利用红外夜视技术观察桃小食心虫的产卵行为及产卵昼夜节律

蒋天小, 陆振明, 王洪平

(沈阳农业大学植物保护学院, 沈阳 110866)

利用红外夜视技术观察桃小食心虫的产卵行为及产卵昼夜节律

蒋天小, 陆振明, 王洪平*

(沈阳农业大学植物保护学院, 沈阳 110866)

利用红外夜视技术,建立了一种简易的室内观测装置,观察桃小食心虫夜间产卵活动,拍摄其完整产卵过程,并将其产卵行为流程归纳为:搜寻,探测,产卵,整理4个步骤。试验结果显示:桃小食心虫会根据实时光照做出产卵判断而不仅仅根据内生节律。产卵频次与昼夜时间分配率呈正相关。试验证明,基于红外夜视技术建立的观测装置使观察可昼夜进行,突破肉眼能力限制,影像资料可保存调取,节约人力成本。红外夜视技术有望在其他夜行性害虫交配及产卵等活动规律和行为习性观察中得到更广泛的应用,这将为制定害虫综合防治方案,建立高效病虫防治体系提供翔实可靠的资料。

红外夜视技术; 桃小食心虫; 产卵行为; 夜行性

桃小食心虫CarposinasasakiiMatsumura,别名桃蛀果蛾,属鳞翅目蛀果蛾科。该虫在我国分布于除新疆、西藏、海南外的其余省份[1],是我国北方果树食心虫类害虫中危害最大、发生面积最广的害虫;国外主要分布于朝鲜、韩国、日本及俄罗斯远东地区。该虫以幼虫钻蛀的方式为害苹果、梨、桃、枣、李、山楂和酸枣等植物果实[2],部分苹果园蛀果率达50%上[3];有些地区防治桃小食心虫所用药剂成本占当年全部药剂成本的20%～25%[4]。因此,桃小食心虫是限制果树产量和品质、影响果实商品价值与出口创汇的主要因素。

桃小食心虫成虫为夜行性昆虫,目前普遍认为其无趋光性。研究发现,桃小食心虫于傍晚19:00开始交配或产卵,日落至黎明前连续不断产卵,以夜晚20:00-22:00产卵最多[5]。

Kima等做出了桃小食心虫产卵随温度变化的模型[6]。同时,桃小食心虫产卵有明显的选择性:在田间多选择中熟品种产卵,如‘金冠’、‘新红星’等;主要产卵于果实,并选择凹陷、背阴、多毛的部位如萼洼、梗洼处产卵[7]。但目前报道中缺少对该虫产卵行为的详尽描述,尤其是关于产卵频次与昼夜分布规律等更是无从参考,究其原因主要为缺乏一种简易的桃小食心虫夜间行为观测装置。

CCD(charge-coupled device电荷耦合元件)或CMOS(complementary metal oxide Semiconductor互补金属氧化物半导体)感光器材均有红外感光能力。在无可见光环境下,用红外光源照射到物体表面,反射的红外光可被红外摄像机成像在显示器中观察[8]。很多民用监控摄像头均装配有红外照明光源,机身内部均装有红外和可见光成像转换开关。但目前在夜行性昆虫行为习性研究中,还没有运用此项技术制成简便实用的观察装置。本研究拟利用红外夜视技术,通过普通高分辨率民用监控摄像机配合硬盘录像机,建立一种简易的观测装置,观察桃小食心虫成虫夜间模式下的产卵活动。该技术和装置的应用,将为其他夜行性昆虫行为研究提供新思路,为制定害虫综合防治方案打下基础。

1 材料与方法

1.1 虫源

桃小食心虫由沈阳农业大学农业昆虫与害虫防治实验室培养;光照L∥D=15 h∥9 h;温度(25℃±1)℃;相对湿度70%。

1.2 器材

①红外高清摄像头(品牌:瑞视安;型号:HV-995;技术参数:图像传感器:100万像素;录像最高分辨率:1 280×720,30帧,720P;电源DC 12V 2A-3A;最低照度:彩色为0.3 lx F 1.5/黑白为0.15 lx P1.5);②高清网络硬盘录像机(品牌:海康威视;型号:DS-7804N-SNH);③无线宽带路由器(品牌:FAST;型号:FWR310);④LCD显示屏(品牌:Great Wall M228);⑤LED平板灯(品牌:Bordos,型号:TOLED43163003656);⑥定时器,牛皮纸,60 mm培养皿等。

1.3 连接方法

①连接镜头用超五类网线将摄像机接到网络交换机;用超五类网线将交换机连接到高清网络录像机;将显示器、鼠标连接到网络录像机。②连接电源用符合要求的直流电源线将DC12V电源连接到摄像机,将专用电源适配器连接到网络录像机。③对焦因为民用监控摄像机设计用于观察远处较大物体影像,所以像距较远,而昆虫个体小,必须近距离观察,因此需要手动调焦,首先松开保护外罩螺丝,然后松开镜头上的螺丝,再把镜头卡口环顺时针或逆时针旋转,直到观察目标清晰且影像较大时,记下距离,最后拧紧镜头座上的螺丝。试验证明,采用焦距8～16 mm镜头较好。为达到防止室内灯光入射以及支撑红外摄像机的目的,用牛皮纸做圆柱形纸筒(要求纸筒高度能使成像清晰,纸筒直径与镜头下方放置的培养皿直径相同),选择散热效果较好的平板LED灯由下部提供光源,设置好定时器自动控制开关时间(见图1)。

图1 桃小食心虫产卵行为观测装置Fig.1 Oviposition behavior observation device for Carposina sasakii

1.4 试验方法

每日早8:00开始试验,取新羽化的雌雄虫各一头,放入直径8 cm高9 cm的养虫缸中,缸底部放置产卵卡,待卵卡上出现少量卵取出雌虫,用乙醚将雌虫麻醉,用维纳斯剪刀剪翅处理(为清晰观测到产卵器的细微动作)后将其放入培养皿,培养皿正对镜头处放置大小为1 cm×1 cm的产卵卡,把盛水器放入培养皿一侧用以保湿,连续观测其产卵过程直至雌虫死亡,每组重复观察40对。

桃小食心虫属兼性滞育型害虫,Toshiba认为光周期变化是影响桃小食心虫滞育的主要因子[9]。张月亮等研究发现日照时数是引起滞育的主导生态因子,15 h是桃小食心虫生长发育和繁殖的最佳光照时间[10]。为检验光照变化还是桃小食心虫体内生物钟对产卵开始时间产生影响,设置两组时长相同而起始时间不同的光照时间段,分别为6:00-21:00和9:00-24:00。

1.5 数据记录

设置高清网络录像机的各项参数,进行24 h监控。每日早8:30左右调取录像,观察记录每次接触产卵卡纸的起始和终止时间及有效接触次数,并对能够为总结其特殊产卵习性提供证据的视频画面进行截取分析。数据记录中,昆虫与卵卡纸开始接触到身体最后一个部位离开卵卡记为一组有效接触(连续接触时间间隔少于1 min 记为一组接触)。

产卵时间分配率(%)=各小时内累计产卵时间/产卵活动累计总时间×100;

产卵频次分配率(%)=各小时内累计产卵频次/产卵活动累计总频次×100。

1.6 数据分析

采用SPSS 19.0与Excel 2010软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 产卵行为描述

利用自主建立的桃小食心虫行为观测装置(图1),我们对该虫的产卵行为进行了观察。桃小食心虫产卵行为流程为:寻找,探测,产卵,整理。桃小食心虫首先用触角、下唇须不断摆动敲击与产卵基质表面接触,找寻适宜产卵区间(图2a),即寻找;在初步判断可能适宜产卵区间后,触角保持静止或轻微颤动,腹部节奏性收缩并左右摆动,伸出尾部末端伪产卵器与基质表面不断触碰(图2b),即探测;此后,雌虫开始产卵,其腹部停止左右摆动,腹部末端摆出与产卵表面近垂直姿势,数秒内排出单粒卵(图2c);产卵完毕后,桃小食心虫或触角摆动振翅飞离寻找下个合适产卵场所或休憩,即整理(图2d)。图3所示为一组日间产卵活动流程。

上述研究结果表明,我们建立的桃小食心虫行为观测装置能够有效地观察和记录桃小食心虫的产卵过程,这为进一步研究其产卵频次和产卵时间分布规律提供了保障。

2.2 产卵活动频次与产卵时间分布规律

利用该装置,对桃小食心虫的产卵活动频次与产卵时间分布规律进行了研究。在正常饲养条件(光照时间为6:00-21:00)下,桃小食心虫的产卵活动频次在21:00至次日凌晨1:00较为集中,黑暗后逐步上升,到达产卵频次高峰(22:00)后缓慢下降,直至次日11:00接近零值;光照期间产卵频次占比为10.68%,黑暗期间占比为89.32%(图4)。产卵时间昼夜分配显示,在21:00至次日5:00较为集中,黑暗后先上升,到达高峰(22:00)后缓慢下降,在次日2:00后又呈现上升趋势,在达到第二个高峰(次日4:00)后逐步下降;光照期间产卵时间占比为20.63%,黑暗期间占比为79.37%(图5)。

图2 桃小食心虫夜间产卵行为Fig.2 Oviposition behavior of Carposina sasakii at night

图3 桃小食心虫日间产卵行为Fig.3 Oviposition behavior of Carposina sasakii at day

在光照时间为9:00-24:00的试验设置组,桃小食心虫的产卵活动频次在0:00-6:00时较为集中,黑暗后迅速达到活动频次高峰,随后略有下降,于次日3:00达到第二个高峰后逐步下降;光照期间产卵频次占比为4.67%,黑暗期间占比为95.33%(图4)。产卵时间分配显示在0：00-次日7:00较为集中,次日3:00为高峰时间段;光照期间产卵时间占比为7.36%,黑暗期间占比为92.63%(图5)。

对处理组(光照时间为9:00-24:00)和对照组(光照时间为6:00-21:00)桃小食心虫的产卵频次与时间的相关性进行了拟合。结果表明,产卵活动频次与产卵时间正相关,两者的R2值分别为0.802 4(图6)和0.878 4(图7)。

图4 不同光照时间条件下桃小食心虫产卵频次分配率Fig.4 Oviposition frequency distribution percentage of Carposina sasakii under different illumination times

图5 不同光照时间条件下桃小食心虫产卵时间分配率Fig.5 Oviposition time distribution percentage of Carposina sasakii under different illumination times

图6 6:00-21:00光照条件下产卵时间分配率与产卵频次分配率相关性分析Fig.6 Correlation analysis between oviposition time and frequency distribution under illumination time from 6:00 to 21:00

图7 9:00-24:00光照条件下产卵时间分配率与产卵频次分配率相关性分析Fig.7 Correlation analysis between oviposition time and frequency distribution under illumination time from 9:00-24:00

3 讨论

桃小食心虫只有很短的成虫期和卵期暴露于果实外部,幼虫期蛀入果实内部,一旦蛀入，药剂难以发挥作用[11],因此掌握其产卵行为规律对于防治至关重要。本文运用红外夜视技术制成简便装置,对桃小食心虫的产卵行为进行了观察,拍摄其产卵活动图片并进行详尽描述,总结了其产卵频次与时间分配规律与趋势,表明利用该技术建立的简易观测装置能够有效地观察桃小食心虫产卵活动。桃小食心虫产卵行为流程为:搜寻,探测,产卵,整理四个完整步骤,主要参与的器官为触角、产卵器以及下唇须等。昆虫的复眼和单眼结构决定了其对光变化的敏感性,同时对光变化的适应也影响了昆虫的生理代谢[12-13]。桃小食心虫会根据实时光照做出产卵判断,而不仅仅根据内生节律。在本文中,在正常饲养的光照条件(光照时间为6:00-21:00)下,桃小食心虫的产卵活动频次在21:00至次日凌晨1:00较为集中,而处理组(光照时间为9:00-24:00)桃小食心虫的产卵活动频次在0:00-6:00较为集中,表明人为改变光照时间,桃小食心虫的产卵活动高峰会随光照期变动,光照对其产卵节律影响显著。试验结果显示产卵频次与昼夜时间分配率呈正相关,我们同时观察到桃小食心虫每完成一次产卵流程只排出一粒卵。推测在桃小食心虫产卵活动的高峰期,其完成一次产卵选择效率也相应提高。

观察中还捕捉到一些桃小食心虫伪产卵器参与探测、产卵阶段的画面,在今后的研究中将进一步对桃小食心虫产卵选择的机制进行研究,尤其是从触角与产卵器上感受器的超微结构、类型和数量等方面进行比较分析,推测其可能的产卵偏好和选择机制,为在生产实践中营造引诱其产卵的环境并集中喷施杀卵剂等一系列措施奠定基础。

目前昆虫的行为研究,多采用人工每隔一段时间进行查看记录的方法,数据记录受肉眼能力限制的同时,受周围环境影响大,同时耗费大量人力成本,关键是记录不可进行调取分析[14-15]。此项装置采用红外夜视摄像技术可以避免上述缺点。使用该装置时应依据所观察虫体的形体大小,将镜头焦距做相应的调整以便达到最清晰的观测效果,根据所观察昆虫的产卵交配习性差异,设置不同处理项观察,并对所得数据进行全面分析。本试验结果表明,红外夜视技术根据昆虫个体大小和习性差异设置观察项目,可以全面掌握害虫交配及产卵活动规律,为制定害虫综合防治方案,建立高效绿色病虫防治体系提供翔实可靠的资料。

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(责任编辑：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

公益性行业(农业)科研专项(201103024)

Q 968

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2017.02.008

* 通信作者 E-mail: wanghongping@163.com