利用紅外夜視技術(shù)觀察桃小食心蟲的產(chǎn)卵行為及產(chǎn)卵晝夜節(jié)律

蔣天小, 陸振明, 王洪平

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院, 沈陽 110866)

利用紅外夜視技術(shù)觀察桃小食心蟲的產(chǎn)卵行為及產(chǎn)卵晝夜節(jié)律

蔣天小, 陸振明, 王洪平*

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院, 沈陽 110866)

利用紅外夜視技術(shù),建立了一種簡易的室內(nèi)觀測裝置,觀察桃小食心蟲夜間產(chǎn)卵活動(dòng),拍攝其完整產(chǎn)卵過程,并將其產(chǎn)卵行為流程歸納為:搜尋,探測,產(chǎn)卵,整理4個(gè)步驟。試驗(yàn)結(jié)果顯示:桃小食心蟲會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)光照做出產(chǎn)卵判斷而不僅僅根據(jù)內(nèi)生節(jié)律。產(chǎn)卵頻次與晝夜時(shí)間分配率呈正相關(guān)。試驗(yàn)證明,基于紅外夜視技術(shù)建立的觀測裝置使觀察可晝夜進(jìn)行,突破肉眼能力限制,影像資料可保存調(diào)取,節(jié)約人力成本。紅外夜視技術(shù)有望在其他夜行性害蟲交配及產(chǎn)卵等活動(dòng)規(guī)律和行為習(xí)性觀察中得到更廣泛的應(yīng)用,這將為制定害蟲綜合防治方案,建立高效病蟲防治體系提供翔實(shí)可靠的資料。

紅外夜視技術(shù); 桃小食心蟲; 產(chǎn)卵行為; 夜行性

桃小食心蟲CarposinasasakiiMatsumura,別名桃蛀果蛾,屬鱗翅目蛀果蛾科。該蟲在我國分布于除新疆、西藏、海南外的其余省份[1],是我國北方果樹食心蟲類害蟲中危害最大、發(fā)生面積最廣的害蟲;國外主要分布于朝鮮、韓國、日本及俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)。該蟲以幼蟲鉆蛀的方式為害蘋果、梨、桃、棗、李、山楂和酸棗等植物果實(shí)[2],部分蘋果園蛀果率達(dá)50%上[3];有些地區(qū)防治桃小食心蟲所用藥劑成本占當(dāng)年全部藥劑成本的20%～25%[4]。因此,桃小食心蟲是限制果樹產(chǎn)量和品質(zhì)、影響果實(shí)商品價(jià)值與出口創(chuàng)匯的主要因素。

桃小食心蟲成蟲為夜行性昆蟲,目前普遍認(rèn)為其無趨光性。研究發(fā)現(xiàn),桃小食心蟲于傍晚19:00開始交配或產(chǎn)卵,日落至黎明前連續(xù)不斷產(chǎn)卵,以夜晚20:00-22:00產(chǎn)卵最多[5]。

Kima等做出了桃小食心蟲產(chǎn)卵隨溫度變化的模型[6]。同時(shí),桃小食心蟲產(chǎn)卵有明顯的選擇性:在田間多選擇中熟品種產(chǎn)卵,如‘金冠’、‘新紅星’等;主要產(chǎn)卵于果實(shí),并選擇凹陷、背陰、多毛的部位如萼洼、梗洼處產(chǎn)卵[7]。但目前報(bào)道中缺少對(duì)該蟲產(chǎn)卵行為的詳盡描述,尤其是關(guān)于產(chǎn)卵頻次與晝夜分布規(guī)律等更是無從參考,究其原因主要為缺乏一種簡易的桃小食心蟲夜間行為觀測裝置。

CCD(charge-coupled device電荷耦合元件)或CMOS(complementary metal oxide Semiconductor互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)感光器材均有紅外感光能力。在無可見光環(huán)境下,用紅外光源照射到物體表面,反射的紅外光可被紅外攝像機(jī)成像在顯示器中觀察[8]。很多民用監(jiān)控?cái)z像頭均裝配有紅外照明光源,機(jī)身內(nèi)部均裝有紅外和可見光成像轉(zhuǎn)換開關(guān)。但目前在夜行性昆蟲行為習(xí)性研究中,還沒有運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)制成簡便實(shí)用的觀察裝置。本研究擬利用紅外夜視技術(shù),通過普通高分辨率民用監(jiān)控?cái)z像機(jī)配合硬盤錄像機(jī),建立一種簡易的觀測裝置,觀察桃小食心蟲成蟲夜間模式下的產(chǎn)卵活動(dòng)。該技術(shù)和裝置的應(yīng)用,將為其他夜行性昆蟲行為研究提供新思路,為制定害蟲綜合防治方案打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 蟲源

桃小食心蟲由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)昆蟲與害蟲防治實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng);光照L∥D=15 h∥9 h;溫度(25℃±1)℃;相對(duì)濕度70%。

1.2 器材

①紅外高清攝像頭(品牌:瑞視安;型號(hào):HV-995;技術(shù)參數(shù):圖像傳感器:100萬像素;錄像最高分辨率:1 280×720,30幀,720P;電源DC 12V 2A-3A;最低照度:彩色為0.3 lx F 1.5/黑白為0.15 lx P1.5);②高清網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)(品牌:?？低?型號(hào):DS-7804N-SNH);③無線寬帶路由器(品牌:FAST;型號(hào):FWR310);④LCD顯示屏(品牌:Great Wall M228);⑤LED平板燈(品牌:Bordos,型號(hào):TOLED43163003656);⑥定時(shí)器,牛皮紙,60 mm培養(yǎng)皿等。

1.3 連接方法

①連接鏡頭用超五類網(wǎng)線將攝像機(jī)接到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī);用超五類網(wǎng)線將交換機(jī)連接到高清網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī);將顯示器、鼠標(biāo)連接到網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)。②連接電源用符合要求的直流電源線將DC12V電源連接到攝像機(jī),將專用電源適配器連接到網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)。③對(duì)焦因?yàn)槊裼帽O(jiān)控?cái)z像機(jī)設(shè)計(jì)用于觀察遠(yuǎn)處較大物體影像,所以像距較遠(yuǎn),而昆蟲個(gè)體小,必須近距離觀察,因此需要手動(dòng)調(diào)焦,首先松開保護(hù)外罩螺絲,然后松開鏡頭上的螺絲,再把鏡頭卡口環(huán)順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),直到觀察目標(biāo)清晰且影像較大時(shí),記下距離,最后擰緊鏡頭座上的螺絲。試驗(yàn)證明,采用焦距8～16 mm鏡頭較好。為達(dá)到防止室內(nèi)燈光入射以及支撐紅外攝像機(jī)的目的,用牛皮紙做圓柱形紙筒(要求紙筒高度能使成像清晰,紙筒直徑與鏡頭下方放置的培養(yǎng)皿直徑相同),選擇散熱效果較好的平板LED燈由下部提供光源,設(shè)置好定時(shí)器自動(dòng)控制開關(guān)時(shí)間(見圖1)。

圖1 桃小食心蟲產(chǎn)卵行為觀測裝置Fig.1 Oviposition behavior observation device for Carposina sasakii

1.4 試驗(yàn)方法

每日早8:00開始試驗(yàn),取新羽化的雌雄蟲各一頭,放入直徑8 cm高9 cm的養(yǎng)蟲缸中,缸底部放置產(chǎn)卵卡,待卵卡上出現(xiàn)少量卵取出雌蟲,用乙醚將雌蟲麻醉,用維納斯剪刀剪翅處理(為清晰觀測到產(chǎn)卵器的細(xì)微動(dòng)作)后將其放入培養(yǎng)皿,培養(yǎng)皿正對(duì)鏡頭處放置大小為1 cm×1 cm的產(chǎn)卵卡,把盛水器放入培養(yǎng)皿一側(cè)用以保濕,連續(xù)觀測其產(chǎn)卵過程直至雌蟲死亡,每組重復(fù)觀察40對(duì)。

桃小食心蟲屬兼性滯育型害蟲,Toshiba認(rèn)為光周期變化是影響桃小食心蟲滯育的主要因子[9]。張?jiān)铝恋妊芯堪l(fā)現(xiàn)日照時(shí)數(shù)是引起滯育的主導(dǎo)生態(tài)因子,15 h是桃小食心蟲生長發(fā)育和繁殖的最佳光照時(shí)間[10]。為檢驗(yàn)光照變化還是桃小食心蟲體內(nèi)生物鐘對(duì)產(chǎn)卵開始時(shí)間產(chǎn)生影響,設(shè)置兩組時(shí)長相同而起始時(shí)間不同的光照時(shí)間段,分別為6:00-21:00和9:00-24:00。

1.5 數(shù)據(jù)記錄

設(shè)置高清網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)的各項(xiàng)參數(shù),進(jìn)行24 h監(jiān)控。每日早8:30左右調(diào)取錄像,觀察記錄每次接觸產(chǎn)卵卡紙的起始和終止時(shí)間及有效接觸次數(shù),并對(duì)能夠?yàn)榭偨Y(jié)其特殊產(chǎn)卵習(xí)性提供證據(jù)的視頻畫面進(jìn)行截取分析。數(shù)據(jù)記錄中,昆蟲與卵卡紙開始接觸到身體最后一個(gè)部位離開卵卡記為一組有效接觸(連續(xù)接觸時(shí)間間隔少于1 min 記為一組接觸)。

產(chǎn)卵時(shí)間分配率(%)=各小時(shí)內(nèi)累計(jì)產(chǎn)卵時(shí)間/產(chǎn)卵活動(dòng)累計(jì)總時(shí)間×100;

產(chǎn)卵頻次分配率(%)=各小時(shí)內(nèi)累計(jì)產(chǎn)卵頻次/產(chǎn)卵活動(dòng)累計(jì)總頻次×100。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0與Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)卵行為描述

利用自主建立的桃小食心蟲行為觀測裝置(圖1),我們對(duì)該蟲的產(chǎn)卵行為進(jìn)行了觀察。桃小食心蟲產(chǎn)卵行為流程為:尋找,探測,產(chǎn)卵,整理。桃小食心蟲首先用觸角、下唇須不斷擺動(dòng)敲擊與產(chǎn)卵基質(zhì)表面接觸,找尋適宜產(chǎn)卵區(qū)間(圖2a),即尋找;在初步判斷可能適宜產(chǎn)卵區(qū)間后,觸角保持靜止或輕微顫動(dòng),腹部節(jié)奏性收縮并左右擺動(dòng),伸出尾部末端偽產(chǎn)卵器與基質(zhì)表面不斷觸碰(圖2b),即探測;此后,雌蟲開始產(chǎn)卵,其腹部停止左右擺動(dòng),腹部末端擺出與產(chǎn)卵表面近垂直姿勢(shì),數(shù)秒內(nèi)排出單粒卵(圖2c);產(chǎn)卵完畢后,桃小食心蟲或觸角擺動(dòng)振翅飛離尋找下個(gè)合適產(chǎn)卵場所或休憩,即整理(圖2d)。圖3所示為一組日間產(chǎn)卵活動(dòng)流程。

上述研究結(jié)果表明,我們建立的桃小食心蟲行為觀測裝置能夠有效地觀察和記錄桃小食心蟲的產(chǎn)卵過程,這為進(jìn)一步研究其產(chǎn)卵頻次和產(chǎn)卵時(shí)間分布規(guī)律提供了保障。

2.2 產(chǎn)卵活動(dòng)頻次與產(chǎn)卵時(shí)間分布規(guī)律

利用該裝置,對(duì)桃小食心蟲的產(chǎn)卵活動(dòng)頻次與產(chǎn)卵時(shí)間分布規(guī)律進(jìn)行了研究。在正常飼養(yǎng)條件(光照時(shí)間為6:00-21:00)下,桃小食心蟲的產(chǎn)卵活動(dòng)頻次在21:00至次日凌晨1:00較為集中,黑暗后逐步上升,到達(dá)產(chǎn)卵頻次高峰(22:00)后緩慢下降,直至次日11:00接近零值;光照期間產(chǎn)卵頻次占比為10.68%,黑暗期間占比為89.32%(圖4)。產(chǎn)卵時(shí)間晝夜分配顯示,在21:00至次日5:00較為集中,黑暗后先上升,到達(dá)高峰(22:00)后緩慢下降,在次日2:00后又呈現(xiàn)上升趨勢(shì),在達(dá)到第二個(gè)高峰(次日4:00)后逐步下降;光照期間產(chǎn)卵時(shí)間占比為20.63%,黑暗期間占比為79.37%(圖5)。

圖2 桃小食心蟲夜間產(chǎn)卵行為Fig.2 Oviposition behavior of Carposina sasakii at night

圖3 桃小食心蟲日間產(chǎn)卵行為Fig.3 Oviposition behavior of Carposina sasakii at day

在光照時(shí)間為9:00-24:00的試驗(yàn)設(shè)置組,桃小食心蟲的產(chǎn)卵活動(dòng)頻次在0:00-6:00時(shí)較為集中,黑暗后迅速達(dá)到活動(dòng)頻次高峰,隨后略有下降,于次日3:00達(dá)到第二個(gè)高峰后逐步下降;光照期間產(chǎn)卵頻次占比為4.67%,黑暗期間占比為95.33%(圖4)。產(chǎn)卵時(shí)間分配顯示在0：00-次日7:00較為集中,次日3:00為高峰時(shí)間段;光照期間產(chǎn)卵時(shí)間占比為7.36%,黑暗期間占比為92.63%(圖5)。

對(duì)處理組(光照時(shí)間為9:00-24:00)和對(duì)照組(光照時(shí)間為6:00-21:00)桃小食心蟲的產(chǎn)卵頻次與時(shí)間的相關(guān)性進(jìn)行了擬合。結(jié)果表明,產(chǎn)卵活動(dòng)頻次與產(chǎn)卵時(shí)間正相關(guān),兩者的R2值分別為0.802 4(圖6)和0.878 4(圖7)。

圖4 不同光照時(shí)間條件下桃小食心蟲產(chǎn)卵頻次分配率Fig.4 Oviposition frequency distribution percentage of Carposina sasakii under different illumination times

圖5 不同光照時(shí)間條件下桃小食心蟲產(chǎn)卵時(shí)間分配率Fig.5 Oviposition time distribution percentage of Carposina sasakii under different illumination times

圖6 6:00-21:00光照條件下產(chǎn)卵時(shí)間分配率與產(chǎn)卵頻次分配率相關(guān)性分析Fig.6 Correlation analysis between oviposition time and frequency distribution under illumination time from 6:00 to 21:00

圖7 9:00-24:00光照條件下產(chǎn)卵時(shí)間分配率與產(chǎn)卵頻次分配率相關(guān)性分析Fig.7 Correlation analysis between oviposition time and frequency distribution under illumination time from 9:00-24:00

3 討論

桃小食心蟲只有很短的成蟲期和卵期暴露于果實(shí)外部,幼蟲期蛀入果實(shí)內(nèi)部,一旦蛀入，藥劑難以發(fā)揮作用[11],因此掌握其產(chǎn)卵行為規(guī)律對(duì)于防治至關(guān)重要。本文運(yùn)用紅外夜視技術(shù)制成簡便裝置,對(duì)桃小食心蟲的產(chǎn)卵行為進(jìn)行了觀察,拍攝其產(chǎn)卵活動(dòng)圖片并進(jìn)行詳盡描述,總結(jié)了其產(chǎn)卵頻次與時(shí)間分配規(guī)律與趨勢(shì),表明利用該技術(shù)建立的簡易觀測裝置能夠有效地觀察桃小食心蟲產(chǎn)卵活動(dòng)。桃小食心蟲產(chǎn)卵行為流程為:搜尋,探測,產(chǎn)卵,整理四個(gè)完整步驟,主要參與的器官為觸角、產(chǎn)卵器以及下唇須等。昆蟲的復(fù)眼和單眼結(jié)構(gòu)決定了其對(duì)光變化的敏感性,同時(shí)對(duì)光變化的適應(yīng)也影響了昆蟲的生理代謝[12-13]。桃小食心蟲會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)光照做出產(chǎn)卵判斷,而不僅僅根據(jù)內(nèi)生節(jié)律。在本文中,在正常飼養(yǎng)的光照條件(光照時(shí)間為6:00-21:00)下,桃小食心蟲的產(chǎn)卵活動(dòng)頻次在21:00至次日凌晨1:00較為集中,而處理組(光照時(shí)間為9:00-24:00)桃小食心蟲的產(chǎn)卵活動(dòng)頻次在0:00-6:00較為集中,表明人為改變光照時(shí)間,桃小食心蟲的產(chǎn)卵活動(dòng)高峰會(huì)隨光照期變動(dòng),光照對(duì)其產(chǎn)卵節(jié)律影響顯著。試驗(yàn)結(jié)果顯示產(chǎn)卵頻次與晝夜時(shí)間分配率呈正相關(guān),我們同時(shí)觀察到桃小食心蟲每完成一次產(chǎn)卵流程只排出一粒卵。推測在桃小食心蟲產(chǎn)卵活動(dòng)的高峰期,其完成一次產(chǎn)卵選擇效率也相應(yīng)提高。

觀察中還捕捉到一些桃小食心蟲偽產(chǎn)卵器參與探測、產(chǎn)卵階段的畫面,在今后的研究中將進(jìn)一步對(duì)桃小食心蟲產(chǎn)卵選擇的機(jī)制進(jìn)行研究,尤其是從觸角與產(chǎn)卵器上感受器的超微結(jié)構(gòu)、類型和數(shù)量等方面進(jìn)行比較分析,推測其可能的產(chǎn)卵偏好和選擇機(jī)制,為在生產(chǎn)實(shí)踐中營造引誘其產(chǎn)卵的環(huán)境并集中噴施殺卵劑等一系列措施奠定基礎(chǔ)。

目前昆蟲的行為研究,多采用人工每隔一段時(shí)間進(jìn)行查看記錄的方法,數(shù)據(jù)記錄受肉眼能力限制的同時(shí),受周圍環(huán)境影響大,同時(shí)耗費(fèi)大量人力成本,關(guān)鍵是記錄不可進(jìn)行調(diào)取分析[14-15]。此項(xiàng)裝置采用紅外夜視攝像技術(shù)可以避免上述缺點(diǎn)。使用該裝置時(shí)應(yīng)依據(jù)所觀察蟲體的形體大小,將鏡頭焦距做相應(yīng)的調(diào)整以便達(dá)到最清晰的觀測效果,根據(jù)所觀察昆蟲的產(chǎn)卵交配習(xí)性差異,設(shè)置不同處理項(xiàng)觀察,并對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析。本試驗(yàn)結(jié)果表明,紅外夜視技術(shù)根據(jù)昆蟲個(gè)體大小和習(xí)性差異設(shè)置觀察項(xiàng)目,可以全面掌握害蟲交配及產(chǎn)卵活動(dòng)規(guī)律,為制定害蟲綜合防治方案,建立高效綠色病蟲防治體系提供翔實(shí)可靠的資料。

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(責(zé)任編輯：田 喆)

Oviposition behavior and rhythm of the peach fruitborerCarposinasasakiiMatsumura observed by infrared night vision technology

Jiang Tianxiao, Lu Zhenming, Wang Hongping

(CollegeofPlantProtection,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang110866,China)

In this study,infrared night vision technology was employed to establish a simple indoor observation apparatus to observe the oviposition behavior of the peach fruit-borer at night and film the complete process.The oviposition behavior process is summarized as search,probe,oviposition and pectination.The results showed that the peach fruit borer made oviposition judgement based on real-time light, not just based on the endogenous rhythms.In addition,the oviposition frequency distribution percentage was positively correlated with the oviposition time distribution percentage.The use of infrared night vision technology made it possible for us to observe the peach fruitborer at day and night,surpassing the capacity constraints of naked eyes, cost effectively,and the image data can be stored. We could thoroughly grasp the mating and oviposition regular patterns and behaviors of other nocturnal insects by application of infrared night vision technology. Our findings provide detailed and reliable information for the integrated pest management program and the efficient pest control system.

infrared night vision; peach fruit-borer; oviposition; nocturnal habit

2016-05-19

2016-08-01

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201103024)

Q 968

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2017.02.008

* 通信作者 E-mail: wanghongping@163.com