Diabrotica virgifera virgifera (LeConte) verwendet Flugmühlen zur Messung der Flugneigung und Leistung des westlichen Maiswurzelwurms
Summary
Flugmühlen sind wichtige Werkzeuge zum Vergleich, wie Alter, Geschlecht, Paarungsstatus, Temperatur oder verschiedene andere Faktoren das Flugverhalten einesInsektsbeeinflussen können. Hier beschreiben wir Protokolle, um die Flugneigung und Leistung des westlichen Maiswurzelwurms unter verschiedenen Behandlungen zu messen.
Abstract
Der westliche Maiswurzelwurm Diabrotica virgifera virgifera (LeConte) (Coleoptera: Chrysomelidae) ist ein wirtschaftlich wichtiger Maisschädling im Norden der Vereinigten Staaten. Einige Populationen haben Resistenzen gegen Managementstrategien entwickelt, einschließlich transgenen Mais, der insektizide Toxine produziert, die aus dem Bakterium Bacillus thuringiensis (Bt) gewonnen werden. Das Wissen über die Verbreitung westlicher Maiswurzelwürmer ist von entscheidender Bedeutung für Modelle der Widerstandsentwicklung, -ausbreitung und -minderung. Das Flugverhalten eines Insekts, vor allem über eine lange Distanz, ist von Natur aus schwer zu beobachten und zu charakterisieren. Flugmühlen bieten eine Möglichkeit, Entwicklungs- und physiologische Auswirkungen und Folgen des Fluges im Labor direkt zu testen, die in Feldstudien nicht erzielt werden können. In dieser Studie wurden Flugmühlen verwendet, um den Zeitpunkt der Flugaktivität, die Gesamtzahl der Flüge sowie die Entfernung, Dauer und Geschwindigkeit von Flügen zu messen, die von weiblichen Wurzelwürmern während eines 22-stunden-Testzeitraums durchgeführt wurden. Sechzehn Flugmühlen waren in einer Umweltkammer mit programmierbarer Beleuchtung, Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle untergebracht. Die beschriebene Flugmühle ist von einem typischen Design, bei dem ein Flugarm frei um einen zentralen Drehpunkt gedreht werden kann. Die Rotation wird durch den Flug eines Ansekts verursacht, das an ein Ende des Flugarms gefesselt ist, und jede Drehung wird von einem Sensor mit einem Zeitstempel aufgezeichnet. Rohdaten werden per Software zusammengestellt, die anschließend verarbeitet werden, um zusammenfassende Statistiken für Flugparameter von Interesse zu liefern. Die schwierigste Aufgabe für jede Flugmühlenstudie ist die Befestigung des Tethers an das Insekt mit einem Klebstoff, und die verwendete Methode muss auf jede Art zugeschnitten sein. Die Befestigung muss stark genug sein, um das Insekt in einer starren Ausrichtung zu halten und eine Ablösung während der Bewegung zu verhindern, ohne die natürliche Flügelbewegung während des Fluges zu stören. Der Befestigungsprozess erfordert Geschicklichkeit, Finesse und Geschwindigkeit, um Videoaufnahmen des Prozesses für Wurzelwürmer von Wert zu machen.
Introduction
Der westliche Maiswurzelwurm Diabrotica virgifera virgifera LeConte (Coleoptera: Chrysomelidae) wurde 1909 als Schädling von kultiviertem Mais identifiziert1. Heute ist es der wichtigste Schädling von Mais(Zea mays L.) im US-Maisgürtel, mit Larven Fütterung auf Maiswurzeln verursacht den größten Teil der Ertragsverluste mit diesem Schädling verbunden. Die jährlichen Kosten für Management- und Maisproduktionsverluste durch Maiswurzelwürmer werden auf über 1MilliardeUS-Dollar geschätzt. Der westliche Maiswurzelwurm ist sehr anpassungsfähig, und Populationen haben Resistenzen gegen mehrere Managementstrategien entwickelt, einschließlich Insektizide, Fruchtfolge und transgenem Bt-Mais3. Die Bestimmung räumlicher Dimensionen, bei denen Taktiken angewendet werden müssen, um die lokale Entwicklung des Widerstands oder eines Widerstands-Hotspots zu mildern, hängt von einem besseren Verständnis der Dispersion4ab. Minderungsmaßnahmen werden nicht erfolgreich sein, wenn sie auf zu kleine räumliche Skalen um einen Widerstands-Hotspot beschränkt sind, da resistente Erwachsene sich über den Minderungsbereich5verteilen. Das Verständnis des Flugverhaltens des westlichen Maiswurzelwurms ist wichtig, um effektive Resistenzmanagementpläne für diesen Schädling zu erstellen.
Die Zerstreuung durch Den Flug spielt eine wichtige Rolle in der Geschichte und Ökologie des westlichen Maiswurzelwurms im Erwachsenenwesten6, und das Flugverhalten dieses Schädlings kann im Labor untersucht werden. Es können mehrere Methoden zur Messung des Flugverhaltens im Labor verwendet werden. Ein Aktograph, der den Flug in einer vertikalen Ebene einschränkt, kann die Zeit messen, in der ein Insekt im Flug eingesetzt wird. Actographen wurden verwendet, um Flugdauer und Periodizitätsmuster von westlichen Maiswurzelwurmmännchen und -weibchen in verschiedenen Altersstufen, Körpergrößen, Temperaturen, Insektizidanfälligkeit und Insektizidexposition7,8, 9. Flugtunnel, die aus einer Tracking-Kammer und einem gerichteten Luftstrom bestehen, sind besonders nützlich, um das Verhalten von Insektenflugzusteinen zu untersuchen, wenn sie einer Geruchsfahne folgen, wie z. B. Pheromonkomponenten10 oder Pflanzenflüchtige11. Flugmühlen sind vielleicht die häufigste Methode für Laborstudien des Insektenflugverhaltens und können verschiedene Aspekte der Flugneigung und Leistung charakterisieren. Laborflugmühlen wurden in Studien des westlichen Maiswurzelwurms eingesetzt, um die Neigung zu kurzen und anhaltenden Flügen sowie die hormonelle Kontrolle von Dauerflug12,13zu charakterisieren.
Flugmühlen bieten eine relativ einfache Möglichkeit, das Flugverhalten von Insekten unter Laborbedingungen zu untersuchen, indem sie es den Forschern ermöglichen, verschiedene Flugparameter wie Periodizität, Geschwindigkeit, Entfernung und Dauer zu messen. Viele der heute verwendeten Flugmühlen stammen aus den Kreisverkehren Kennedy et al.14 und Krogh und Weis-Fogh15. Flugmühlen können in Form und Größe unterschiedlich sein, aber das Grundprinzip bleibt gleich. Ein Insekt wird gefesselt und an einem radialen horizontalen Arm befestigt, der frei zu drehen ist, mit minimaler Reibung, um eine vertikale Welle. Während das Insekt vorwärts fliegt, ist sein Weg darauf beschränkt, in einer horizontalen Ebene zu kreisen, wobei die zurückgelegte Entfernung pro Drehung durch die Länge des Arms diktiert wird. Ein Sensor wird in der Regel verwendet, um jede Drehung des Arms zu erkennen, die durch die Flugaktivität des Insekts verursacht wird. Zu den Rohdaten gehören Rotationen pro Zeiteinheit und Zeitpunkt des Fluges. Die Daten werden zur Aufzeichnung in einen Computer eingespeist. Daten von mehreren Flugmühlen werden häufig parallel aufgezeichnet, im Wesentlichen gleichzeitig, wobei Banken von 16 und 32 Flugmühlen üblich sind. Die Rohdaten werden von einer benutzerdefinierten Software weiterverarbeitet, um Werte für Variablen wie Fluggeschwindigkeit, Gesamtzahl der getrennten Flüge, Entfernung und Dauer der Geflogene usw. bereitzustellen.
Jede Insektenart ist anders, wenn es um die beste Methode zum Anbinden kommt, wegen morphologischer Variablen wie Gesamtgröße, Größe und Form des Zielbereichs für die Befestigung des Tethers, Weichheit und Flexibilität des Insekts, Bedarf und Methode für Anästhesisierung, Potenzial für Fouling der Flügel und /oder Kopf mit verlegten oder Überlaufkleber, und viele, viele mehr Details. Bei visualisiertem Tethering eines plataspid enbugs16 und eines Ambrosiakäfers17sind die jeweiligen Zielflächen für tether attachment relativ groß und verzeihen eine ungenaue Klebeplatzierung, da Kopf und Flügel etwas gut von der Anlageseite getrennt. Dies soll nicht die Schwierigkeit herunterspielen, diese Insekten zu festzuführen, was für jede Art anspruchsvoll ist. Aber der westliche Maiswurzelwurm ist ein besonders herausforderndes Insekt zum Anfassen: Das Pronotum ist schmal und kurz, so dass eine sehr präzise Befestigung mit einer minimalen Menge klebstoff (in diesem Fall Zahnwachs) notwendig ist, um Störungen beim Öffnen des Elytra zu verhindern. für den Flug und mit dem Kopf, wo der Kontakt mit Augen oder Antennen das Verhalten beeinflussen kann. Gleichzeitig muss der Tether fest befestigt werden, um eine Auflösung durch diesen starken Flyer zu vermeiden. Die Demonstration des Anteders von Wurzelwurm-Erwachsenen ist das wichtigste Angebot in diesem Papier. Es sollte anderen helfen, die mit diesem oder ähnlichen Insekten arbeiten, wo die hier visualisierte Methode eine nützliche Option sein könnte.
Dieser Artikel beschreibt Methoden, die verwendet werden, um effektiv zu hegen und die Flugaktivität von westlichen Maiswurzelwurm-Erwachsenen zu charakterisieren, die in verschiedenen Larvendichten aufgezogen wurden. Die in dieser Studie verwendeten Flugmühlen und Software (Abbildung 1) wurden von Entwürfen abgeleitet, die von Jones et al.18 Tethering-Techniken im Internet veröffentlicht wurden. in einer Umweltkammer untergebracht, die zur Steuerung von Beleuchtung, Feuchtigkeit und Temperatur entwickelt wurde (Abbildung 2). Die Verwendung dieses oder ähnlicher Einrichtung zusammen mit den folgenden Techniken ermöglicht das Testen von Faktoren, die die Flugneigung und Leistung des westlichen Maiswurzelwurms beeinflussen können, einschließlich Alter, Geschlecht, Temperatur, Photoperiode und viele andere.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Charakterisierung des westlichen Maiswurzelwurmflugverhaltens ist wichtig für die Entwicklung effektiver Resistenzmanagementpläne. Das Flugverhalten dieses Schädlings wurde im Labor mit verschiedenen Methoden untersucht, darunter Aktographen, Flugtunnel und Flugmühlen. Flugmühlen, wie in diesem Papier beschrieben und veranschaulicht, ermöglichen es Insekten, ununterbrochene Flüge zu machen, so dass Forscher Flugparameter wie Entfernung, Dauer, Periodizität und Geschwindigkeit einzelner Flüge über einen gesa…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
E.Y.Y.s Graduiertenassistenz wurde von der National Science Foundation I/UCRC, dem Center for Arthropod Management Technologies, unter Grant No. IIP-1338775 und Industriepartner.
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
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