המרכיבים העיקריים של צילום Bioassay משיכה עבור מחקרים חרקים או תוכניות ניטור

Lee W. Cohnstaedt; Jordan C. Disberger; Eric Paulsen; Adrian J. Duehl

doi:10.3791/57445

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

Summary

צילום-אטרקציה bioassay ארנאס משמשים כדי לקבוע את צבעי אור אופטימלי כדי למקסם את האטרקציה חרקים; עם זאת bioassays ושיטות הם ספציפיים כדי להתמקד בהתנהגויות חרקים, בתי גידול. ציוד להתאמה אישית ושינויים מוסברים עבור חרקים ליליים, ההשתנות היומית, יבשתי או אווירי.

Abstract

Attractants חזותית ממוטבת יגדל חרקים השמנה יעילות באמצעות התנהגויות מולדת החרק היעד (תמונה חיובית-מוניות) כאמצעי כדי לפתות את החרק האוכלוסייה פקד או מלכודת ניטור. דיודות פולטות אור (נוריות) יצרו אפשרויות תאורה להתאמה אישית עם אורכי גל ספציפי (צבעים), עוצמות, רוחבי פס, אשר ניתן להתאים אישית את החרקים היעד. צילום-אטרקציה bioassays התנהגותית ניתן להשתמש נוריות כדי למטב את צבעי אטרקטיבי עבור זן חרקים שלבים ספציפיים על החיים או התנהגויות (ההזדווגות, האכלה, או המבקשים מקלט). חוקרים עליך ואז לאשר את התוצאות bioassay בשדה ולהבין את המרחק אטרקטיבי מוגבלת של attractants חזותית.

הזירה bioassay עלה תלתן היא שיטה גמישה כדי להעריך צילום המשיכה תוך כדי גם הערכת מגוון של התנהגויות חרקים טבעיים כגון בריחה, האכלה תגובות. הזירה יכול לשמש עבור ניסויים חרקים יבשתי או אוויר, כמו גם חרקים ההשתנות היומית, ומקודש. טכניקות איסוף נתונים ההיכל הם מצלמים, כולל קשר עם האורות, או פיזית איסוף החרקים כמו הם נמשכים לכיוון האורות. חשבונות assay עבור חרקים לא-הבחירה של ארנאס יכול להיות צבע (כחברים) בודד או מספר צבעים (תחרותית). העיצוב עלה תלתן גורם חרקים עם thigmotaxis חזק כדי לחזור למרכז הזירה שבה הם יכולים להציג את כל אפשרויות ב- LED תחרותי בדיקות. הזירה עלה תלתן המובאת כאן שימש עם יתושים, פשפשים, לעוף הגרמני, הבית זבובים, נשיכות הזבובונים, חיפושיות קמח אדום, ו psocids. Bioassays משמשים לפיתוח מדויק, יעיל מלכודות חרקים מדריך פיתוח, אופטימיזציה של מלכודות חרקים נהגה לפקח על תנודות אוכלוסיית המזיק עבור מחלת וקטור הערכות סיכונים, כניסתה של מין פולש, ו/או לשמש דיכוי האוכלוסייה.

Introduction

כמעט כל מעקב הן תלוי חוש הריח או attractants ויזואלית ושניהם לעיתים קרובות. נדיף attractants חוש הריח יכול לפזר לאורך כל הסביבה וכתוצאה מכך שטח אטרקטיבי גדול. עם זאת, ייתכן attractants חזותי מגוון מוגבל בגלל העין מתחם הגעה לפתרון תמונות¹^,²^,³. לכן, attractants חזותי חייב להיות מוטבת כדי החרק עניין להגדיל את המשיכה, המלכודת שנועדה לנצל אופני פעולה טבעית החרק היעד.

משיכה ויזואלית מבוססת על אורכי גל השמש או מקורות אחרים של האור נספג או בא לידי ביטוי השטח של האובייקט; אורגניזמים להציג את הקליטה/השבירה של אורכי גל כצבע. חזון חרקים נמצאה כדי לכלול כחול, ירוק, סגול (UV) אורכי גל¹. חרקים להשתמש החזון שלהם כדי לסייע במציאת החברים, מזון, מחסה⁴. חרקים יכולים להגדיר חזותית אובייקט גדלים, צבעים, צורות, תנועות וניגודים⁵^,⁶. Nocturnally פעיל חרקים נמשכים בדרך כלל לאור הניגוד שונות ואת עוצמת⁴, ואילו חרקים ההשתנות היומית ניתן לפתור צבעים ותמונות, בנוסף חדות בשל זמינות רבה יותר פוטון במהלך היום. מלכודות הניטור להשתמש ברמזים חזותיים החרק לטובתם למטב את האטרקציה וללכוד⁷.

השיטה הנפוצה ביותר להערכת צילום-אטרקציה היה תצפית של חרקים תנועה כלפי צורות בצבעים שונים כגון פרחים⁸ או אובייקטים (כגון כרטיסי דביק⁹^,¹⁰). Bioassays חזותי באמצעות חרקים להפקר יכול לעזור לזהות את הטווח האופטימלי של אורכי גל ו/או בעוצמות, אשר מפחית את מספר ניסויים בשטח. Bioassays חזותיים כגון "המנהרה אור דו-צדדית" תוכננו עבור בדיקות זבובים¹¹. הבעיה עם שתי מנהרות האור צדדית הם כי הם לא מהווים חרקים אינם נאספים. חרקים ברוב יוקפא בפינות פנימיות, לאורך קצות בזירות. גם רק שני צבעים יכולים להיבדק בפעם אחת. מבחני אחרים כוללים את השיטות של Steverding & Troscianko (2004)¹², שבה הצטמצם זבובים המשיכה ללהקות רחבה (±50 ננומטר) של הצבעים הבהירים. דיודות פולטות אור (נוריות) אוחדו מלכודות כדי לשפר את האטרקציה חרקים על-ידי מיטוב אורכי הגל של האור הנפלט¹^,¹³^,¹⁴. אופטימיזציה של האטרקציה חזותי של אלה מלכודות או עיסוק תשפר יעילות איסוף חרקים באמצעות התנהגויות מולדת החרק למשוך חרקים. בדרך זו, תוצאות bioassay משמשים כדי למטב את הטכנולוגיות השמנה. "יבשתי פרוקי-רגליים המלכודת" זאת משופר המלכודת כיפת סטנדרטי-סוג התעשייה למעקב חיפושית קמח אדום (ארה ב. פטנט # US8276314B2)) את "שיטת ו יצירות עבור משופרת אור מלכודות" המביאות של דיודות פולטות לתוך האנטנה אור מלכודות חרקים (ארה ב. פטנט # US2009/0025275A1). שני הפטנטים להשתמש בטכנולוגיית LED היה ממוטבת להשתמש בתוצאות bioassay לשפר באופן משמעותי את מלכודות חרקים.

מחקר זה מתאר של ארנה bioassay של משיכה צילום ואת שיטות המאפשרות החוקרים להעריך את התגובה חרקים לצמצם אורכי גל כצבע אטרקטיבי תחרותי או יחיד. ציוד והשינויים ניסיוני מוצגים עבור חרקים ליליים, ההשתנות היומית, יבשתי ו אווירי.

Protocol

1. bioassay רכיבים

ארנה יבשתי בנייה
1. שימוש מתכת מהבהבים חומר רצועות של 2.54 ס מ אורך. לכופף כל רצועת קומיקס למעגל חצי בעל קוטר של 15.24 ס מ (איור 1).
2. לחבר את הקצוות של כל עיגול חצי ויוצרים צורת עלה תלתן מ מארבעת החלקים. להתחבר הקצוות של כל עיגול חצי להחזיק אותם ביחד נעילה אום ובורג מכונת #10.
3. לקדוח חור אל נקודת האמצע של כל עיגול 0.79 ס מ מהחלק התחתון של הזירה. מוספית בעלי 5 מ מ LED החורים שנקדחו באמצע כל עיגול.
4. במטרה להפחית את השתקפות, לרסס ספריי מט בצבע שחור ברחבי הזירה¹⁴ לכסות מהבהב מתכת. השתמש מרקם נוזלי (למשל., Fluon) כדי למנוע לטפס אל מחוץ לזירה מעל שהספריי חרקים.
בנייה בזירה האווירית
הערה: בזירה האווירית כולל גודל דומה, ממד לזירה הארצית; עם זאת, היה להשתמש בחומר polyacrylic (איור 2). מפלסטיק ברורה מאפשר כל האור לעבור. מפלסטיק ברורה מונע השתקפות המפריע הניסוי. מפלסטיק ברורה גם מאפשר את הניסוי להצטלם.
1. שרשור הנקודות הרחוקה ביותר של כל עיגול כדי לאפשר מכולות לדפוק על הזירה המרכזית. צורת עלה תלתן שולח חרקים חזרה למרכז. פינות חיצוניות מעודדים את הקהילה חרקים; אולם, אוסף כוסות עבור אוויר חרקים יש בכל פינות פנימיות ופינות חיצוניים אין.
2. המכולות הזירה אווירי, להשתמש מתברג polymethylpentene מכולות (125 מ ל, הקוטר החיצוני 64 מ מ, גובה 74 מ מ), לקדוח את תחתיות (15 מ מ קוטר).
3. לתוך כל תחתית של המכולות, מוספית צינורות משורשר (בקוטר 15 מ מ, אורך 60 מ מ).
4. לצרף בעל LED 5 מ מ עפעפיו של כל מיכל. שרשור כל מכסה לכלוב אוסף אל כגדולים גדול של הכלובים אוסף.
5. מושב בצינור מושחל מן הזירה, קטנים כגדולים בצד הנגדי של הכלוב אוסף. ודא בסוף כל צינור משורשרות מיושר עם הקירות בתוך הזירה מתאימה צמוד לכלוב אוסף.
  הערה: הצינור משורשרות היה עשוי טפלון. טפלון זוהר את הצבע של ה-LED בכלוב אוסף המחזיק. הצינור משורשרות היה המרכיב היחיד שזוהר ביחס החרקים בזירה בשל חומר פלסטיק אפור בבסיס של כל הכלוב אוסף.
הכנה אלקטרוניקה
הערה: שם הם צבעים שונים (אורכי גל) של נוריות תלויים הכימיקלים שמשתמשים בהם לבניית ה-LED, לכן במגוון רחב של צבעים אפשריים (טבלה 1).
1. כל הניסויים, לשימוש רגיל 5 מ מ נוריות עם הפניות חיוביים ושליליים. הנוריות יכול להיות צר שלהם טווח אורך הגל ± 5 ננומטר או יכול להיות גדול ב- nm ± 50 שלהם טווח אורך הגל.
2. להגדיר את זווית הצפייה כמו הזווית חרוט המרבי שבו ניתן להציג תצוגה. אלה ידועים אחרת כפי דרך החור נוריות. דרך חור נוריות דורשים גם דרך החור חריצים על PCB, רתמת חיווט, או חוטים מולחמים המסופים שליליים או חיוביים. משטח הר נוריות דורשות תכנון נאות, הלחמה לכלול אותם.
3. לשלב נגדים משתנים האלקטרוניקה לשלוט צריכת החשמל LED (LED עוצמת) (איור 3). להשתמש ספקטרומטר אור כדי לוודא את עוצמת (W/m²) ואת אורך הגל (ננומטר) של הנוריות עבור ניסוי.

2. ארנה הכנה

בעבר, בין כל שכפול, בזהירות לפרק ולנקות את הזירה באמצעות סבון חסר ריח, מלשוניות במים חמים כדי להסיר כל ריחות או attractants לא רצויות. השתמש בספוג עם שוחקים רמה נמוכה כדי להימנע מגרד את הזירה.
1. ביסודיות לייבש את הזירה ולהגדיר אותו הצידה כדי לסיים את האוויר ייבוש כהכנה מהמבחן הבא. פעולה זו תמנע כתמי מים מלפתח. שריטות ונקודות מים יכול לגרום שבירה על נקודות אלה בזירה. עיוותים ליצור שגיאה בתוצאות.
2. בכל פעם שיש לטפל בהם את הזירה, ללבוש nitrile כפפות כדי למנוע היכרות עם ריחות האנושית על כל אחד מהמשטחים של הזירה.
להקליט את התנאים הסביבתיים הבאים: לחות, טמפרטורה, לחץ ברומטרי, תאריך, שעת התחלה/סיום, מקורות אור חיצוני או LED עמדות בזירה. ערכים אלה ולהקליט לנטר מגמות שלהם ניסוי כדי ניסוי. פעולה זו מבטיחה נאות אחיד ניסיוני משכפל, להקליט את התנאים הסביבתיים לפני ואחרי משכפל.
סוגי הניסויים
הערה: הגדרה זו הוא מסוגל יחיד ותחרותיות בדיקות קלות.
1. בדיקה אור יחיד, השתמש אחד אור שמופק על cloverleaf יחיד ואילו שאר העלים תלתן אין פליטת מהם.
2. לניסוי תחרותי, פולטים אור מתוך כל ארבעה cloverleafs עם מאפיינים שונים בתחרות אחד עם השני.
  הערה: ניסויים אחרים יכול להעריך את חשיבות המדינה חרקים (האכיל, מורעבים, teneral, הזדווגו, דם האכיל, וכו.), את כל סיפור חיי הבמה. תוכנת הקלטה/ניתוח התנהגותי יכול לשמש כדי להקליט ולכמת התנהגות. לניסויים ליליים, מצלמות אינפרא אדום יכול לשמש כדי להציג את החרקים, אשר יווצר לבן ב- IR הקלטה בניגוד הזירה כהה.
3. סובב LED עמדות לאחר כל שכפול כדי לשלוט באפקט הפוטנציאלי של הפרעה קלה בין מקורות אור מנוגדות העדפותיהם סביבתיים.
4. כדי לספור את מספר אוספים עבור חרקים שהולכים לא לתוך חורים, להשתמש נוריות אינפרא-אדום, מצלמה אינפרא אדום ותוכנה¹⁴. הקלטת וידאו יציג שהמספר של חיפושית ביקורים בכל LED. אוסף לא נספר. אלא אם כן החרק עוברת למרכז הזירה לקראת LED בניגוד לשמירה של קצה בעבר LED.
ארנה ההתקנה
1. להגדיר את הדום עם ארבע צנצנות זהות מייסון ולמקם בד פשתן שחור מעליהם. בד פשתן הוא שחור כדי למנוע אור המשקף את החלק התחתון של הזירה.
2. מניחים על צלחת הבסיס של הזירה על המעמד הזה. להרכיב כל חתיכה של הזירה על גבי צלחת הבסיס הזה.
3. מקם את הזירה עלה תלתן מרכזי סביב נקודת שחרור הבסיס. לשמור את זה מרכזי מאפשר החרקים לצאת מן המרכז של הניסוי, לתת להם אין העדפה הראשונית.
4. התקן את האור דיודות (נוריות) לתוך LED מחזיקי המכל אוסף 4.
5. להגדיר ציוד חשמלי כדי לשלוט את האורות.

3. החל Bioassays

מקם את המכסה ברורה של הזירה מעל הזירה במקביל baseplate. אם חרקים משתחררים דרך baseplate, המכסה ארנה כבר צריכה בזירה. זה מכיל חרקים ומאפשר הערכה חזותי או הקלטת וידאו (יבשתי חרקים).
1. במידת הצורך על ידי מינים (אוויר חרקים), באופן זמני לשתק את החרקים כדי לאפשר מיצוי מהכלובים שלהם (הופעתה), לאפשר מבוא ארנה. הורסים את החרקים יכול להתבצע באמצעות באופן זמני עם פחמן דו-חמצני או חום קר (<-20 ° C עבור הזבובונים עד-4.0 ° C עבור יתושים).
2. שימוש של העצמות, לחלץ את המין הרצוי ואת ספירה של חרקים החרקים שהפילו. לאחר מכן, מציגים את החרקים אל תוך הזירה דרך הבסיס. השתמש בצינור או כלי אחר השאיפה לחילוץ חרקים. חשיפות טיפול או ארוכה מדי תפחית הישרדות.
3. התחל bioassay הקלטות/הערכה לפני acclamation לאשר החרקים הם מגיבים רק האור, לא מפגין מענה לברוח. כדי למנוע בריחה תגובה, מתן זמן להתאקלמות בלתי של h 1 כדי החרקים לפני הפעלת האלקטרוניקה. חרקים אוריינט לכיוון אורכי במהלך התגובה הבריחה שלהם כאשר הם ממוקמים לתוך סביבה חדשה.

4. סיום וכימות Bioassays

הערה: משך הזמן של כל שכפול ניסיוני יהיה תלוי התנהגות חרקים, התגובה תזמון, באופן כללי שימוש של חשיפה ארוך יותר, התגובות יותר נוטים להיות יותר אינפורמטיבי.

תנאים סביבתיים הרשומה.
לעצור הקלטות כגון למצלמה אינפרא-אדום, אם נעשה שימוש.
שימוש באוסף צ'יימברס: לאחר כל שכפול, למקם את הזירה עלה תלתן מקפיא להרוג את החרקים על כימות. לא צריך להיות שמאל הזירה במקפיא במשך זמן רב מדי כי הסביבה מקפיא עלול לגרום הפלסטיק לפיצוח.
לכמת התנהגות חרקים על ידי ספירת המגיבים חרקים בכלובים אוסף או ניתוח וידאו. חרקים נשאר בזירה עלה תלתן נספרו כפי שהוא יוצר אין ברירה. לדוגמה, Culicoides נמצאו להיות נמשך ביותר אור UV לעומת ביצוע אין ברירה⁷.

תוצאות

הזירה יבשתי שימש כדי לשפר את המזיק, ניטור מלכודות חיפושיות קמח אדום¹⁴ ומפליגה ארנאס אווירי עבור הסיאן¹⁵ ונשיכות הזבובונים⁷. אמנם עלה תלתן ארנאס היו דומים, התנאים עבור כל מיני חרקים שונים, לאכלס את ההערכה של חרקים ליליים או תפקודים רבם ...

Discussion

צילום-אטרקציה bioassays הם כלי חשוב כדי לקבוע את צבעי אטרקטיבי אופטימלית ולצמצם את האפשרויות עבור ניסויי שדה אחד הצבעים האלה. עם זאת, מספר גורמים הריכוזיות בשעת מיטוב של bioassay עבור ספציפיים חרקים כולל: אור אחד vs. תחרותי ניסויים אור, בהירות, טווח הספקטרום אופטימלית, אמביינט הפרעות קלות, המדי?...

Disclosures

אף אחד

Acknowledgements

אף אחד

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
metal flashing material
#10 stainless steel machine screw		Stock
#10 stainless steel locking nut		Stock
5 mm LED holder	Radio Shack Corp	276-080
matte black spray paint		Stock
Fluon		Stock
molded polyacrylic
screw top Nalgene	Thermo Fisher Scientific	Nunc polymethylpentene	125 mL, 64 mm outer diameter, 74 mm height
Threaded Teflon pipes		Stock	15 mm diameter, 60 mm length
StellarNet light spectrometer	Stellar Net, Inc	BLACK Comet C-SR-25
LED infrared light source	Tracksys LTD
infrared video camera	Panasonic Corp	WV-BP330 Panasonic CCTV camera
MEDIACRUISE software	Canopus Corp

References

Briscoe, A. D., Chittka, L. The evolution of color vision in insects. Annu. Rev. Entomol. 46, 471-510 (2001).
Srinivasan, M. V., Chahl, J. S., Nagle, M. G., Zhang, S. W., Srinivasan, M. V., Venkatesh, S. Embodying natural vision into machines. From living eyes to seeing machines. , 249-265 (1997).
Srinivasan, M., Moore, R. J. D., Thurrowgood, S., Soccol, D., Bland, D., Barth, F. G., Humphrey, J. A. C., Srinivasan, M. V. From Biology to engineering: insect vision and applications to robotics. Frontiers in sensing. , 19-39 (2012).
Allan, S. A., Day, J. F., Edman, J. D. Visual ecology of biting flies. Annu.Rev. Entomol. 32, 297-316 (1987).
Brown, A. W. A. Studies of the responses of the female Aedes mosquito Part V. The role of visual factors. Bull. Entomol. Res. 44, 567-574 (1953).
Brown, A. W. A. Studies on the responses of the female Aedes mosquito Part VI. The attractiveness of coloured cloths and Canadian species. Bull. Entomol. Res. 45, 67-78 (1954).
Snyder, D., Cernicchiaro, N., Cohnstaedt, L. W. Sugar-feeding status alters biting midge photoattraction. Med. Vet. Entomol. 30, 31-38 (2016).
Menzel, R., Shmida, A. The ecology of flower colours and the natural colour vision of insect pollinators: The Israeli flora as a study case. Biological Reviews. 68, 81-120 (1993).
Walker, W. F. Responses of selected thysanoptera to colored surfaces. Environ. Entomol. 3, 295-304 (1974).
Lelito, J. P., Fraser, I., Mastro, V. C., Tumlinson, J. H., Baker, T. C. Novel visual-cue-based stickytraps for monitoring of emerald ash borers, Agrilus planipennis (Col., Buprestidae). J. Appl. Entomol. 132, 668-674 (2008).
Diclaro, J. W., Cohnstaedt, L. W., Pereira, R. M., Allan, S. A., Koehler, P. G. Behavioral and Physiological Response of Musca domestica to Colored Visual Targets. J. Med. Entomol. 49 (1), 94D100 (2012).
Steverding, D., Troscianko, T. On the role of blue shadows in the visual behaviour of tsetse flies. Proc. R. Soc. Lond. B. 271, 16-17 (2004).
Cohnstaedt, L. W., Gillen, J. I., Munstermann, L. E. Light-emitting diode technology improves insect trapping. J. Am. Mosq. Control Assoc. 24, 331-334 (2008).
Duehl, A. J., Cohnstaedt, L. W., Arbogast, R. T., Teal, P. E. A. Evaluating light attraction to increase trap efficiency for Tribolium castaneum (Coleoptera: Tenebrionidae). J. Economic Entomol. 104, 1430-1435 (2011).
Schmid, R. B., Snyder, D., Cohnstaedt, L. W., McCornack, B. P. Hessian Fly (Diptera: Cecidomyiidae) Attraction to Different Wavelengths and Intensities of Light-EmittingDiodes in the Laboratory. Environ. Entomol. 46 (4), 895-900 (2017).
Cohnstaedt, L. W., Snyder, D. Design features of a proposed insecticidal sugar trap for biting midges. Vet. Ital. 52 (3-4), 265-269 (2016).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

137 Bioassay

This article has been published

Video Coming Soon

Keep me updated: