一種昆蟲觀察記錄儀及其初步應(yīng)用

郭洋洋，鄭基煥，毛潤(rùn)乾，張宇宏*，李文輝，陳嘉東，黃明度，Ying-Fang XIAO

(1.中科院華南植物園，廣州 510650;2.廣東省昆蟲研究所，廣東省野生動(dòng)物保護(hù)與利用公共實(shí)驗(yàn)室，廣東省農(nóng)業(yè)害蟲綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510260;3.廣東省糧食科學(xué)研究所，廣州 510050;4.Mid-Florida REC，University of Florida，Apopka，F(xiàn)L，USA 32703)

觀察記錄體長(zhǎng)小于1 cm 昆蟲的行為相對(duì)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，比如觀察記錄紅火蟻Solenopsis invicta Buren的形態(tài)和數(shù)目時(shí)，常常因其無規(guī)律的運(yùn)動(dòng)、微小的蟲體和兇猛的習(xí)性，而給操作者帶來了諸多的困難和安全威脅。因此，針對(duì)小型昆蟲的觀察記錄急需新的技術(shù)方法支持。

目前，觀察記錄小型昆蟲的方法主要有3種:(1)直接觀察記錄昆蟲的形態(tài)、行為和數(shù)目。在昆蟲行為和昆蟲鑒別的研究中，多采用直接觀察記錄的方法(Holway，1999;Morrison，2000;Dejean et al.，2005;曾玲等，2005a)。比如，觀察記錄紅火蟻覓食行為時(shí)，常采用直接觀察工蟻的行為特征結(jié)合記錄本或調(diào)查表格記錄的方法;觀察記錄紅火蟻數(shù)目時(shí)，常采用直接計(jì)數(shù)(即用毛筆等將小型昆蟲轉(zhuǎn)移到新的容器中，同時(shí)計(jì)數(shù))或稱量計(jì)數(shù)(即昆蟲數(shù)目=昆蟲總重/單個(gè)昆蟲的平均重量)結(jié)合表格記錄的方法。(2)用體視顯微鏡觀察記錄昆蟲的形態(tài)和數(shù)目。針對(duì)直接觀察難以看清或需要鑒別的小型昆蟲，常采用體視鏡觀察結(jié)合記錄本記錄的方法(林立豐等，2005;阮傳清等，2012)。(3)相機(jī)拍照觀察記錄昆蟲形態(tài)和數(shù)目。小型昆蟲計(jì)數(shù)和野外觀察昆蟲時(shí)，可用相機(jī)拍照記錄，然后再結(jié)合記錄本或調(diào)查表格，觀察記錄其形態(tài)和數(shù)目。

總之，傳統(tǒng)的觀察記錄方法雖然解決了觀察記錄小型昆蟲形態(tài)、行為和數(shù)目中存在的問題，能滿足大多科研需求。但也存在觀察記錄過程繁瑣、觀察質(zhì)量不高和存在安全隱患等缺陷，需要改進(jìn)提高。針對(duì)傳統(tǒng)的觀察記錄方法中存在的問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種昆蟲觀察記錄儀，并初步驗(yàn)證其使用效果。

1 材料與方法

1.1 昆蟲觀察記錄儀的配置及連接

昆蟲觀察記錄儀有四個(gè)部分組成，包括觀察系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、拍攝系統(tǒng)和顯示與處理系統(tǒng)。其中，觀察系統(tǒng)主體由Leica M8 體視顯微鏡組成，體視鏡不僅為觀察提供了平臺(tái)，而且其顯微功能還使觀察小型昆蟲成為現(xiàn)實(shí);照明系統(tǒng)由環(huán)形冷光燈和改裝后的兩個(gè)鹵鎢燈組成，兩種燈具通過不同光質(zhì)、不同角度的配合來提高觀察質(zhì)量;拍攝系統(tǒng)由Nikon D320 相機(jī)和改裝成的相機(jī)接口組成，相機(jī)通過拍攝來收集記錄觀察結(jié)果;顯示與處理系統(tǒng)由顯示器或筆記本電腦組成，此系統(tǒng)不僅能使操作者直觀的看到到觀察對(duì)象，還能結(jié)合辦公和圖像處理軟件，快速的記錄和處理觀察結(jié)果。

連接方式如圖1 所示，圖中①鹵鎢燈及其電源;②冷光燈及其電源;③Leica M8 體視顯微鏡;④Nikon D320 相機(jī);⑤顯示屏;⑥筆記本電腦。使用前要將電源電壓調(diào)到最低，同時(shí)根據(jù)需要選擇顯示與處理系統(tǒng)，并用數(shù)據(jù)線連好。打開電源，調(diào)節(jié)觀察系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，直至觀察角度最合適、圖像最清。然后便可以開始相關(guān)試驗(yàn)。

圖1 昆蟲觀察記錄儀示意圖Fig.1 The diagram of the device for observation and recording of insects

1.2 紅火蟻工蟻連續(xù)性變型現(xiàn)象觀察

供試紅火蟻種群采自廣州市從化區(qū)，整巢采回后放入塑料桶中進(jìn)行室內(nèi)飼養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，向飼養(yǎng)桶內(nèi)澆適量水，使工蟻爬出。用紅火蟻工蟻定量采集裝置隨機(jī)采樣(郭洋洋等，2012)，5個(gè)蟻群各采一組樣(各組樣品數(shù)均大于100)。迅速將樣本轉(zhuǎn)移到內(nèi)壁涂有滑石粉的培養(yǎng)皿中。用昆蟲觀察記錄儀觀察其形態(tài)、測(cè)量體長(zhǎng)，數(shù)據(jù)由Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

其中，測(cè)量紅火蟻體長(zhǎng)的方法為:在培養(yǎng)皿底部標(biāo)出1 mm 的長(zhǎng)度，然后放入待測(cè)昆蟲，用觀察記錄儀拍照，并在筆記本電腦上以SmoothDraw 4.0 軟件中的圓形筆尖直徑(可在1-128個(gè)單位長(zhǎng)之間調(diào)整)為標(biāo)尺，測(cè)量并換算出紅火蟻工蟻的體長(zhǎng)。

1.3 紅火蟻工蟻鑒別特征觀察及軟件制圖

將3-5 頭紅火蟻工蟻浸泡于盛有75%乙醇的指形管中，30 min 后取出晾干，用昆蟲觀察記錄儀觀察其鑒別特征。其中，鑒別特征包括唇基兩側(cè)齒、上顎內(nèi)緣小齒、腹柄節(jié)和腹部末端螯刺(Trager JC，1991;曾玲等，2005)。然后，選擇清晰度和形態(tài)細(xì)節(jié)符合要求的照片，用SmoothDraw 4.0 軟件中的臨摹和圖像處理功能畫出能反應(yīng)其鑒別特征的形態(tài)圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅火蟻工蟻的連續(xù)性變型現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果表明:工蟻體長(zhǎng)在2-7 mm之間，體長(zhǎng)呈連續(xù)性變型現(xiàn)象，與曾玲等(2005)的研究結(jié)果一致。統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖2)顯示:5個(gè)蟻巢所取樣本中，體長(zhǎng)在3-5 mm 的工蟻所占比例均在91.2%以上，最高可達(dá)97.5%;體長(zhǎng)小于3 mm 的工蟻所占比例均小于3%，體長(zhǎng)大于5 mm的工蟻所占比例均小于8%。據(jù)此，可將工蟻劃分為三個(gè)亞品級(jí):微型工蟻，體長(zhǎng)小于3 mm;中型工蟻，體長(zhǎng)在3-5 mm 左右;大型工蟻，體長(zhǎng)大于5 mm。

隨機(jī)測(cè)量的結(jié)果表明，昆蟲觀察記錄儀可以用于小型昆蟲觀察和昆蟲體長(zhǎng)的精確測(cè)量。

圖2 不同體長(zhǎng)的工蟻所占比例;X 代表工蟻體長(zhǎng)Fig.2 Proportion of workers in different length，X meant the workers body length

2.2 紅火蟻工蟻的鑒別特征和軟件制圖

用昆蟲觀察記錄儀觀察可知，紅火蟻工蟻身體呈橘紅色，可分為頭、胸、腹三部分，各部分比例均勻。頭部略成方形，后頭中央有明顯的凹陷，上顎發(fā)達(dá)，內(nèi)緣有3個(gè)明顯的小齒;腹部背板呈深褐色，前胸背板前端隆起，胸腹連接處有兩個(gè)腹柄結(jié)，第一結(jié)節(jié)呈現(xiàn)倒“V”狀，第二結(jié)節(jié)呈圓錐狀;腹部呈卵圓形，末端有螯針伸出。

圖3 顯示了昆蟲觀察記錄儀的制圖功能，繪出的形態(tài)圖可清晰的展示紅火蟻工蟻的唇基兩側(cè)齒、上顎內(nèi)緣小齒、腹柄節(jié)和腹部末端螯刺等鑒別特征。

3 結(jié)論與討論

觀察記錄是昆蟲學(xué)研究中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)(曾玲等，2005;林立豐等，2005)。鑒別特征在昆蟲鑒定中有重要應(yīng)用，比如Norman 等(2010)就認(rèn)為未來的高清晰觀察系統(tǒng)與相關(guān)軟件結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)自助式鑒定物種;形態(tài)圖常與文字描述一起，在書藉和刊物中起著相得益彰的作用(鄭樂怡等，1999)。因此，提高觀察記錄的效率和質(zhì)量是科研工作者不斷追求的目標(biāo)。

圖3 昆蟲觀察記錄儀拍攝制作的形態(tài)圖Fig.3 Illustration filmed and produced by the device for observation and recording of insects

由于人的物理?xiàng)l件和觀察儀器的限制，傳統(tǒng)的觀察方法難以達(dá)到高質(zhì)量的觀察效果。對(duì)此，昆蟲觀察記錄儀通過對(duì)照明系統(tǒng)和拍攝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)予以克服。比如照明系統(tǒng)，結(jié)合兩種光質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)亮度和照射角度使觀察樣本處于最佳的光照條件下;拍攝系統(tǒng)的核心為Nikon D320(2400 萬有效像素)，可滿足高像素和快速傳輸信息的要求。同時(shí)，傳統(tǒng)的觀察記錄方法還由于觀察、記錄和結(jié)果處理之間相互孤立，從而易導(dǎo)致操作者的疲勞，還限制實(shí)驗(yàn)效率。對(duì)此，昆蟲觀察記錄儀通過功能組合的方法予以解決。比如，將觀察系統(tǒng)、拍攝系統(tǒng)和筆記本電腦連接在一起，觀察時(shí)可直接把照片和視頻傳入電腦，隨時(shí)結(jié)合辦公和圖像處理軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理。

此外，利用昆蟲觀察記錄儀還可對(duì)有攻擊性的小型昆蟲進(jìn)行拍照，然后在圖像軟件上計(jì)數(shù)，從而避免直接接觸，保證操作安全。總之，昆蟲觀察記錄儀能提高觀察記錄小型昆蟲的效率和質(zhì)量，為小型昆蟲的研究提供了一種可靠的方法。

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