Une soufflerie pour odeur véhiculée par des tests comportements insectes

Résumé

Nous décrivons ici la construction et l’utilisation d’un tunnel de vent pour odeur véhiculée par des tests comportements avec des insectes. La conception du tunnel de vent facilite la libération des sources d’odeurs par plusieurs méthodes, avec ou sans stimuli visuels. Des expériences de soufflerie sont des moyens importants pour identifier les substances chimiques volatiles actives sur le plan comportemental.

Résumé

Olfaction est le mécanisme sensoriel plus important par lequel beaucoup d’insectes interagissent avec leur environnement et une soufflerie est un excellent outil pour étudier l’écologie chimique des insectes. Insectes peuvent localiser des sources ponctuelles dans un environnement en trois dimensions par le biais de l’interaction sensorielle et comportement sophistiqué. La quantification de ce comportement est un élément clé dans le développement de nouveaux outils de pest control et la décision prise en charge. Un tunnel de vent avec une section de vol adapté avec flux d’air laminaire, visual cues pour commentaires en vol et une variété d’options pour l’application des odeurs peut être utilisée pour mesurer des comportements complexes qui par la suite peuvent permettre l’identification des attrayants ou odeurs répulsives, caractéristiques de vol insecte, visual-odeur des interactions et des interactions entre les substances attractives et les odeurs persistantes comme les odeurs de fond dans l’environnement. Une soufflerie possède l’avantage d’étudier l’odeur véhiculée par répertoire comportemental d’un insecte dans un environnement de laboratoire. Les mesures comportementales dans un milieu contrôlé assurent la liaison entre la physiologie insecte et application sur le terrain. Une soufflerie doit être un outil flexible et devrait soutenir facilement les modifications apportées à la configuration et le matériel pour s’adapter à des questions de recherche différents. L’inconvénient majeur à la soufflerie de configuration décrite ici, est le fond propre odeur qui nécessite une attention particulière lors du développement d’un mélange de volatil synthétique pour application sur le terrain.

Introduction

La soufflerie est un outil important dans des études d’écologie chimique des insectes qui permettent aux essais en laboratoire des réponses d’insectes vol à écomones. En libérant les odeurs dans un flux de vent contrôlée, réponse comportementale des insectes à ces stimuli peut être contrôlé directement par l’étude de leur vol au vent vers la source. Olfaction est le plus important mécanisme sensoriel qui beaucoup d’insectes d’interagir avec leur environnement biotique¹. Insectes utilisent des signaux de l’odeur pour trouver des partenaires appropriés pour l’accouplement. De même, ils utilisent des bouquets d’odeurs de ressources hôte pour trouver de la nourriture pour eux-mêmes, ou les descendants. Plantes libèrent des odeurs florales en combinaison avec des récompenses de nectar et de pollen pour garantir l’efficacité de la pollinisation par les insectes. Tous ces repères volatils diffusent passivement dans l’environnement et insectes doivent identifier et interpréter leur pertinence individuelle. Comme substances volatiles sont libérés dans l’environnement, les molécules voyagent avec le vent comme des filaments, conservant la concentration initiale sur de longues distances sous le vent, avant de finalement être cassé vers le haut et dilué de turbulence et la diffusion². Insectes peuvent détecter des changements minimes dans le volatile du signal et de dirigent leur mouvement contre le vent, vers la source. Insectes présentent un comportement de vol avec ondes rapide au vent au contact d’une odeur attractive et coulée sur le côté sur la perte de déménager l’odeur plume^3,4. L’arrangement a localisé des neurones olfactifs dans les sensilles des antennes insectes peut faciliter les réponses comportementales à l’apparition et la perte de contact de panache avec remarquable haute résolution⁵ et activez les insectes pour faire la distinction entre semblables molécules odorantes provenant de différentes sources,⁶. Rétroaction visuelle tout en vol, appelé optomotrice anemotaxis, est fondamentale pour identifier la direction du vent, les objets et les déplacement relatif^2,7. Par l’utilisation d’interaction sensorielle et comportement sophistiqué, insectes peuvent localiser des sources ponctuelles dans un environnement en trois dimensions.

L’identification des insectes attractants et répulsifs peut avoir plusieurs aspects appliqués importants. Des phéromones sexuelles (signaux intraspécifiques) de nombreux insectes nuisibles peuvent être synthétisés et libérés dans l’air de perturber la reproduction comportement⁸. Les phéromones et les kairomones (signaux interspécifiques) peut être utilisé pour le piégeage de masse, d’attirer et tuer dans la surveillance des pièges pour donner des informations directes de l’état de la lutte antiparasitaire. Les insectifuges, tels que les moustiques⁹, peuvent également être étudiés en soufflerie essais biologiques. Ces méthodes jouent un rôle important de la lutte antiparasitaire intégrée systèmes de soutien de gestion et de décision pour les agriculteurs.

Wind tunnel tests biologiques, où le répertoire de comportement médiatisée d’odeur d’une espèce peut être surveillé, est une méthode puissante pour identifier de potentiels nouveaux outils antiparasitaires remplacer ou réduire l’impact de l’utilisation des pesticides.

Le raisonnement théorique derrière le design de la soufflerie est minutieusement décrit¹⁰. Nous décrivons ici la soufflerie construction, demande d’odeur et de comportement en vol qui a été utilisé dans de nombreuses expériences pour déterminer le protocole d’essai biologique de soufflerie. Le tunnel de vent (Figure 1) Nibio (Ås, Norvège) est fabriquée en polycarbonate transparent résistant aux rayure. L’arène de vol est de 67 cm de hauteur, 88 cm de large et 200 cm de long. Devant l’arène de vol, il y a une section supplémentaire en polycarbonate, 30 cm de long. Cette partie de la soufflerie est une section utilitaire pour l’application des odeurs. Si les substances volatiles entrer en contact avec le polycarbonate logement dans le domaine de vol, ils peuvent plus tard être réédités et contaminent entre les sessions. À chaque extrémité de la section utilitaire, il y a donc une grille métallique perforée. Les deux grilles de restreignent la circulation de l’air et créer une légère surpression du côté au vent. Cela se traduit par l’augmentation du flux laminaire sur le côté sous le vent. La grille au vent est constituée d’une plaque métallique perforée avec des trous de 8 mm réparties dans l’ensemble de la section du tunnel pour fournir à aire ouverte de 54 %. La grille sous le vent a des trous de 3 mm et un 51 % aire ouverte. Cela réduit les turbulences et veille à ce que l’odeur plume Recorrer au centre de la longueur de l’arène de vol. Le panache d’odeur aura la forme d’un cône étroit et peut être visualisé par l’utilisation de fumée. Sur le plancher du vol des cercles arena, de plastique ou de papier de différentes tailles (de 5 à 15 cm de diamètre) sont disposés à fournir une rétroaction visuelle insectes pendant le vol. Il y a une porte d’accès de 25 de 50 cm à l’extrémité amont de l’arène de vol et à la section utilitaire. Entre la fin sous le vent de l’arène de vol et la section de filtre de gaz d’échappement, il y a un espace ouvert de 60 cm pour la gestion des insecte. Cette zone d’accès est recouvert sur les côtés avec un tissu de 0,8 mm maillée pour empêcher les insectes de s’échapper dans la chambre.

Air est aspiré dans le premier boîtier de filtre par un ventilateur. L’air passe à travers un filtre de poussière avant d’être purifiée par 24 filtres à charbon actif de haute capacité et publié dans le tunnel. L’air sortant du tunnel est traversé d’un boîtier de filtre similaire avant d’être relâché dans la pièce. Il pourrait être bénéfique pour évacuer l’air vers l’extérieur du bâtiment par une hotte aspirante. Les fans sur les deux boîtiers de filtre sont exécutés avec débit égal. Les deux fans ont un gradateur continu et sont étalonnés à des vitesses de vent différentes à l’aide d’un débitmètre. La vitesse de l’air dépend de l’espèce testée. 30 cm s^-1 est souvent un bon point de départ. De petits insectes, la vitesse idéale de l’air peut être réduite, et pour les flyers de fortes, la vitesse peut être plus élevée pour augmenter la distance de vol relatif.

La chambre de soufflerie facilite le contrôle de la température, l’humidité et l’intensité lumineuse. Bandes de LED sont placés derrière une vitre opaque poly(methyl methacrylate) de 3 mm pour créer une source de lumière diffuse qui précède et derrière la scène de vol. Les deux sources lumineuses peuvent être contrôlés indépendamment.

Application d’odeur est possible par plusieurs moyens. Généralement, les odeurs sont libérées dans la circulation d’air dans le centre de l’extrémité amont de l’arène de vol. Selon les questions de recherche à portée de main, le point de rejet peut être exposé ou couverts. Un cylindre de verre (diamètre 10 cm, 12,5 cm de long) avec un grillage métallique (grosseur de maille de 2 × 2 mm) sur le côté sous le vent peut visuellement bloquer la source de l’odeur et en même temps servir une plate-forme d’atterrissage pour les insectes. De nombreuses expériences, une plate-forme horizontale de verre peut être utilisée pour présenter les sources de l’odeur, ou des signaux visuels près du point de sortie. Il y a aussi la possibilité de libérer deux odeurs dans le même temps, côte à côte, afin de faciliter le choix des essais. Les points de sortie sont alors placés 20 cm apart et les panaches de l’odeur se chevauchent d’à mi-chemin dans le tunnel. Le choix peut ensuite être identifié par quel panache, l’insecte est suite au vent.

La conception du tunnel de vent facilite de nombreuses méthodes de libération volatils. Par exemple, une odeur spécifique peut être libérée en face d’une odeur de fond comme émise par une récolte plante^11,12. En outre, différents stimuli visuels peuvent être testé^13,14. Le montage expérimental doit être adapté à chaque question d’espèces et de la recherche.

Sources de l’odeur naturelle, comme parties de la plante et odeurs synthétiques de distributeurs peuvent être introduits directement dans le domaine de vol. Pour isoler l’odeur véhiculée par les comportements de visual, la source de l’odeur peut être couvert, ou les composés volatils transportés dans l’arène de vol via une alimentation en air laboratoire filtrée au charbon de l’extérieur. La source de l’odeur est alors limitée à un bocal en verre et l’air est poussé à travers le pot dans la soufflerie via tubes téflon et tubes de verre. La vitesse indiquée au point de sortie doit correspondre à la vitesse du vent dans l’arène.

Pour libérer les odeurs des ratios de mélange spécifique, un pulvérisateur peut être utilisé. Le pulvérisateur est une buse ultrasonique avec une pointe conique et un micrométrique inséré pour faciliter un flux liquid à 10 µL min^-1. La buse est reliée à un générateur d’ultrasons à large bande et opère à 120 kHz. Un pousse-seringue est en poussant l’échantillon dans la buse du pulvérisateur. Fluoré éthylène propylène (FEP) tubes de 0,12 mm de diamètre intérieur doit se connecter la seringue de 1 mL étanche au gaz et la buse. Adaptateurs de tuyaux qui gonflent dans l’éthanol et rétrécissement dans l’air, faciliter moulants avec aucun volume interne. La taille des gouttelettes aérosol générée à partir de la vibration de la buse est fréquence dépendant et dépend du solvant spécifique utilisé. Les petites gouttelettes s’évaporent et sont présentées dans le tunnel de vent comme substances volatiles. Autres conceptions de pulvérisateur existent aussi et une version moins coûteuse utilisant un piezo piloté par verre capillaire fournit une semblable solution¹⁵.

Les mélanges synthétiques ou des collections de l’espace de tête peuvent être utilisées avec le pulvérisateur. Les échantillons sont dilués avec de l’éthanol pur à la concentration désirée. Avec des collections volatiles, l’échantillon peut être dilué pour qu’ils correspondent à la fois de la collection. Cela signifie qu’une collection de volatile échantillonnée au cours de 3 h doit être diluée à 1800 µL, qui, dans un communiqué, tarif à partir du pulvérisateur à 10 µL min^-1 correspond à 3 h.

D’identifier le comportement de vol peut être fait directement par l’observation manuelle ou par l’analyse post-hoc de la vidéo. Le vol orienté doit être distingué de vol aléatoire. Odeur véhiculée par comportement se distingue par les caractéristiques suivantes : plume de vol de zig-zag à travers l’odeur, tout droit au vent vol lorsqu’il figure dans le panache, et une boucle de retour si le contact avec le panache est perdu. Lors de la perte d’un panache attrayant, les insectes peuvent aussi commencer à zig-zag avec l’augmentation des arches de se reconnecter à la plume perdue^3,4. Ce comportement est fondamental dans un milieu de terrain où les insectes suite à une odeur attractive doivent faire face à la turbulence et le déplacement des directions du vent. Le modèle de vol n’est pas uniform et varie selon les ordres d’insectes. À titre d’exemple, forts circulaires comme les mouches à viande ont une orientation le plus vite au vent jacquard de coulée plus large que de papillons, et la vitesse du vent doit être augmentée pour faciliter une plus longue trajectoire de vol relatif.

Le vol d’un insecte peut également être filmé. Avec une seule caméra, caractéristiques de vol simple peuvent être décrite en traçant le x y coordonnées¹⁶. En utilisant deux caméras avec capture de trame synchronisées, le vol 3D peut être reconstruit à l’aide d’un logiciel externe¹⁷. La trajectoire de vol peut ensuite être analysée pour donner des informations sur la vitesse de vol et de distance, les angles de vol en ce qui concerne la direction du vent et les détails sur les caractéristiques de vol en ce qui concerne le panache d’odeur. Il y a les équipement personnalisé et commercial et les logiciels disponibles qui permettent le suivi image par image automatique. Les cadres de l’étalonnage doivent être utilisés pour référencer l’espace de monde réel, et rectilignes grand-angulaires devraient servir à réduire au minimum les distorsions de lentille. Il faut pour réduire le bruit de fond visuel, tels que les bords et les coins dans l’arène de la soufflerie et pour maximiser l’insecte pour discrimination à l’arrière-plan. À l’aide d’une source de lumière infrarouge, la réflexion (e.g., contre les moustiques nocturnes) peut être filmé avec de caméras monochromes CCD¹⁷.

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Protocole

1. préparation des Tubes de verre

1. Préparer les tubes de verre (e.g., diamètre 2,8 cm, 13 cm de long) et fermer une extrémité par un bouchon de pression en plastique.
2. Séparez les 10 insectes dans les tubes de verre plafonnés et couvrir l’extrémité restante avec de la gaze à l’aide d’un élastique. Laisser les insectes pour s’acclimater à la température, la luminosité et l’humidité de la salle de la soufflerie pendant au moins 2 h.
   Remarque : Le nombre d’insectes à l’intérieur de chaque tube dépend de la question de l’espèce et de la recherche.

2. prΘparer les Sources d’odeurs

1. Protocole de pulvérisateur.
   1. Remplir la seringue de 1 mL étanche au gaz avec une collection de feuillure dilué ou un mélange d’odeur synthétique.
      Remarque : Le contenu de l’espace de tête dilué ou de la combinaison d’odeur synthétique dépend d’insecte question d’espèce et de la recherche. En général, les concentrations utilisées doivent correspondre à des taux de libération naturelle de la source de l’odeur authentique.
   2. Connectez l’embout de la seringue au tuyau FEP à l’aide d’adaptateurs de tuyaux et insérer la seringue dans le pousse-seringue.
   3. Démarrer la pompe de seringue.
   4. Démarrer le générateur d’ultrasons à large bande.
      Remarque : La sortie de l’aérosol de pulvérisateur peut être confirmée en pointant une torche légère sous le point de rejet.
   5. Faites fonctionner le pulvérisateur avec de l’éthanol 96 % pour un minimum de 10 min entre les traitements pour nettoyer l’intérieur de la lance et de tubes. Utiliser une seringue séparée, dédiée à l’éthanol pur, pour tout nettoyage.
   6. Après utilisation, nettoyer les seringues et l’extrémité de la buse avec éthanol à 96 %.
2. Protocole de source authentique odeur.
   1. Insérez les sources d’odeurs authentiques dans la soufflerie ou dans un bocal de collection headspace 2 L.
   2. Raccorder la bouteille de collecte d’espace libre à l’air du laboratoire et libèrent dans le tunnel aérodynamique.
      NOTE : Végétaux frais virés comme fermer au début des expériences que possible et prévenir le flétrissement en insérant l’extrémité coupée dans un petit flacon avec de l’eau. La quantité et type de matériel végétal ou une autre source de l’odeur authentique, dépend des insecte question d’espèce et de la recherche.
3. Positionner le tube en verre avec l’insect(s) sur un support 180 cm sous le vent de la source d’odeur/visual et 30 cm du sol. L’extrémité plafonnée doit être face au vent.

3. à partir du protocole

1. Utilisez deux caméras pour capturer les deux points de vue différents. Monter les caméras au-dessus de l’arène de vol et inclinée pour capturer deux vues différentes.
2. Ouvrez le capuchon.
3. Démarrer la minuterie.
   NOTE : Différentes espèces nécessitent différentes périodes de temps à répondre, par exemple., la tordeuse de la pomme (Argyresthia conjugella) vous répondra dans les 4 à 5 min¹¹, mais la teigne grapewine (Lobesia botrana) nécessitent jusqu'à 20 min pour répondre ¹⁸.
4. Observez le modèle de vol et une attention particulière aux caractéristiques de vol et orientation au vent. Marquer les performances de vol selon les catégories de comportements prédéfinis, par exemple., atterrir et décoller, orientés sur une courte distance (minimum de 20 cm), orienté de vol sur plus longue distance (< 5 cm de la source).
   NOTE : Tournage et tracking 3D à l’aide de deux caméras peuvent servir à donner de plus amples renseignements sur les caractéristiques de vol. En général, les caméras sont montés au-dessus de l’arène de vol et inclinées pour capturer deux vues différentes.
5. Recueillir les insectes d’atterrissage sur les murs de la soufflerie, en dehors de la plume de l’odeur et le remplacer sur le support.
   Remarque : Les insectes peuvent être donnés une chance de répondre aux odeurs avec vol au vent et ne pas remplacée.
6. Changement pour nettoyer le matériel de verre entre les traitements.
   Remarque : Contrôle fréquent des traitements doivent être exécutés afin d’identifier les sources de contamination possible.
7. Euthanasier les insectes avec le CO₂ ou par le froid après les expériences.
   NOTE : Selon la question de recherche, les femelles peuvent être a marqué pour le développement de l’oeuf ou visuellement inspectées pour vérifier l’état des ailes ou des antennes.

4. nettoyage

1. Tout le matériel métal et de verre avec l’éthanol et l’eau de lavage et laisser à sec.
2. Faire chauffer tous les matériels de métal et de verre à 300 ° C pendant 6 heures éliminer les contaminants.

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Résultats

Mouches à viande réagit fortement aux odeurs d’animaux morts représente un substrat de croissance larvaire éphémère^19,20. À l’aide de souris mortes comme une source de l’odeur naturelle, nous a étudié les détails sur le comportement de vol de 15 jours ans, accouplés femelle c. vicina, avec ou sans, un stimuli visuels à côté de l’odeur communiqué point¹³. Pour éliminer le rep...

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Discussion

La soufflerie est un outil utile pour identifier des odeurs attractifs et répulsifs pour de nombreux insectes^4,9. Avec bonne connaissance de l’écologie, la biologie et le comportement de l’insecte a étudié, ses caractéristiques de vol peuvent être facilement identifiés et conditions environnementales, la vitesse du vent, des stimuli visuels et demande de l’odeur peuvent être personnalisés pour s’adapter. Il est recommandé lors du démarrage d’...

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matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
Flight arena	any	NA	Construct to fit the filter housing
Filter housing x 2	Camfill Farr		Contains the dust and charcoal filters
Fan x 2	Fischbach	Model D640/E35	Silent fan with continous dimmer switch
Perforated grids	any	NA	Two different open areas are needed, e.g. 54 and 51%
Flowmeter	Swema air	Swema air 300	Identifying the wind speed
Ultrasonic sprayer	SonoTek		Sprayer nozzle with conical tip and inserted microbore
Broadband ultrasonic generator	SonoTek		Function generator
Syringe pump	CMA microdialysis	CMA 102	Liquid delivery
FEP tubing	CMA microdialysis		0.12 mm inner diameter
Tubing adaptors	CMA microdialysis		Connectors for zero internal volume
Gastight syringe	any	NA	1000 µL syringe for headspace collections and synthetic blends
Gastight syringe	any	NA	1000 µL syringe for cleaning sprayer
Torch	any	NA	Small light source for checking sprayer release
Timer	any	NA	Timer with alarm function
Holder for insect release	any	NA	Metal construction
Lighting	any	NA	LED is preferable due to low heat production
Moisturiser	any	NA	Size depends on volume of wind tunnel room
Temperature control	any	NA	Temperture range depends on species
Glass tubes	any	NA	Tubes (2.8 cm diameter, 13 cm long) for  insects
Snap cap	any	NA	Snap cap that fits the glass tube
Gauze	any	NA	Fabric to close the glass tube
Rubber band	any	NA	To hold gauze in place
Glass cylinder	any	NA	Cylinder for odour containment and landing platform (10 cm diameter, 12.5 cm long)
Glass jars	any	NA	Glass jars for dynamic headspace collection
Connectors and tubes	any	NA	Tubes and connectors depends on type of glass jars
Air supply	any	NA	From laboratory air or bottles
Charcoal filters	any	NA	For cleaning the outside air sypply
Vial	any	NA	Small vial with water to keep plant material fresh
Oven	any	NA	Heat metal and glassware to 300 degrees to decontaminate