一种多光谱诱虫实验装置的设计

何旭栋李思钰季慧华陈华才

(1.中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018；2.杭州益昊农业科技有限公司，浙江 杭州 310018)

在外界光照的刺激下,昆虫会做出定向行动反应,其中靠近光源的行动称为正趋光性,背离光源的行动称为负趋光性[1]。研究昆虫对不同光波的趋性，将特征光波用于农业害虫的防治，对实现诱集害虫、趋避益虫的目的具有非常重要的作用，可以更好地为开展绿色防控研究和应用提供参考和借鉴。

国内外对昆虫趋光性相关实验报道有很多，相关昆虫行为实验都是采用自制的实验装置，没有统一规格和要求。林明江等采用直管实验装置，利用暗室/亮室的对比设计，研究甘蔗螟虫趋光性反应，得到诱捕不同种甘蔗螟虫最有效的波长[2]。还有许多研究者采用暗室/亮室的设计，如郭健玲等利用这个方法研究3种扁谷盗对不同波长光趋性，装置将腔体分为3个部分：栖息反应室、趋光反应室、避光反应室，每次采用一种波长进行实验，得到诱捕效果最好的波长[3]。Jun-Hwan Park等人利用自制Y型迷宫腔探究米象虫的趋光性，将米象虫放置在连接点，两端分别用对照光源和实验光源进行照射，实验得出蓝光(84.3%)对米象虫最有吸引力[4]。与此较为相似的是Min-Gi Kim等人利用L型实验装置，将麦蛾成虫投放到装置折点，同样在两端设置对照光源和实验光源，实验结果表明365nm波长的光源对麦蛾成虫具有最好的诱捕效果[5]。以上这些实验都是单因素实验，实验昆虫只能在实验光源和对照光源二者中作出选择。关于多种波长同时实验的装置，丁岩钦等曾在1974年利用自制的装置研究棉铃虫和烟青虫成虫的趋光性反应，该装置利用波长选择器得到不同波长，4个通道的设计一次性最多可以比较4种波长，最终得到棉铃虫和烟青虫对333nm的光源最敏感[6]。Mazza等利用相似的装置得到蓟马的趋性峰在紫外315nm处[7]。

以上双通道(单因素)及四通道的实验装置存在的问题是，供试昆虫必须面对被动的选择压力，容易引起实验的系统误差。为此设计一种多通道(多光谱)昆虫趋光性行为实验装置，让供试昆虫在多通道中对不同波长的光源作出自由的选择，避免昆虫趋光性行为受到被动选择压力的影响，并以此装置进行了库蚊的趋光性行为研究。

库蚊属蚊科库蚊亚科，分布极其广泛，是蚊科的第2大属，已知800余种和亚种。库蚊是传播多种疾病的重要媒介，流行性乙型脑炎以及多种马脑脊髓炎等均是由库蚊传播的。蚊虫的趋光性实验目前很少有人研究，李思钰曾经对蚊虫的趋光性进行探究性实验[8]。

1 多光谱诱虫实验装置的设计

多光谱诱虫实验装置主体由3个部分组成，包括昆虫投放室、诱虫通道和控制电路，装置结构如图1所示。图2是装置的结构拆分图。其中昆虫投放室主要由圆柱形腔体和顶部的昆虫释放口组成，诱虫通道分为3部分，分别是连接管、昆虫收集器和单色LED诱虫光源；昆虫投放室的主要作用是用于投放实验昆虫，LED诱虫光源通过连接管与投放室腔壁上的圆形开口相连。昆虫收集器由电机叶轮和昆虫收集袋构成，用于捕获实验昆虫，其通过T型连接管与诱虫通道连接。

图1 多光谱诱虫实验装置示意图

图2 多光谱诱虫实验装置结构拆分图1.昆虫投放室；2.诱虫通道；3.控制电路；4.顶盖；5.昆虫释放口；6.悬空隔离条；7.连接管；8.昆虫收集器；9.单色LED诱虫光源；10.T型三通连接管；11.电机叶轮；12.昆虫收集袋

1.1 工作原理

昆虫投放室为一圆柱形腔体，内壁敷贴黑色灯芯绒布料。LED光源以及昆虫收集器通过连接管与腔体上的圆形开口相连接。LED光源发出特定波长的光，通过连接管照进昆虫投放室，昆虫投放室内的昆虫感受到不同波长的光源，选择进入其最敏感的光源的连接管。当昆虫靠近光源时，被电机叶轮产生的倒吸式气流吸入昆虫收集袋，风干致死。

图3 装置工作原理图

1.2 装置特点

1.2.1 光谱范围广

多光谱诱虫实验装置一共设有16条单色LED通道，可以自由组合光谱范围。

1.2.2 多光谱同时工作，效率高

与传统的测试昆虫趋光性实验装置最大的不同在于其实现了多光谱同时工作。每个通道内的光源都是独立互不影响的，由于实验昆虫均处于同一个昆虫投放室中，保证了所处的环境都相同，避免了环境因素对实验结果的影响，这是传统实验装置无法实现的。同时，光谱同时工作的方式可以缩短实验时间，提高实验效率。

1.2.3 结果精确

为了降低装置本身可能带来的误差，对多个部分都进行了处理，如，昆虫投放室内壁贴有黑色灯芯绒，可以减少各个通道的光线反射避免相互干扰；昆虫收集袋的镂空设计，保证在电机叶轮工作时产生的负压不会对昆虫造成影响，使影响昆虫趋向性的因素只有光源波长。

1.2.4 实验参数可调，多样化

多光谱诱虫实验装置不仅可以探究蚊虫对各波长光源的趋向性反应，还可以通过改变连接管的长度进一步探究不同光强、工作距离对昆虫趋光性的影响。

2 库蚊趋光性实验研究

用于实验的库蚊为杭州种群，为了保证库蚊的活力，实验前需要将其培养于蚊笼中，并定期提供糖水。此外，蚊笼内的环境应调到适宜库蚊生存的条件，温度控制在25℃左右，相对湿度RH保持在70%。从蚊笼中选取450只具有活力的库蚊进行实验。

实验采用前述装置进行，选取16条通道参与实验，且设置每条通道的工作长度为60cm。实验开始前利用光谱仪测得参与实验的光源的峰值波长分别为365nm、380nm、390nm、405nm、420nm、430nm、450nm、460nm、520nm、580nm、590nm、610nm、660nm、730nm，最后一组采用白光光源进行对照，利用功率计测得各光源的额定功率均在2W左右。

实验地点选在暗室，实验时间为20∶00—次日8∶00，共12h，为了避免库蚊对环境不适应而死亡，将室温控制在25℃左右，湿度控制为70%。实验分3组进行，具体实验方法如下：

选定实验参数，选取150只大小相近，具有活力的库蚊作为实验对象，诱虫通道的长度统一定为60cm，实验时间定为20∶00—次日8∶00，实验室内温度为25℃,相对湿度RH为70%。

打开装置顶部的昆虫释放口，将选取好的库蚊投入昆虫投放室中，关闭释放口。接通电源前，先对用于实验的库蚊进行1h的暗处理。

暗处理结束后，接通装置电源，各波长光源发光，电机叶轮运转，实验开始。

次日8∶00，关闭装置电源，统计并记录各波长光源对应的昆虫收集袋中的库蚊数量，并清理昆虫收集器。

打开装置顶盖，拆下连接管，清理未进入昆虫收集器中的库蚊，并记录数据，清理结束后重新连接装置准备进行下一组实验。

光源对库蚊诱集率通过下式计算：

式中，Q为光源的蚊虫诱集率；T为实验组光源诱集到的蚊虫的数量；C为用于实验的蚊虫的总数量。

通过专业统计软件SPSS对实验结果进行单因素方差分析，经过Duncan法的多重分析后，得出各波长光源的平均诱集率和标准差及其显著性差异。

图4 库蚊趋光性行为现场实验

3 结果与分析

库蚊对不同波长光源的趋光率如表1所示。

表1 不同波长LED光源对库蚊的诱集率

可以看出库蚊对不同光源的趋向性存在一定的差异。中心波长为365nm、405nm、420nm以及450nm的LED光源诱集到的蚊虫数量显著多于其它光源，特别是365nm、420nm的光源对库蚊的诱集数量极显著高于其它光源，其次是405nm和450nm的光源，诱集的蚊虫数量都显著高于对照组白光光源。中心波长为520nm、580nm、590nm和850nm的LED光源对库蚊并无诱捕作用。

4 结论与讨论

通过对库蚊对不同光波长的趋向性的实验，得到以下结论:在环境温度为25℃，相对湿度为70%的暗室条件下，库蚊对365～460nm波段的紫外和蓝紫光光源的趋向性明显；在365～460nm这个波长范围内，库蚊对365nm、405nm、420nm和450nm的趋向性相对突出，其中光源波长为365nm和420nm，诱蚊效果最显著，诱集率均在23%左右，405nm和450nm波长的光源库蚊诱集率均在10%以上，尽管诱集效果没有365nm和420nm突出，但是仍优于其它光源波段。分析实验得出的数据，并结合对照组白光光源，可以发现，除了紫外和蓝紫光，库蚊对其它光源的趋向性都很弱，诱集率均不足2%。库蚊对黄光和红外光均无趋向性，进一步分析可知蚊虫复眼无法识别红外光波段，对830nm的光源不会存在趋向性，而蚊虫是可以识别黄光的，由此推断库蚊对其具有趋避性，可以做出进一步的探究。