蝗蟲的爪與爪墊在與基體表面附著時所發揮的作用

在我國的新疆、內蒙等地，以及世界其他地區，每年都會爆發蝗蟲災害。據香港《文匯報》報道，澳大利亞自2010年4月上旬爆發了嚴重的蝗蟲災害（圖1），席卷了澳洲東南部的昆士蘭州、新南威爾士州、維多利亞州和南澳大利亞州等四個州，覆蓋約50萬平方公里的區域，造成的農業經濟損失達20億澳元。

對于蝗蟲災害的防治，傳統的方法是噴施化學農藥，不可避免地造成了環境污染。光電誘導滑移捕集治理技術不僅可以避免噴施化學農藥帶來的環境污染，還可實現蝗蟲資源用作食材、禽畜飼料之用。實現該技術的簡易機械機構如圖2所示，災害蝗蟲在誘導光源的趨向調控作用下，被誘至捕集滑板，后經自鎖機構滑移至集蝗箱，實現了對災害蝗蟲的捕集治理。蝗蟲因具有特殊的附著系統而能夠在絕大多數材料表面上穩定附著，從而嚴重降低了滑移捕集效率。因此，需要研究蝗蟲附著系統的不同結構在與材料表面附著時所發揮的作用，以便有針對性的研制捕集滑板，最大限度地降低蝗蟲附著系統的功能，提高滑移捕集效率。

由中國農業大學工學院博士生王立新擔任第一作者撰寫的《Role of locust Locusta migratoria manilensis claws and pads in attaching on substrates》一文將在2011年的《科學通報》英文版上發表（http://www.springerlink.com/content/t682724805j71g40/），該文以東亞飛蝗為研究對象，利用自行設計的附著力測試系統測定了附著系統完整、切除附著系統的爪、完全破壞附著系統的爪墊等三類蝗蟲在粗糙表面（砂紙，Ra=8.5μm）和光滑表面（玻璃板，Ra=0.02μm）的附著力；測算了爪的剪切強度；建立了蝗蟲在傾斜表面爬行時的力學模型。通過這些研究，系統全面地揭示了蝗蟲在材料表面附著或爬行時，其附著系統的爪發揮主要作用。

該研究結果表明，與附著系統完整的蝗蟲相比，破壞附著系統中的爪墊的蝗蟲在粗糙表面、光滑表面上具有相近的附著力，而切除附著系統中的爪的蝗蟲則具有顯著較低的附著力，說明附著系統的爪是蝗蟲在材料表面獲取足夠附著力的關鍵。蝗蟲附著系統爪的剪切強度介于39～42MPa，較高的剪切強度能夠保證爪有效地與植物表面作用，保障蝗蟲在植物表面自由運動或穩固附著，同時預示著蝗蟲在與植物表面相互作用過程中，爪發揮著較為重要的作用。蝗蟲在傾斜表面爬行時，后足主要依靠脛節末端的爪產生支撐力、中足依靠附著系統的爪和部分爪墊產生支持力、前足主要依靠附著系統中爪產生側向力，這預示著蝗蟲主要依靠前足、中足、后足的爪來獲取足夠的力，以實現在不同材料表面上運動或附著。

該研究工作的創新之處在于明確指出了蝗蟲在粗糙表面與光滑表面上附著或爬行時，其附著系統的爪發揮主要作用，對有針對性的研制蝗蟲滑移捕集滑板具有重要意義。此項研究工作受到了國家自然科學基金（項目編號：50775214）和中國農業大學研究生科研創新專項（項目編號：kycx09099）的資助。