利用紅外夜視技術觀察桃小食心蟲的產卵行為及產卵晝夜節律

蔣天小, 陸振明, 王洪平

(沈陽農業大學植物保護學院, 沈陽 110866)

利用紅外夜視技術觀察桃小食心蟲的產卵行為及產卵晝夜節律

蔣天小, 陸振明, 王洪平*

(沈陽農業大學植物保護學院, 沈陽 110866)

利用紅外夜視技術,建立了一種簡易的室內觀測裝置,觀察桃小食心蟲夜間產卵活動,拍攝其完整產卵過程,并將其產卵行為流程歸納為:搜尋,探測,產卵,整理4個步驟。試驗結果顯示:桃小食心蟲會根據實時光照做出產卵判斷而不僅僅根據內生節律。產卵頻次與晝夜時間分配率呈正相關。試驗證明,基于紅外夜視技術建立的觀測裝置使觀察可晝夜進行,突破肉眼能力限制,影像資料可保存調取,節約人力成本。紅外夜視技術有望在其他夜行性害蟲交配及產卵等活動規律和行為習性觀察中得到更廣泛的應用,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可靠的資料。

紅外夜視技術; 桃小食心蟲; 產卵行為; 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、日本及俄羅斯遠東地區。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[2],部分蘋果園蛀果率達50%上[3];有些地區防治桃小食心蟲所用藥劑成本占當年全部藥劑成本的20%～25%[4]。因此,桃小食心蟲是限制果樹產量和品質、影響果實商品價值與出口創匯的主要因素。

桃小食心蟲成蟲為夜行性昆蟲,目前普遍認為其無趨光性。研究發現,桃小食心蟲于傍晚19:00開始交配或產卵,日落至黎明前連續不斷產卵,以夜晚20:00-22:00產卵最多[5]。

Kima等做出了桃小食心蟲產卵隨溫度變化的模型[6]。同時,桃小食心蟲產卵有明顯的選擇性:在田間多選擇中熟品種產卵,如‘金冠’、‘新紅星’等;主要產卵于果實,并選擇凹陷、背陰、多毛的部位如萼洼、梗洼處產卵[7]。但目前報道中缺少對該蟲產卵行為的詳盡描述,尤其是關于產卵頻次與晝夜分布規律等更是無從參考,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互補金屬氧化物半導體)感光器材均有紅外感光能力。在無可見光環境下,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成像在顯示器中觀察[8]。很多民用監控攝像頭均裝配有紅外照明光源,機身內部均裝有紅外和可見光成像轉換開關。但目前在夜行性昆蟲行為習性研究中,還沒有運用此項技術制成簡便實用的觀察裝置。本研究擬利用紅外夜視技術,通過普通高分辨率民用監控攝像機配合硬盤錄像機,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卵活動。該技術和裝置的應用,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。

1 材料與方法

1.1 蟲源

桃小食心蟲由沈陽農業大學農業昆蟲與害蟲防治實驗室培養;光照L∥D=15 h∥9 h;溫度(25℃±1)℃;相對濕度70%。

1.2 器材

①紅外高清攝像頭(品牌:瑞視安;型號:HV-995;技術參數: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高清網絡硬盤錄像機(品牌:海康威視;型號:DS-7804N-SNH);③無線寬帶路由器(品牌:FAST;型號:FWR310);④LCD顯示屏(品牌:Great Wall M228);⑤LED平板燈(品牌:Bordos,型號:TOLED43163003656);⑥定時器,牛皮紙,60 mm培養皿等。

1.3 連接方法

①連接鏡頭用超五類網線將攝像機接到網絡交換機;用超五類網線將交換機連接到高清網絡錄像機;將顯示器、鼠標連接到網絡錄像機。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,將專用電源適配器連接到網絡錄像機。③對焦因為民用監控攝像機設計用于觀察遠處較大物體影像,所以像距較遠,而昆蟲個體小,必須近距離觀察,因此需要手動調焦,首先松開保護外罩螺絲,然后松開鏡頭上的螺絲,再把鏡頭卡口環順時針或逆時針旋轉,直到觀察目標清晰且影像較大時,記下距離,最后擰緊鏡頭座上的螺絲。試驗證明,采用焦距8～16 mm鏡頭較好。為達到防止室內燈光入射以及支撐紅外攝像機的目的,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,設置好定時器自動控制開關時間(見圖1)。

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

1.4 試驗方法

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

桃小食心蟲屬兼性滯育型害蟲,Toshiba認為光周期變化是影響桃小食心蟲滯育的主要因子[9]。張月亮等研究發現日照時數是引起滯育的主導生態因子,15 h是桃小食心蟲生長發育和繁殖的最佳光照時間[10]。為檢驗光照變化還是桃小食心蟲體內生物鐘對產卵開始時間產生影響,設置兩組時長相同而起始時間不同的光照時間段,分別為6:00-21:00和9:00-24:00。

1.5 數據記錄

設置高清網絡錄像機的各項參數,進行24 h監控。每日早8:30左右調取錄像,觀察記錄每次接觸產卵卡紙的起始和終止時間及有效接觸次數,并對能夠為總結其特殊產卵習性提供證據的視頻畫面進行截取分析。數據記錄中,昆蟲與卵卡紙開始接觸到身體最后一個部位離開卵卡記為一組有效接觸(連續接觸時間間隔少于1 min 記為一組接觸)。

產卵時間分配率(%)=各小時內累計產卵時間/產卵活動累計總時間×100;

產卵頻次分配率(%)=各小時內累計產卵頻次/產卵活動累計總頻次×100。

1.6 數據分析

采用SPSS 19.0與Excel 2010軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 產卵行為描述

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

上述研究結果表明,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卵過程,這為進一步研究其產卵頻次和產卵時間分布規律提供了保障。

2.2 產卵活動頻次與產卵時間分布規律

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

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

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

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

對處理組(光照時間為9:00-24:00)和對照組(光照時間為6:00-21:00)桃小食心蟲的產卵頻次與時間的相關性進行了擬合。結果表明,產卵活動頻次與產卵時間正相關,兩者的R2值分別為0.802 4(圖6)和0.878 4(圖7)。

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

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

圖6 6:00-21:00光照條件下產卵時間分配率與產卵頻次分配率相關性分析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光照條件下產卵時間分配率與產卵頻次分配率相關性分析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外部,幼蟲期蛀入果實內部,一旦蛀入，藥劑難以發揮作用[11],因此掌握其產卵行為規律對于防治至關重要。本文運用紅外夜視技術制成簡便裝置,對桃小食心蟲的產卵行為進行了觀察,拍攝其產卵活動圖片并進行詳盡描述,總結了其產卵頻次與時間分配規律與趨勢,表明利用該技術建立的簡易觀測裝置能夠有效地觀察桃小食心蟲產卵活動。桃小食心蟲產卵行為流程為:搜尋,探測,產卵,整理四個完整步驟,主要參與的器官為觸角、產卵器以及下唇須等。昆蟲的復眼和單眼結構決定了其對光變化的敏感性,同時對光變化的適應也影響了昆蟲的生理代謝[12-13]。桃小食心蟲會根據實時光照做出產卵判斷,而不僅僅根據內生節律。在本文中,在正常飼養的光照條件(光照時間為6:00-21:00)下,桃小食心蟲的產卵活動頻次在21:00至次日凌晨1:00較為集中,而處理組(光照時間為9:00-24:00)桃小食心蟲的產卵活動頻次在0:00-6:00較為集中,表明人為改變光照時間,桃小食心蟲的產卵活動高峰會隨光照期變動,光照對其產卵節律影響顯著。試驗結果顯示產卵頻次與晝夜時間分配率呈正相關,我們同時觀察到桃小食心蟲每完成一次產卵流程只排出一粒卵。推測在桃小食心蟲產卵活動的高峰期,其完成一次產卵選擇效率也相應提高。

觀察中還捕捉到一些桃小食心蟲偽產卵器參與探測、產卵階段的畫面,在今后的研究中將進一步對桃小食心蟲產卵選擇的機制進行研究,尤其是從觸角與產卵器上感受器的超微結構、類型和數量等方面進行比較分析,推測其可能的產卵偏好和選擇機制,為在生產實踐中營造引誘其產卵的環境并集中噴施殺卵劑等一系列措施奠定基礎。

目前昆蟲的行為研究,多采用人工每隔一段時間進行查看記錄的方法,數據記錄受肉眼能力限制的同時,受周圍環境影響大,同時耗費大量人力成本,關鍵是記錄不可進行調取分析[14-15]。此項裝置采用紅外夜視攝像技術可以避免上述缺點。使用該裝置時應依據所觀察蟲體的形體大小,將鏡頭焦距做相應的調整以便達到最清晰的觀測效果,根據所觀察昆蟲的產卵交配習性差異,設置不同處理項觀察,并對所得數據進行全面分析。本試驗結果表明,紅外夜視技術根據昆蟲個體大小和習性差異設置觀察項目,可以全面掌握害蟲交配及產卵活動規律,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可靠的資料。

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(責任編輯：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(農業)科研專項(201103024)

Q 968

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2017.02.008

* 通信作者 E-mail: wanghongping@163.com