Rask testing av motstand av tømmer til biologisk nedbrytning av marine treborende krepsdyr

Summary

Denne protokollen presenterer en metode for å vurdere fôringshastigheten til den treborende krepsdyret Limnoria, ved å måle fekal pelletsproduksjon. Denne metoden er designet for bruk i ikke-spesialiserte laboratorier og har potensial for innlemmelse i standard testprotokoller, for å evaluere forbedret tre holdbarhet under marine forhold.

Abstract

Treborende hvirvelløse dyr ødelegger raskt marine tømmer og kystinfrastruktur i tre, noe som forårsaker milliarder av dollar i skade over hele kloden hvert år. Ettersom behandlinger av tre med bredspektret biocider, som kreosot og kromert kobber arsenat (CCA), nå er begrenset i marin bruk av lovgivning, er det nødvendig med naturlig holdbare tømmerarter og nye bevaringsmetoder for tre. Disse metodene gjennomgår testing for å oppfylle regulatoriske standarder, for eksempel den europeiske standarden for testing av trebeskyttelsesmidler mot marine borers, EN 275. Innledende undersøkelse av holdbare tømmerarter eller trebeskyttelsesbehandlinger kan oppnås raskt og billig gjennom laboratorietesting, noe som gir mange fordeler i forhold til marine feltforsøk som vanligvis er kostbare, langsiktige bestrebelser. Mange arter av Limnoria (gribble) er marine treborende krepsdyr. Limnoria er ideell for bruk i laboratorietesting av biologisk nedbrytning av tre av marine treborere, på grunn av det praktiske med å oppdra dem i akvarier og hvor enkelt det er å måle fôringshastighetene på tre. Her skisserer vi en standardiserbar laboratorietest for å vurdere biologisk nedbrytning av tre ved hjelp av gribble.

Introduction

Treborere kan forårsake omfattende skade på marine trekonstruksjoner, for eksempel sjøforsvar, brygger og akvakulturstrukturer; erstatning eller restaurering som koster milliarder av dollar per år over hele ^verden1,2,3. For å beskytte disse strukturene blir tømmer ofte behandlet for å redusere biologisk nedbrytning. Men på grunn av begrensningen av bruk av bredspektret biocider i Australia, EU, Storbritannia og USA, i det marine miljøet, er nye modifikasjonsteknikker og treslag som er naturlig holdbare for borers ettertraktet4,5,6,7. Nye teknikker for bevaring av tre i det marine miljøet krever grundig testing for å oppfylle regulatoriske standarder og begrense miljøpåvirkninger fra farer som utvasking av kjemiske konserveringsmidler. For eksempel brukes den europeiske standarden EN 275, som er den nåværende europeiske standarden fra 1992, til å evaluere trebevaringsbehandlinger mot marine treborerskader8,9. Denne standarden, sammen med andre lover mot bruk av biocidforbindelser, som ^CCA4,5,6,7 og kreosot10, nødvendiggjør bærekraftige, ikke-giftige metoder for trebeskyttelse og bruk av naturlig holdbare trearter for å erstatte biocidbehandlinger11,12 . Marine studier, som de som er spesifisert i EN 275, krever lange eksponeringsperioder og er dermed dyre og trege for å gi meningsfulle resultater. Laboratorietester gir imidlertid et mye raskere alternativ til testmetoder for å bevare treprodukter mot marine treborangrep, noe som muliggjør rask evaluering av justeringer i ^{behandlingsplanene13}. Resultater fra dette raske laboratorieforsøket er designet for å informere nye modifikasjonsprosesser av tre og for å identifisere tømmerarter med naturlig holdbarhet for borerskader. En lav fôringshastighet og vitalitet kan indikere økt motstand i potensielle produkter, og denne informasjonen kan deretter mates tilbake til bransjepartnere for å tillate dem å forbedre designene. Vår metode gir en kvikk og rask respons, som er ønskelig i industrien, og når lovende produkter er identifisert, kan resultatene suppleres med de fra marine studier.

Gribbles (Limnoria) er en slekt av isopod krepsdyr i familien Limnoriidae. Det er over 60 arter av Limnoria over hele verden13,14,15, med tre vanlige arter funnet i Storbritannia, Limnoria lignorum, Limnoria tripunctata og Limnoria quadripunctata16. De bar tunneler på overflaten av tre som er nedsenket i sjøvann, noe som ofte forårsaker økonomisk betydelig skade. Gribbles er svært rikelig i kystnære britiske farvann og er enkle å vedlikeholde under laboratorieforhold, noe som gjør dem ideelle organismer for studiet av trebiodegradering av marine treborende hvirvelløse dyr. Evaluering av fôringshastigheter og vitalitet av gribbles på ulike tømmerarter og trebevaringsmetoder kan bestemme effekten av deres motstand mot biologisk nedbrytning. Følgende protokoll angir en standardmetode for måling av gribble fôringshastigheter, utviklet fra det som beskrives av Borges og ^{kolleger12,17}, i tillegg til å effektivisere innføringen av bildeanalyse for å gjøre prosessen operable i ikke-spesialiserte laboratorier. Bildeanalyse brukes også til å redusere de praktiske begrensningene ved manuell telling av et stort antall prøver. Holdbarhet i langsiktig marin testing, i henhold til den britiske standarden EN350-1:1994, er gradert med referanse til Pinus sylvestris ^sapwood18. I den kortsiktige laboratorietestingen som presenteres her, bruker vi scots furu (Pinus sylvestris L) sapwood som en kontroll for å teste heartwood av arten ekki (Lophira alata Banks ex C.F Gaertn), bøk (Fagus sylvatica L), søt kastanje (Castanea sativa Mill) og terpentin (Syncarpia glomulifera (Sm.) Nied). Gjennomsnittlig fekal pelletsproduksjon og vitalitet blant åtte repliker per treslag ble brukt som en indikator på holdbarhet. Vi tilbyr illustrative data samlet inn fra en typisk evaluering, ved hjelp av gribble arten Limnoria quadripunctata og en rekke naturlig holdbare tømmerarter. Limnoria quadripunctata, identifisert av nøklene levert av Menzies (1951), ble valgt som den optimale arten for biologisk nedbrytningsstudier på grunn av det faktum at det er det mest studerte medlemmet av familien og er veletablert som modellarter for bruk i biologisk nedbrytningsstudier. Denne protokollen gjelder også for testing av skoger av forskjellige behandlinger, selv om kontrollen som brukes bør være ubehandlede replikasjoner av samme art.

Protocol

1. Forbereder testpinner Når noen behandlingsprosesser er fullført, skjær tørt tre i testpinner til størrelse 2 mm x 4 mm x 20 mm (figur 1). Lufttørk holder seg til en konstant vekt, under laboratorieforhold. Bruk minst 5 replikeringer av hvert tre som testes. Figur 1: Tes…

Representative Results

Et fôringseksperiment av L. quadripunctata ble utført over 20 dager, ved hjelp av fem forskjellige tretyper (Scots pine (Pinus sylvestris L) sapwood, og halstre av bøk (Fagus sylvatica L), ekki (Lophira alata Banks ex C. F Gaertn), søt kastanje (Castanea sativa Mil), og terpentin (Syncarpia glomulifera (Sm.) Neid)) (Se Tabell over materialer), i november 2020. Åtte replikeringspinner ble brukt per treslag, og ett eksemplar av Limnor…

Discussion

Før du velger gribbleprøver som skal brukes i fôringseksperimentet, bør enkeltpersoner screenes for å vurdere deres egnethet. Det kan være en viss variasjon i fôringshastigheten mellom individer på grunn av forskjeller i størrelse, så bare fullvoksne voksne prøver bør velges. Det ble ikke påvist noen signifikant forskjell mellom fôringshastigheten til individer mellom 1,5 mm og 3 mm lengde av Borges et al., ²⁰⁰⁹¹⁷. Kvinne Limnoria brød eggene sine, i løpet av hvilken tid …

Materials

12-well cell culture plates	ThermoFisher Scientific	150200
50ml Falcon tubes	Fisher Scientific	14-432-22
Adjustable volume pipette	Fisher Scientific	FBE10000	1-10 ml
Beech	G. Sawyer (consultant in timber technology)	Fagus sylvatica	Taxonomic authority: L
Ekki	G. Sawyer (consultant in timber technology)	Lophira alata	Taxonomic authority: Banks ex C. F. Gaertn.
Forceps	Fisher Scientific	10098140
Incubator	LMS LTD	INC5009
Microporous specimen capsules	Electron Microscopy Sciences	70187-20
Petri dish	Fisher Scientific	FB0875713
Scots Pine	G. Sawyer (consultant in timber technology)	Pinus sylvestris	Taxonomic authority: L.
Size 00000 paintbrush	Hobby Craft	5674331001	Size 000 or 0000 also acceptable
Sweet Chestnut	G. Sawyer (consultant in timber technology)	Castanea sativa	Taxonomic authority: Mill
Turpentine	P. Evans (Professor, Dept. Wood Science, University of British Columbia)	Syncarpia glomulifera	Taxonomic authority: (Sm.) Nied.
Vacuum desiccator	Fisher Scientific	15544635