokal udvikling af resistens, eller en modstand hotspot, afhænger af en bedre forståelse af spredning⁴. Afbødende foranstaltninger vil ikke blive en succes, hvis de er begrænset til for lille af en rumlig skala omkring en modstand hotspot, fordi resistente voksne vil sprede ud over afbødning område⁵. Forståelse flyvning opførsel af vestlige majs rodorm er vigtigt at skabe effektive resistens Management planer for denne skadedyr.

Dispersal ved flyvning spiller en vigtig rolle i voksne vestlige majs rodorm livshistorie og økologi⁶, og flyvningen opførsel af denne skadedyr kan undersøgt i laboratoriet. Flere metoder kan anvendes til at måle flyve adfærd i laboratoriet. En actograph, som begrænser flyvning i et lodret plan, kan måle mængden af tid, et insekt er involveret i flyvning. Actographs er blevet brugt til at sammenligne flyve varigheden og periodicerne af vestlige majs-rodorm-hanner og-hunner i forskellige aldre, kropsstørrelser, temperaturer, insektfølsomhed og insekt bekæmpelseseksponering^{7,8, 9}. Flight tunneler, som består af et sporings kammer og styret luftstrøm, er især nyttige til at undersøge insekt flyvning adfærd, når efter en lugt Plume, såsom kandidat feromone komponenter¹⁰ eller plante flygtige¹¹. Flight Mills er måske den mest almindeligt metode til laboratorieundersøgelser af insekt flyvning adfærd og kan karakterisere flere aspekter af flyvning tilbøjelighed og ydeevne. Laboratorie flyvning Møller har været ansat i undersøgelser af Western Corn rodorm at karakterisere tilbøjelighed til at foretage korte og vedvarende flyvninger samt hormonelle kontrol af vedvarende flyvning^12,13.

Flight Mills giver en forholdsvis enkel måde at studere insekt flyvning adfærd under laboratorieforhold ved at lade forskerne til at måle forskellige flyvning parametre, herunder periodiciteter, hastighed, distance, og varighed. Mange af de Flight Mills, der anvendes i dag, stammer fra rundkørsler af Kennedy et al.¹⁴ og Krogh og Weis-Fogh¹⁵. Flight Mills kan være forskellige i form og størrelse, men det grundlæggende princip forbliver den samme. Et insekt er bundet og monteret på en radial horisontal arm, der er fri til at rotere, med minimal friktion, om en lodret aksel. Da insektet flyver fremad, er dets vej begrænset til cirklerne i et vandret plan, med den tilbagelagte distance pr. omdrejning dikteret af længden af armen. En sensor bruges typisk til at detektere hver rotation af armen, der forårsages af insektets flyveaktivitet. Rå data omfatter rotationer pr. enheds tid, og tidspunktet på dagen flyvning fandt sted. Dataene føres ind i en computer til optagelse. Data fra flere Flight Mills registreres ofte parallelt, i det væsentlige samtidig, med banker på 16 og 32 Flight Mills er fælles. De rå data behandles yderligere af brugerdefineret software til at levere værdier for sådanne variabler som flyhastighed, samlede antal separate flyvninger, distance og varighed flyves, og så videre.

Hver insektarter er anderledes, når det kommer til den bedste metode til tøjring på grund af morfologiske variabler såsom samlede størrelse, størrelse og form af målområdet for fastgørelse af tether, blødhed, og fleksibilitet af insektet, behov og metode til bedøvelse, potentiale for tilsmudsning vinger og/eller hoved med malplacerede eller overløb klæbemiddel, og mange, mange flere detaljer. I tilfælde af visualiseret tøjring af en plataspid bug¹⁶ og en Ambrosia Beetle¹⁷, er de respektive målområder for tether fastgørelse relativt store og tilgivende af upræcis klæbemiddel placering, fordi hovedet og vingerne er noget godt adskilt fra vedhæftnings stedet. Dette er ikke at bagateller vanskeligheden ved at tøjler disse insekter, som er krævende for enhver art. Men den vestlige majs rodorm er et særligt udfordrende insekt at tøjle: Rygsiden er smal og kort, hvilket gør meget præcis fastgørelse med en minimal mængde klæbemiddel (dentalvoks i dette tilfælde) nødvendig for at forhindre interferens med åbningen af elytra til flyvning og med hovedet, hvor kontakt med øjne eller antenner kan påvirke opførsel. På samme tid, skal tøjle være solidt fastgjort for at undgå afbetaling af denne stærke flyer. Demonstrationen af tethering af rodorm voksne er det vigtigste tilbud i dette papir. Det bør være til hjælp for andre, der arbejder med denne eller lignende insekter, hvor den metode visualiseret her kunne være en nyttig mulighed.

Dette papir beskriver metoder, der anvendes til effektivt at tøjle og karakterisere flyvningen aktivitet af vestlige majs rodorm voksne, der blev opdrættet på forskellige larve tætheer. De fly Møller og software, der anvendes i denne undersøgelse (figur 1) blev afledt af designs lagt ud på internettet af Jones et al.¹⁸ tethering teknikker blev ændret fra beskrivelsen i Stebbing et al.⁹ en række 16 fly Møller var anbragt i et miljøkammer, designet til at styre belysning, fugtighed og temperatur (figur 2). Ved hjælp af denne eller lignende setup sammen med følgende teknikker giver mulighed for test faktorer, der kan påvirke flyvningen tilbøjelighed og ydeevne af vestlige majs rootworm, herunder alder, køn, temperatur, fotoperiode, og mange andre.

Protocol

1. bageste vestlige majs rodorm til Flight tests Bemærk: Hvis voksnes alder skal kontrolleres eller kendes, skal voksne først indsamles i marken efterfulgt af opdræt af deres afkom til voksenalderen til testning. Hvis en alder af Beetle eller et standardiseret opdræt miljø er ikke til bekymring, så direkte test felt-indsamlede voksne kan være muligt, og protokollen kan begynde med trin 2. Saml mindst 500 Western Corn rodorm voksne fra et majs felt af interesse for at sikre nok…

Representative Results

Figur 4 viser repræsentative eksempler på output, som forventes efterprøvning af flyvningen. Flight data blev indhentet fra eksperimentel arbejde udført i Department of Entomology på Iowa State University. Seks-dages gamle, parret kvindelig vestlige majs rodorm voksne blev bundet til Flight Mills og placeret i en kontrolleret miljøkammer sat på 14:10 l:d, 60% RH, og 25 ° C. Billerne blev efterladt på flyve fabrikkerne i 22 timer i træk begyndende 30 minutter før påbegyndelse af s…

Discussion

Karakterisering vestlig majs rodorm flyvning adfærd er vigtig for at udtænke effektive resistens Management planer. Flyvning opførsel af denne skadegører er blevet undersøgt i laboratoriet ved hjælp af forskellige metoder, herunder actografer, Flight tunneler, og Flight Mills. Flight Mills, som beskrevet og illustreret i dette papir, tillader insekter at foretage uafbrudt flyvninger, så forskerne kan kvantificere flyve parametre såsom distance, varighed, hyppighed og hastighed af individuelle flyvninger, over en …

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