數(shù)字化技術(shù)在昆蟲標本制作中的優(yōu)勢*

李芬 鄒游興 方渝凱 葉衛(wèi)東 吳少英

(海南大學(xué),植物保護學(xué)院數(shù)字化植物保護科研教學(xué)團隊,海南?？?570228)

標本制作是將動物、植物等實體,經(jīng)過特殊處理,使其能夠以原貌的形態(tài)進行長久保存的過程[1]。標本一般包括動、植、礦物,醫(yī)學(xué)上也指用來化驗或研究的血液、痰液、糞便、組織切片等。昆蟲標本作為生物資源標本的重要組成部分,是植物保護專業(yè)教學(xué)、動植物檢疫、害蟲防治研究、科技知識普及宣傳的基礎(chǔ)材料和重要參考,對于教學(xué)、科研等工作具有重要意義[2-3]。目前世界范圍內(nèi)已知的昆蟲種類約有100萬種,占整個動物界種數(shù)的70%以上[2,4],通過昆蟲標本的采集、制作、鑒定和分類,使我們能夠直接觀察和了解昆蟲的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生物學(xué)特性以及昆蟲與寄主植物、環(huán)境的關(guān)系,進而掌握昆蟲學(xué)研究的常規(guī)方法,培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣和技能。昆蟲標本也從億萬年前的化石形式到現(xiàn)代傳統(tǒng)制作保存,其制作方法也在不斷地更新。當今時代是信息化時代,而數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用也越來越為研究人員所重視。本文通過介紹昆蟲實物標本的價值與意義、傳統(tǒng)昆蟲標本的制作、保存方法及存在問題,引出數(shù)字化昆蟲標本的優(yōu)勢,列舉了數(shù)字化技術(shù)在昆蟲標本制作中的應(yīng)用,最后提出了數(shù)字化昆蟲標本的發(fā)展前景與展望。

1 昆蟲實物標本的價值與意義

將昆蟲制作成標本,具有重要的價值和意義,如(1)保留昆蟲原貌,便于學(xué)術(shù)觀察:對昆蟲實物進行標本制作,其主要目的是保留昆蟲的全貌以便觀察,并且在一定條件下也能展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu);(2)體現(xiàn)出科學(xué)與藝術(shù)結(jié)合的美學(xué):昆蟲實物標本不僅在科學(xué)研究中具有一定的價值,事實上也是一種有價值的裝飾品。昆蟲實物標本既能最大程度上反映昆蟲的形體特征,又能展現(xiàn)大自然的獨到之美,數(shù)量和種類繁多的昆蟲標本,是學(xué)術(shù)和藝術(shù)的結(jié)晶,可以長久保存和觀賞,其意義跨越了生命的形式;(3)有利于為害蟲防治提供素材:制作昆蟲標本就要對昆蟲進行分類和鑒定,就植物保護專業(yè)而言,昆蟲的分類鑒定不僅利于了解田間病蟲害的發(fā)生規(guī)律和特點,還能夠幫助我們進一步提出解決的對策。我們可以針對其化性、形態(tài)特征、生活場所和食性等方面特性來防控害蟲的危害。另外,昆蟲的分類鑒定也有利于我們了解益蟲在生態(tài)系統(tǒng)中所處的地位和作用,從宏觀的生態(tài)角度考慮對策,進行保護,從而達到利用益蟲及其有益的方面來控制植物其他病蟲害的發(fā)生。

2 傳統(tǒng)昆蟲標本的制作、保存方法及不足

根據(jù)付春伶(2019)[4]綜述中介紹,將昆蟲制作成標本時可根據(jù)其生物學(xué)特征進行選擇,如體表堅硬的昆蟲可選擇針插法,而表面柔軟的昆蟲選擇浸漬法,蛾蝶類及蜻蜓目等昆蟲可選擇展翅法,體型較小的昆蟲選擇微針及膠粘法,體型極小的昆蟲可采用玻片法。另外也可利用一些新的技術(shù)手段,如硅膠填充、冷凍干燥或制作琥珀進行昆蟲標本的制作與保存。

傳統(tǒng)昆蟲標本制作有一定的優(yōu)勢,但也存在著一些不足,如制作時需要的輔助材料較多,除了各類標本針、有機試劑、三角紙、捕蟲網(wǎng)、毒瓶等基本材料,還需要標本盒、烘箱、軟木、樟腦丸等輔助設(shè)備,同時也需要足夠的空間存儲和擺放[3]。另外昆蟲標本的保存也有較高要求,要保證干燥、無塵、恒溫、無外界因素損害等環(huán)境條件,即使如此,實物標本的保存還是不能避免因時間過長而變質(zhì)腐爛的情況發(fā)生。隨著教學(xué)要求的增加,標本使用也日益頻繁,損壞和老化也隨之嚴重,教師用于采集標本和制作標本的時間也非常有限,造成新標本補充的速度早已無法追上標本老化和損壞的速度,尤其對一些重要稀缺標本的破壞會造成物種鑒定的嚴重偏差[2,5]。

3 數(shù)字化昆蟲標本的優(yōu)勢

數(shù)字化標本是利用現(xiàn)代多媒體技術(shù),如應(yīng)用數(shù)碼相機、攝像機等攝影/攝像或3D建模的方式,最終以圖片、視頻、動畫、3D模型等方式展現(xiàn)昆蟲特征特性,把昆蟲素材變成電子文件進行保存[6]。昆蟲標本數(shù)字化,在補充傳統(tǒng)標本制作及保存過程中的不足具有很多優(yōu)勢。數(shù)字化昆蟲標本將極大地豐富植物保護專業(yè)教學(xué)素材,為新形式的教學(xué)手段提供有力保障。其優(yōu)點總結(jié)如下:

(1)有利于全面的展現(xiàn)昆蟲的形態(tài)學(xué)、生物學(xué)和生態(tài)學(xué)信息?，F(xiàn)階段數(shù)字化技術(shù)發(fā)展已較為成熟,如利用拍攝獲得的圖像質(zhì)量高,能夠清晰的反應(yīng)出昆蟲的形態(tài)特征,而且拍攝過程方便快捷。另外,通過攝像技術(shù)可以完整的記錄昆蟲的生物學(xué)特性和生態(tài)學(xué)信息,并且由于拍攝時昆蟲處于生動的活體狀態(tài),此時昆蟲的形態(tài)靈活、多樣,表現(xiàn)出旺盛的生命力和活力,這種狀態(tài)下進行拍攝,能夠提升標本的美觀度和豐富度,彌補了昆蟲實物標本的單一狀態(tài)。

(2)有利于保護珍惜和保護性昆蟲物種。昆蟲本身是自然生態(tài)中的一個重要環(huán)節(jié),如果將原本就稀少的昆蟲制成標本,一方面不利于該昆蟲在當?shù)胤毖苌?另一方面,也不符合生態(tài)環(huán)保的理念,在生態(tài)環(huán)保的理念要求下,應(yīng)該盡量避免對自然生態(tài)的損害。借助數(shù)字化標本,利用圖像、視頻、動畫及3D模型保存該昆蟲的形態(tài)特征、生物學(xué)特性和生態(tài)學(xué)信息,避免對昆蟲的過渡捕捉引起生態(tài)平衡破壞,同時節(jié)約了時間,拓寬了標本的采集渠道,減少對昆蟲資源的爭奪,還能保護稀有昆蟲,符合保護生態(tài)環(huán)境的理念。將昆蟲留在大數(shù)據(jù)里,這不僅符合生態(tài)保護的理念,也是對科學(xué)發(fā)展觀的踐行,響應(yīng)國家號召,走可持續(xù)發(fā)展道路,保護環(huán)境,維護生態(tài)平衡。

(3)有利于標本的長久保存與資源利用。數(shù)字化昆蟲標本可以實現(xiàn)長期保存,容易攜帶,方便查閱,不受季節(jié)和區(qū)域的限制,同時還具有可重復(fù)、可共享、個性化和靈活性等優(yōu)勢,可以實現(xiàn)資源共享,實現(xiàn)資源利用的最大化。對于解決我國相關(guān)執(zhí)法部門、科研院所目前面臨的昆蟲標本種類不全、保存困難、數(shù)量稀缺等實際問題均具有重要價值[2]。

4 數(shù)字化在昆蟲標本制作中的應(yīng)用

高有華等(2019)對新疆主要的農(nóng)業(yè)害蟲標本的數(shù)字圖像進行采集,初步建立起農(nóng)業(yè)昆蟲數(shù)字標本館,極大地提高了標本的使用和管理效率[7];金光耀等(2020)利用數(shù)字化三維立體掃描和構(gòu)圖技術(shù),研究了5種檢疫性昆蟲標本的3D模型打印方法,為研究昆蟲高仿度非實物標本的制作工藝提供了有益的探索;李天寶等(2021)詳細闡述了3D超景深顯微攝影技術(shù)的特點及應(yīng)用,指出該技術(shù)具有非常好的應(yīng)用前景[8];王洋等(2021)以花蚤科昆蟲圖像處理為例,對一些圖像處理軟件功能進行了介紹,并對圖像修復(fù)、圖像堆棧、繪圖、幾何形態(tài)測量和計數(shù)等操作流程和方法進行了展示,指出這些圖像處理軟件可顯著提升昆蟲標本照片的質(zhì)量,能夠有效挖掘圖像潛在信息,具有重要的推廣和應(yīng)用價值[9]。本課題組使用Adobe Photoshop處理昆蟲標本的圖像,也在教學(xué)中取得了良好效果,處理過程如圖1所示。昆蟲標本圖像采集及做成數(shù)字化標本的展示如圖2所示,數(shù)字化標本包含實物標本的所有信息。

圖1 使用Adobe Photoshop處理昆蟲標本技術(shù)界面Fig.1 Digital specimen of insect using Adobe Photoshop

圖2 昆蟲數(shù)字化標本示意圖Fig.2 Schematic diagram of digital insect specimens

(A)棉紅蝽Dysdercus cingulatus 原始拍攝圖片,采用iPhone6S手機拍攝;(B)使用Adobe Photoshop處理后的數(shù)字化標本,包含采集、鑒定信息及采集人信息。

5 結(jié)語與展望

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)字化技術(shù)的成熟為昆蟲標本的制作帶來了新的發(fā)展方向,數(shù)字化標本因其制作方便快捷、便于保存、成像質(zhì)量高等特點,符合可持續(xù)發(fā)展的要求,有著不可替代的優(yōu)勢。雖然目前數(shù)字化標本也存在著一些不足和制約,如不一定能全面展示昆蟲各個特征、不能進行解剖來觀察昆蟲內(nèi)部結(jié)構(gòu)、無法準確細致的反映昆蟲的微小特征等,但相信隨著技術(shù)不斷革新,數(shù)字化標本必將成為一個重要的發(fā)展方向,貢獻出更大的價值。