一种昆虫观察记录仪及其初步应用

郭洋洋，郑基焕，毛润乾，张宇宏*，李文辉，陈嘉东，黄明度，Ying-Fang XIAO

(1.中科院华南植物园，广州 510650;2.广东省昆虫研究所，广东省野生动物保护与利用公共实验室，广东省农业害虫综合治理重点实验室，广州 510260;3.广东省粮食科学研究所，广州 510050;4.Mid-Florida REC，University of Florida，Apopka，FL，USA 32703)

观察记录体长小于1 cm 昆虫的行为相对费时、费力，比如观察记录红火蚁Solenopsis invicta Buren的形态和数目时，常常因其无规律的运动、微小的虫体和凶猛的习性，而给操作者带来了诸多的困难和安全威胁。因此，针对小型昆虫的观察记录急需新的技术方法支持。

目前，观察记录小型昆虫的方法主要有3种:(1)直接观察记录昆虫的形态、行为和数目。在昆虫行为和昆虫鉴别的研究中，多采用直接观察记录的方法(Holway，1999;Morrison，2000;Dejean et al.，2005;曾玲等，2005a)。比如，观察记录红火蚁觅食行为时，常采用直接观察工蚁的行为特征结合记录本或调查表格记录的方法;观察记录红火蚁数目时，常采用直接计数(即用毛笔等将小型昆虫转移到新的容器中，同时计数)或称量计数(即昆虫数目=昆虫总重/单个昆虫的平均重量)结合表格记录的方法。(2)用体视显微镜观察记录昆虫的形态和数目。针对直接观察难以看清或需要鉴别的小型昆虫，常采用体视镜观察结合记录本记录的方法(林立丰等，2005;阮传清等，2012)。(3)相机拍照观察记录昆虫形态和数目。小型昆虫计数和野外观察昆虫时，可用相机拍照记录，然后再结合记录本或调查表格，观察记录其形态和数目。

总之，传统的观察记录方法虽然解决了观察记录小型昆虫形态、行为和数目中存在的问题，能满足大多科研需求。但也存在观察记录过程繁琐、观察质量不高和存在安全隐患等缺陷，需要改进提高。针对传统的观察记录方法中存在的问题，我们设计了一种昆虫观察记录仪，并初步验证其使用效果。

1 材料与方法

1.1 昆虫观察记录仪的配置及连接

昆虫观察记录仪有四个部分组成，包括观察系统、照明系统、拍摄系统和显示与处理系统。其中，观察系统主体由Leica M8 体视显微镜组成，体视镜不仅为观察提供了平台，而且其显微功能还使观察小型昆虫成为现实;照明系统由环形冷光灯和改装后的两个卤钨灯组成，两种灯具通过不同光质、不同角度的配合来提高观察质量;拍摄系统由Nikon D320 相机和改装成的相机接口组成，相机通过拍摄来收集记录观察结果;显示与处理系统由显示器或笔记本电脑组成，此系统不仅能使操作者直观的看到到观察对象，还能结合办公和图像处理软件，快速的记录和处理观察结果。

连接方式如图1 所示，图中①卤钨灯及其电源;②冷光灯及其电源;③Leica M8 体视显微镜;④Nikon D320 相机;⑤显示屏;⑥笔记本电脑。使用前要将电源电压调到最低，同时根据需要选择显示与处理系统，并用数据线连好。打开电源，调节观察系统和照明系统，直至观察角度最合适、图像最清。然后便可以开始相关试验。

图1 昆虫观察记录仪示意图Fig.1 The diagram of the device for observation and recording of insects

1.2 红火蚁工蚁连续性变型现象观察

供试红火蚁种群采自广州市从化区，整巢采回后放入塑料桶中进行室内饲养。实验时，向饲养桶内浇适量水，使工蚁爬出。用红火蚁工蚁定量采集装置随机采样(郭洋洋等，2012)，5个蚁群各采一组样(各组样品数均大于100)。迅速将样本转移到内壁涂有滑石粉的培养皿中。用昆虫观察记录仪观察其形态、测量体长，数据由Excel软件进行统计分析。

其中，测量红火蚁体长的方法为:在培养皿底部标出1 mm 的长度，然后放入待测昆虫，用观察记录仪拍照，并在笔记本电脑上以SmoothDraw 4.0 软件中的圆形笔尖直径(可在1-128个单位长之间调整)为标尺，测量并换算出红火蚁工蚁的体长。

1.3 红火蚁工蚁鉴别特征观察及软件制图

将3-5 头红火蚁工蚁浸泡于盛有75%乙醇的指形管中，30 min 后取出晾干，用昆虫观察记录仪观察其鉴别特征。其中，鉴别特征包括唇基两侧齿、上颚内缘小齿、腹柄节和腹部末端螯刺(Trager JC，1991;曾玲等，2005)。然后，选择清晰度和形态细节符合要求的照片，用SmoothDraw 4.0 软件中的临摹和图像处理功能画出能反应其鉴别特征的形态图。

2 结果与分析

2.1 红火蚁工蚁的连续性变型现象

实验测量的结果表明:工蚁体长在2-7 mm之间，体长呈连续性变型现象，与曾玲等(2005)的研究结果一致。统计结果(图2)显示:5个蚁巢所取样本中，体长在3-5 mm 的工蚁所占比例均在91.2%以上，最高可达97.5%;体长小于3 mm 的工蚁所占比例均小于3%，体长大于5 mm的工蚁所占比例均小于8%。据此，可将工蚁划分为三个亚品级:微型工蚁，体长小于3 mm;中型工蚁，体长在3-5 mm 左右;大型工蚁，体长大于5 mm。

随机测量的结果表明，昆虫观察记录仪可以用于小型昆虫观察和昆虫体长的精确测量。

图2 不同体长的工蚁所占比例;X 代表工蚁体长Fig.2 Proportion of workers in different length，X meant the workers body length

2.2 红火蚁工蚁的鉴别特征和软件制图

用昆虫观察记录仪观察可知，红火蚁工蚁身体呈橘红色，可分为头、胸、腹三部分，各部分比例均匀。头部略成方形，后头中央有明显的凹陷，上颚发达，内缘有3个明显的小齿;腹部背板呈深褐色，前胸背板前端隆起，胸腹连接处有两个腹柄结，第一结节呈现倒“V”状，第二结节呈圆锥状;腹部呈卵圆形，末端有螯针伸出。

图3 显示了昆虫观察记录仪的制图功能，绘出的形态图可清晰的展示红火蚁工蚁的唇基两侧齿、上颚内缘小齿、腹柄节和腹部末端螯刺等鉴别特征。

3 结论与讨论

观察记录是昆虫学研究中的基础环节(曾玲等，2005;林立丰等，2005)。鉴别特征在昆虫鉴定中有重要应用，比如Norman 等(2010)就认为未来的高清晰观察系统与相关软件结合，可以实现自助式鉴定物种;形态图常与文字描述一起，在书藉和刊物中起着相得益彰的作用(郑乐怡等，1999)。因此，提高观察记录的效率和质量是科研工作者不断追求的目标。

图3 昆虫观察记录仪拍摄制作的形态图Fig.3 Illustration filmed and produced by the device for observation and recording of insects

由于人的物理条件和观察仪器的限制，传统的观察方法难以达到高质量的观察效果。对此，昆虫观察记录仪通过对照明系统和拍摄系统的设计予以克服。比如照明系统，结合两种光质的优点，通过调节亮度和照射角度使观察样本处于最佳的光照条件下;拍摄系统的核心为Nikon D320(2400 万有效像素)，可满足高像素和快速传输信息的要求。同时，传统的观察记录方法还由于观察、记录和结果处理之间相互孤立，从而易导致操作者的疲劳，还限制实验效率。对此，昆虫观察记录仪通过功能组合的方法予以解决。比如，将观察系统、拍摄系统和笔记本电脑连接在一起，观察时可直接把照片和视频传入电脑，随时结合办公和图像处理软件对结果进行处理。

此外，利用昆虫观察记录仪还可对有攻击性的小型昆虫进行拍照，然后在图像软件上计数，从而避免直接接触，保证操作安全。总之，昆虫观察记录仪能提高观察记录小型昆虫的效率和质量，为小型昆虫的研究提供了一种可靠的方法。

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