Elementi chiave dell'analisi biologica di attrazione di foto per studi di insetti o programmi di monitoraggio

Riepilogo

Arene di analisi biologica di foto-attrazione vengono utilizzati per determinare i colori di luce ottimali per massimizzare l'attrazione dell'insetto; Tuttavia le analisi biologiche e metodi sono specifici per target habitat e comportamenti dell'insetto. Modifiche e attrezzature personalizzabili sono spiegate per insetti notturni o diurni e terrestri o aerei.

Abstract

Attrattivi visual ottimizzato aumenterà l'efficienza di cattura degli insetti utilizzando comportamenti innati dell'insetto bersaglio (positivi foto-taxi) come un mezzo per attirare l'insetto in una popolazione di controllo o monitoraggio trappola. Diodi emettitori di luce (LED) hanno creato opzioni di illuminazione personalizzabile con specifiche lunghezze d'onda (colori), intensità e larghezze di banda, che può essere personalizzato per gli insetti bersaglio. Analisi biologiche del comportamento foto-attrazione possono utilizzare LED per ottimizzare i colori attraenti per una specie di insetto fino a storia di vita specifiche fasi o comportamenti (accoppiamento, alimentazione o che cercano rifugio). I ricercatori quindi confermano i risultati di analisi biologica nel campo e comprendere la limitata distanza attraente del visual attrattivi.

L'arena di cloverleaf analisi biologica è un metodo flessibile per valutare attrazione foto mentre anche valutare una gamma di comportamenti naturali degli insetti come la fuga e le risposte di alimentazione. L'arena può essere utilizzato per esperimenti di insetti terrestri o aerei, nonché insetti diurni e notturni. Tecniche di raccolta dati con l'arena sono videoregistrazione, contatto con le luci di conteggio o fisicamente raccogliendo gli insetti come essi sono attratti verso le luci. Gli account di test per gli insetti che rendono no-scelta e le arene possono essere singolo colore (non competitivo) o più colori (competitivi). Il progetto cloverleaf causa insetti con forte tigmotassia per tornare al centro dell'arena dove si possono visualizzare tutte le opzioni in un competitivo LED test. L'arena a trifoglio qui presentato è stato utilizzato con le zanzare, cimici, Mosca di Hesse, mosche domestiche, biting midges, coleotteri rosso farina e psocids. Le analisi biologiche sono utilizzate per sviluppare accurati ed efficaci trappole per insetti per guidare lo sviluppo e l'ottimizzazione delle trappole per insetti utilizzati per monitorare le fluttuazioni di popolazione dei parassiti per valutazioni del rischio di malattia vettore, l'introduzione di specie invasive, e/o essere utilizzato per soppressione della popolazione.

Introduzione

Quasi tutta la sorveglianza entomologica dipende dall'olfatto o visual attrattivi e spesso entrambi. Attrattivi olfattivo volatili possono disperdersi in tutto l'ambiente risultante in una grande area attraente. Tuttavia, visual attrattivi possono avere una gamma più limitata a causa degli invertebrati occhio compound risoluzione immagini^1,2,3. Pertanto, devono essere ottimizzato visual attrattivi per l'insetto di interesse per massimizzare l'attrazione e la trappola progettato per trarre vantaggio di comportamenti naturali dell'insetto bersaglio.

Attrazione visiva è basato su lunghezze d'onda dal sole o altre fonti di luce che sono assorbita o riflessa dalla superficie di un oggetto; organismi Mostra questa rifrazione/assorbimento di lunghezze d'onda come colore. Visione dell'insetto è stato trovato per includere blu, verde e ultravioletto (UV) per le lunghezze d'onda¹. Insetti utilizzano loro visione per gli aiuti a trovare gli accoppiamenti, cibo e riparo⁴. Gli insetti possono definire visivamente dimensioni dell'oggetto, colori, forme, movimenti e contrasti^5,6. Gli insetti notturni sono generalmente attratti alla luce del contrasto differente e intensità⁴, considerando che insetti diurni possono risolvere colori e immagini, oltre al contrasto a causa di una maggiore disponibilità di fotone durante il giorno. Trappole per monitoraggio utilizzano segnali visivi dell'insetto a loro vantaggio per ottimizzare attrazione e catturare⁷.

Il metodo più comune di valutazione foto-attrazione era osservazione del movimento dell'insetto verso varie forme colorate come fiori⁸ o gli oggetti (ad esempio biglietti adesivi^9,10). Visual analisi biologiche utilizzando insetti colonizzati possono aiutare a identificare la gamma ottima di lunghezze d'onda e/o intensità, che riduce il numero di prove sul campo. Visual analisi biologiche come il "Tunnel di luce su due lati" sono state progettate per il test di mosche¹¹. Il problema con due tunnel di luce ha parteggiato sono che essi non tengono conto per gli insetti che non sono raccolti. Maggior parte degli insetti si blocca su angoli interni e lungo i bordi nelle arene. Anche solo due colori possono essere testati in una sola volta. Altri test includono i metodi di Steverding & Troscianko (2004)¹², che ha ridotto la mosca tse-tse attrazione a larghe bande (± 50 nm) di colori chiari. Diodi luminosi (LED) sono state integrate nelle trappole per migliorare insetto attrazione ottimizzando le lunghezze d'onda della luce emessa^1,13,14. Ottimizzando l'attrazione visiva di queste trappole o dispositivi di monitoraggio migliorerà l'efficienza di collezione di insetti utilizzando comportamenti innati dell'insetto per attirare gli insetti. In questo modo, risultati di analisi biologica vengono utilizzate per ottimizzare la tecnologia di registrazione esistente. La "terrestre artropodi trappola" che ha migliorato la trappola di cupola-tipo standard di settore per la sorveglianza di Scarabeo rosso farina (US patent # US8276314B2)) e il "metodo e composizioni per una migliore luce trappole" che incorporato di diodi luminescenti in antenna trappole per insetti (US patent # US2009/0025275A1). I due brevetti utilizzano la tecnologia LED che è stata ottimizzata utilizzando i risultati di analisi biologica per migliorare significativamente trappole per insetti.

Questo studio descrive un arena di analisi biologica di attrazione foto e metodi che consentono ai ricercatori di valutare la risposta dell'insetto per restringere le lunghezze d'onda come un colore attraente competitivo o singolo. Attrezzature e modifiche sperimentali sono presentate per gli insetti notturni, diurni, terrestri e aerei.

Protocollo

1. analisi biologica componenti

1. Costruzione di arena terrestre
   1. Nastri metallici di uso lampeggiante materiale di 2,54 cm di lunghezza. Piegare ogni striscia in un semicerchio con un diametro di 15,24 cm (Figura 1).
   2. Collegare le estremità di ogni mezza circonferenza e una forma a trifoglio da quattro pezzi. Collegare le estremità di ogni mezza circonferenza per tenere insieme un dado di bloccaggio e una vite di macchina #10.
   3. Praticare un foro nel punto medio di ogni semicerchio 0,79 cm dal fondo dell'arena. Apporre i titolari di 5mm LED per i fori praticati nel mezzo di ogni semicerchio.
   4. Allo scopo di ridurre il riflesso, spruzzare vernice spray nera opaca in tutta l' arena¹⁴ per coprire il metallo lampeggiante. Usare una texture liquida (ad es., Fluon) per impedire che gli insetti fuori dall'arena scavalcando la vernice spray.
2. Costruzione aerea arena
   Nota: L'arena aerea ha un simile per dimensioni e per l'arena terrestre; Tuttavia, è stato utilizzato materiale poliacrilico (Figura 2). La plastica trasparente permette tutta la luce di passare attraverso. La plastica trasparente impedisce la riflessione che interferisce con l'esperimento. La plastica trasparente consente inoltre l'esperimento essere girato.
   1. I punti più lontani di ogni semicerchio per consentire contenitori di raccolta avvitare l'arena principale del filetto. La forma a trifoglio Invia insetti torna a metà. Angoli esterni non incoraggiano insetto Congregazione; Tuttavia, le tazze di raccolta per gli insetti aerei hanno tutti gli angoli interni e senza angoli esterni.
   2. Per contenitori per la raccolta di arena aerea, utilizzare contenitori di polimetilpentene vite top (125 mL, diametro esterno 64 mm, altezza 74 mm) e forare il fondo (15 mm di diametro).
   3. In ciascuna delle parti inferiori dei contenitori, apporre tubi filettati (15 mm di diametro, lunghezza 60 mm).
   4. Allegare una porta LED 5mm per i coperchi di ogni contenitore. Infilare ogni coperchio di gabbia insieme sul grande orifizio delle gabbie insieme.
   5. Sede il tubo filettato dall'arena nel piccolo orifizio sul lato opposto della gabbia della collezione. Assicurarsi che l'estremità del tubo filettato intera è a filo con le pareti all'interno dell'arena e si adatta stretto alla gabbia insieme.
      Nota: Il tubo filettato era in Teflon. Il Teflon si accende il colore del LED che tiene sua gabbia di raccolta. Il tubo filettato era l'unico elemento che brilla per quanto riguarda gli insetti nell'arena a causa di una sostanza plastica grigia alla base di ogni gabbia insieme.
3. Preparazione di elettronica
   Nota: Ci sono vari colori (lunghezze d'onda) dei LED dipendono dalle sostanze chimiche usate per costruire il LED e quindi una vasta gamma di colori sono possibili (tabella 1).
   1. Per tutti gli esperimenti, utilizzare standard 5 mm LED con cavi positivi e negativi. I LED possono essere stretti nella loro gamma di lunghezza d'onda + /-5 nm o possono essere grandi nel loro campo ± 50 nm di lunghezza d'onda.
   2. Definire l'angolo di visualizzazione come l'angolo conico massimo che uno schermo può essere guardato. In caso contrario, questi sono conosciuti come attraverso foro LED. Attraverso il foro LED richiedono tramite slot di foro su un circuito stampato, un cablaggio, o fili saldati ai terminali positivi e negativi. Surface mount LED richiedono la corretta progettazione di PCB e saldare per incorporarli.
   3. Incorporare l'elettronica per controllare l'assunzione di potere LED (LED intensità) resistori variabili (Figura 3). Utilizzare uno spettrometro di luce per verificare l'intensità (W/m²) e la lunghezza d'onda (nm) dei LED per ogni esperimento.

2. preparazione arena

1. Prima e tra ogni replica, attentamente smontare e pulire l'arena con un sapone inodoro, non abrasivo in acqua tiepida per rimuovere eventuali odori o indesiderati attrattivi. Utilizzare una spugna con un basso livello di abrasivo per evitare di graffiare l'arena.
   1. Accuratamente asciugare l'arena e metterlo da parte per finire in preparazione per il successivo processo di essicazione all'aria. Ciò impedirà macchie d'acqua in via di sviluppo. Graffi e macchie d'acqua possono causare rifrazione su quei punti sull'arena. Le distorsioni creare errori nei risultati.
   2. Ogni volta che deve essere gestito nell'arena, indossare guanti in nitrile per evitare di introdurre gli odori umani sulle superfici dell'arena.
2. Registrare le seguenti condizioni ambientali: umidità, temperatura, pressione barometrica, data, ora di inizio/fine, fonti di luce esterne e LED posizioni nell'arena. Registrare questi valori e monitorare le loro tendenze da esperimento a esperimento. In questo modo corretto uniforme repliche sperimentali, registrare le condizioni ambientali prima e dopo la replica.
3. Tipi di esperimenti
   Nota: Questa configurazione è in grado di testare luce unico e competitivo.
   1. Test luce singola, utilizzare una luce emessa su un singolo cloverleaf mentre il resto delle foglie del trifoglio non hanno nulla che emettono da loro.
   2. Per esperimento competitivo, emettono luce da tutti i quattro cloverleafs con caratteristiche diverse in concorrenza con l'altro.
      Nota: Altri esperimenti in grado di valutare l'importanza dello stato dell'insetto (alimentati, affamato, teneral, accoppiato, sangue alimentato, ecc.) e fase di storia di vita. Software di registrazione/analisi comportamentale può essere utilizzato per registrare e quantificare il comportamento. Per esperimenti notturni, telecamere a infrarossi utilizzabile per visualizzare gli insetti, che si illumina di bianco in IR registrazione in contrasto con l'arena oscura.
   3. Ruota LED posizioni dopo ogni replica per controllare l'effetto potenziale di interferenza della luce tra sorgenti luminose opposte e le eventuali preferenze ambientali.
   4. Per contare il numero di raccolte per gli insetti che non vanno nei fori, utilizzare LED infrarossi, telecamera a raggi infrarossi e software¹⁴. La registrazione video mostrerà che il numero di scarabeo visite per ogni LED. Una raccolta non è contabilizzata a meno che l'insetto si sposta dal centro dell'arena verso un LED al contrario seguendo un bordo passato un LED.
4. Installazione di Arena
   1. Impostare un piedistallo con quattro vasi di muratore identici e posizionare un panno di lino nero in cima loro. Il panno di lino è nero per impedire la luce che riflette fuori dalla parte inferiore dell'arena.
   2. Posizionare la piastra di base dell'arena in cima a questo piedistallo. Assemblare ogni pezzo dell'arena sulla cima di questa piastra di base.
   3. Posizionare l'arena cloverleaf centralmente intorno al punto di rilascio nella piastra di base. Tenendo questo centrale permette gli insetti ad emergere dal centro dell'esperimento, non dando loro alcuna preferenza iniziale.
   4. Installare i diodi luminosi (LED) nei supporti LED del contenitore quattro insieme.
   5. Impostare l'apparecchiatura elettrica per controllare le luci.

3. analisi biologiche a partire

1. Posizionare il coperchio chiaro dell'arena sopra l'arena parallela alla piastra di base. Se gli insetti sono rilasciati attraverso la piastra di base, il coperchio di arena dovrebbe essere già sull'arena. Questo contiene insetti e permette la valutazione visiva o registrazione video (insetti terrestri).
   1. Se necessario di specie (aerei insetti), temporaneamente immobilizzare gli insetti per consentire l'estrazione dalle loro gabbie (emersione) e consentire l'introduzione di arena. Abbattendo gli insetti può essere compiuta con temporaneamente con anidride carbonica o una temperatura fredda (<-20 ° C per moscerini a-4,00 ° C per le zanzare).
   2. Utilizzando un aspiratore, estrarre il sesso desiderato e il conteggio degli insetti dagli insetti abbattuti. Poi, introdurre gli insetti nell'arena attraverso la piastra di base. Utilizzare un tubo o un altro strumento di aspirazione per l'estrazione dell'insetto. Troppa manipolazione o lunghe esposizioni ridurrà la sopravvivenza.
   3. Inizio analisi biologica registrazioni/valutazione prima di acclamazione per confermare gli insetti sono rispondendo solo alla luce e non che esibiscono una risposta di fuga. Per evitare la risposta di fuga, un fornire un tempo di acclimatazione di 1 h per gli insetti prima di alimentare l'elettronica. Gli insetti orientano verso specifiche lunghezze d'onda della luce durante la loro risposta di fuga quando inserito in un nuovo ambiente.

4. conclusione e quantificare le analisi biologiche

Nota: La durata di ogni replica sperimentale dipenderà il comportamento dell'insetto e tempi di risposta, in generale, utilizzare un'esposizione più lunga, più risposte tendono ad essere più informativo.

1. Record condizioni ambientali.
2. Interrompere le registrazioni come la telecamera a infrarossi, se utilizzato.
3. Nel caso di utilizzo di camere di raccolta: dopo ogni replica, inserire l'arena a trifoglio in un congelatore per uccidere gli insetti per la quantificazione. L'arena non dovrebbe essere lasciato nel freezer per troppo tempo perché l'ambiente congelamento può causare la plastica di crack.
4. Quantificare comportamento dell'insetto di conteggio insetto risponditori in gabbie di raccolta o l'analisi del video. Insetti che è rimasto nell'arena a trifoglio sono stati contati come dopo aver fatto alcuna scelta. Ad esempio, Culicoides sono stati trovati per essere più attratto da luce UV rispetto a fare nessuna scelta⁷.

Risultati

L'arena terrestre è stato utilizzato per migliorare il monitoraggio trappole per farina rosso coleotteri¹⁴ dei parassiti e le arene aeree per tela di iuta Vola¹⁵ e biting midges⁷. Sebbene le arene cloverleaf erano simili, le condizioni per ogni specie di insetti erano diverse e sistemato la valutazione degli insetti diurni o notturni che può strisciare o volare. Ancora più importante questi studi di laboratorio tra...

Discussione

Foto-attrazione le analisi biologiche sono uno strumento importante per determinare i colori attraenti ottimali e ridurre al minimo le opzioni per prove sul campo di questi colori. Tuttavia, parecchi fattori devono essere considerati quando si ottimizza l'analisi biologica per un insetto specifici tra cui: singola luce vs. competitivi esperimenti sulla luce, luminosità, gamma spettrale ottimale, interferenza della luce ambiente, stato di insetti e comportamenti naturali che possono limitare le possibili rispost...

Materiali

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