交互式多途径中国蚊虫属级检索鉴定系统

杨天赐，Pradya SOMBOON，廖静

（1.杭州国际旅行卫生保健中心/杭州海关口岸门诊部，杭州 310012；2.清迈大学医学院寄生虫研究室，泰国 清迈 50200）

蚊虫是重要的吸血昆虫，也是重要的检疫昆虫，其中不乏许多外来入侵种，包括19世纪50年代由非洲侵入亚洲的埃及伊蚊（Aedes aegypti）、19 世纪90 年代末从亚洲入侵美国夏威夷的白纹伊蚊（Ae.albopictus）等[1]，因此，对于中国海港、陆港、空港口岸卫生检疫工作者而言，如何有效完成入境截获蚊虫的形态学鉴定[2]至关重要。

早在2001 年，法国科学家SCHAFFNER 等[3]就开发了CD-ROM 单机版欧洲蚊虫分类鉴定系统“The Mosquitoes of Europe”，开创了交互式在线智能鉴定蚊虫的先河，也即通过互联网（Internet）进行线上鉴定。该系统虽然在蚊种鉴定时能够提供多个形态特征选择项，但需要很强的专业性，而且只能在Windows 98 或2000 英文操作系统下安装运行，不适合在国内推广应用。

Lucid 软件由澳大利亚昆士兰大学开发，在昆虫形态学分类上的应用最早始于21 世纪（http://lucidcentral.org）[4]，如浙江大学昆虫科学研究所分别于2002年和2006年在国内率先开发的基于Lucid植物检疫信息管理与辅助决策系统[5-6]，但在国内蚊科上的应用始见于2019年[7]。近年来，Lucid已广泛应用于鞘翅目[8]、双翅目[9]、半翅目[10]、膜翅目[11]和螳螂目[12]等昆虫的形态分类上。与传统的二项式（图解）检索表相比，Lucid具有强大的矩阵运算功能和可视化操作界面，用户可以通过数据库里储存的高清相片和生物多样性基本信息描述，尤其是对于形态不完整、肢体破损等检疫截获的标本在图像识别与信息比对的协助作用下完成在线鉴定，即使是非专业人士也能通过“Key”完成在线鉴定任务。总之，交互式多途径检索表无疑给用户带来了更加直观的检索体验，尤其是对于全新修订后的中国蚊科分类系统[13-16]，具有非常重要的借鉴作用。本文主要利用Lucid系列软件，完成中国蚊虫属级交互式检索表的绘制和在线发布，以期为用户提供更加便捷的在线图像比对与识别，从而确保鉴定结果更加准确可靠。

1 材料与方法

本文中交互式蚊属鉴定系统的主要设计框架如图1所示。

图1 交互式蚊属鉴定系统框架图Fig.1 Framework diagram of interactive identification system for mosquito genera

1.1 蚊科分类系统基础数据库的构建

打开生物多样性自动化建库软件Fact Sheet Fusion v1.0（Identic Pty.Ltd.，澳大利亚）[17]，点击左下角“Entities”菜单栏，按照“亚科-族-属-代表种”4级阶元[18-19]依次录入，在左上角“Topics”文档中，将每个蚊属按“词源内涵、中文译名、拉丁名缩写、生态习性、医学重要性”等有关内容依次录入，以“*.Fusion”格式保存，自动批量化生成每个蚊属详细的基本信息页面，并形成超文本标记语言（hypertext markup language,HTML），构建中国蚊科分类系统最新基本信息数据库。同理，构建蚊科“属-亚属”或“亚属-种”基本信息数据库。

1.2 多途径蚊虫矩阵检索表的绘制

利用国际流行的昆虫分类诊断软件Lucid Professional v3.5（Identic Pty. Ltd.，澳大利亚），在“Builder”组件左侧“Features Zone”特征工作区，依次按照雌蚊“头、胸、腹”3 部分（不涉及雄蚊尾器和幼虫鉴定），按“二叉平行模式”将每个蚊属关键特征逐一罗列于该结构名称下，每个“Features”又细分成2个子项，依此类推，从而将“头、胸、腹”逐层划分成若干个多元“Features”和子项，并将相关图片或HTML链接于“Features”和子项下。

同时，在Lucid右侧“Entities Zone”对象工作区，按照“亚科-族-属-代表种”4级阶元，罗列出待检索的“Entities”蚊属名录，然后将“Entities”中的每个蚊属逐一与其相应的“Features”和子项进行多重交互关联，从而使单个蚊属通过多条特征途径完成分类检索诊断，也即形成所谓的交互式多途径检索表。

除本实验室专属图片外，本系统所有图片分别来自欧美等一些国家最新分类鉴定网站[20]、书籍与期刊等。

1.3 蚊虫分类诊断网络服务系统（Web版）的发布

待上述Lucid Professional v3.5 和Fact Sheet Fusion v1.0 创建完成后，利用分类诊断网络服务系统Lucid Key Server v1.0（Identic Pty. Ltd.，澳 大 利亚）将交互式蚊虫检索表发布至互联网，网络服务器主要采用阿里云服务器，用户可根据自身现有的标本、图片等进行在线检索与鉴定。

2 结果与分析

2.1 蚊科分类系统属级基础数据库

在用Fact Sheet Fusion v1.0 构建的基础数据库中，本分类系统主要采用英美等国普遍认可的传统复合分类系统[1,21-23]：世界蚊科分为按蚊亚科（Anophelinae）和库蚊亚科（Culicinae），共11 族41 属188 亚属3 598 种；我国现有2 亚科10 族21 属59 亚属400余种（表1），蚊属数约占世界总属数的1/2，亚属数约占世界总亚属数的30%，但蚊种数不及世界总种数的15%。另外，不同蚊属与亚属名称缩写参考REINERT[24]、WILKERSON等[25]和在线世界蚊虫分类名录（http://mosquito-taxonomic-inventory.info）[26]；同时，对以拉丁语、希腊语、人名、地理分布、生境等词源命名的亚属汉译名[23]重新进行了规范整理。

2.2 中国蚊虫交互式检索表

如 图2 所 示，在Lucid Professional v3.5 软 件“Features”工作区，参照国内外蚊科形态学分类工具书[18-19,21]，按“头、胸、腹”结构顺序，将蚊虫头部特征细分为喙、头顶、触须、触角。其中：喙部特征按其与前足股节长短、喙末端是否弯曲与膨胀、喙细直程度又分为4个子项；根据触须与喙的长短和比值，又将触须分为2 个子项。同理，胸部特征包括中胸盾片、小盾片、翅、胸部侧面、足等，共涉及上腋瓣、翅瓣、径脉、中胸后侧片、前胸前背片、气门鬃、气门后鬃、跗节等23 个子项。腹部分为腹部第Ⅷ节、腹部第Ⅸ节、背板鳞片3 个子项。通过以上方法形成的交互式检索表共包含34个备选特征、68个子项和89张典型图片。在“Entities”待检索名录中，主要收录有按蚊亚科和库蚊亚科2 亚科10 族21 属以及阿蚊亚属和厉蚊亚属2亚属（表1）。其中：按蚊亚科仅按蚊属1 属，库蚊亚科主要包括伊蚊族（伊蚊属、阿蚊属、领蚊属、尤蚊属和奇阳蚊属）、库蚊族（库蚊属和路蚊属）、脉毛蚊族（脉毛蚊属）、费蚊族（费蚊属和小蚊属）、霍蚊族（霍蚊属）、曼蚊族（轲蚊属和曼蚊属）、直脚蚊族（直脚蚊属）、煞蚊族（金蚊属、钩蚊属、局限蚊属和杵蚊属）、巨蚊族（巨蚊属）和蓝带蚊族（蓝带蚊属）。原阿蚊族（Armigerini）和原轲蚊族（Coquillettidiini）予以撤销，将阿蚊属移入伊蚊族，原轲蚊属移入曼蚊族，原小蚊属划入费蚊族，原霍蚊属从煞蚊族中分离出来，成立新的霍蚊族。

图2 中国蚊虫属级交互式多途径检索示意图Fig.2 Schematic diagram of interactive multiplex key to mosquito genera in China

表1 中国蚊科最新属级分类一览表Table 1 Checklist of the current taxonomy of mosquito genera(Diptera:Culicidae)in China

表1（续） Continuation of Table 1

在新分类系统中，除奇阳蚊属、路蚊属和金蚊属为新增蚊属外，伊蚊属分类变化最大，由原先的14 个亚属变更至27 个亚属，其余17 个蚊属变化基本不大。

在本检索表中，由于阿蚊亚属（Armigeres）和厉蚊亚属（Leicesteria）雌蚊触须和气门后鬃有明显的差异，所以阿蚊属又分为2个亚属。另外，伊蚊属的分类也较为复杂，根据“气门后鬃”的有无，将其分为2个部分。

2.3 蚊虫在线智能鉴定

利用Lucid Key Server v1.0将创建完成的交互式蚊虫检索表发布至互联网。打开“重要吸血昆虫交互式智能鉴定系统”在线网页（http://medentomology.top），选择“蚊科”跳转至种类鉴定页面（试用版），整个页面分为“备选特征-已选特征-保留对象-排除对象”4 大版块。用户可以根据自身现有图片或所掌握的标本信息，任意浏览系统左上角“备选特征”中的“头、胸、腹”等关键部位图片或子项信息，随机选择34 个备选特征中任一子项，在左下角“已选特征”中将自动显示用户已经选中的特征子项条目或图片，后台也将自动进行关联与匹配，并根据系统提供的每个物种的“唯一或最佳性状”，在现有“Entities”的21属和2亚属中逐一筛选和匹配，最后在界面的右上角显示为“保留对象”（即显示为具体检索蚊属或代表种），表明用户待检标本为何种蚊属，同时，在右下角显示所有被“排除对象”（即排除干扰蚊属或代表种），这样就可以在线完成21 属蚊虫形态鉴定。另外，根据Fact Sheet Fusion v1.0提供的基本信息数据库，可进一步快速浏览每个蚊属外部形态特征、鉴定技术要点、生态习性、医学重要性、现有种类数量等详细信息。

3 讨论与结论

本研究构建的蚊科分类系统作为检疫昆虫信息平台的一个分支，其中最重要的一环是必须掌握国内外现有蚊科分类[1,21,23]最新动态，按照国际蚊虫最新分类如英国自然博物馆蚊媒分类名录和国际上一些知名数据库[20,26]构建基础属性数据库，这也是中国蚊虫交互式多途径检索表开发的重要一步。本分类系统不仅融合了国外最新理念，也延续了中国特色的分类层级，特别是对于伊蚊属，建议将国际上新增的许多亚属仍列于伊蚊属名录下。

本研究建立的交互式多途径智能鉴定系统不仅为初学者或蚊虫工作者提供了单个蚊种鉴定所需要的关键鉴别特征信息，也提供了大量相关附加图片、HTML 动态链接和基本信息数据库，为今后识别输入性重要蚊种提供了最为有效的鉴定工具，也为新发或再发蚊媒传染病传播媒介监测提供了技术保障。在前期开发过程中，我们试图在“Entities Zone”对象工作区将中国蚊科常见种罗列在一个“Key”上，然而对应的备选特征和子项高达70 余项，导致Lucid Professional v3.5数据矩阵难以将有些蚊属或种类完全分开，尤其是对外部形态差异甚微的相似种与近似种。而美国同行则在“Entities Zone”中仅涉及“属”或“种”[20]，从而确保在每个独立的“属”或“种”检索表中数据矩阵演算更简捷，更易于区分出不同的“属”或“种”，但该检索表无法显示“科-属-种”层级关系。因此，本文按“亚科-族-属-代表种”首先编制“Genus Key”，再根据“属-亚属”编制“Subgenus Key”，最后再编制“Species Key”，这样形成的检索表层次分明、相互贯通，为今后蚊虫智能在线鉴定系统的升级改造提供了重要的参考依据。

尽管Lucid在国内外蚊科分类鉴定上的应用还未全面推广，但与传统的二项式（图解）检索表相比，基于Lucid 的交互式检索表不仅可以用于网页版，也支持手机版应用程序（App），它不但克服了传统形态分类与种类鉴别中相关术语与部位特征晦涩难懂的问题[21,30]，而且提供了非常直观的在线鉴别图片，初学者即使没有很强的分类学知识，也能按图索骥完成鉴定。

本项研究对于近缘种或相似种等的鉴别也起到了非常重要的辅助作用，尤其是有助于口岸一线查验人员及时识别与截获在口岸捕获到的蚊虫，为今后新发或再发蚊媒传染病重要传播媒介的形态鉴定提供了较为有效的工具。