Track3D：從三維角度研究害蟲行為軌跡

更新時(shí)間：2025-07-04

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Spodoptera frugiperda，又稱草地貪夜蛾，被聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）列為一種主要的農(nóng)業(yè)害蟲。2019年入侵中國(guó)后，Spodoptera frugiperda主要集中危害玉米，對(duì)作物安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅和挑戰(zhàn)。在本研究中，使用諾達(dá)思的三維運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)(Track3D)記錄并描述了成年Spodoptera frugiperda不受干擾的自然行為。研究者旨在通過分析雄性和雌性的運(yùn)動(dòng)軌跡來了解求偶行為的內(nèi)在模式，這將對(duì)促進(jìn)Spodoptera frugiperda的生物防治非常重要。

材料與方法

對(duì)于所有實(shí)驗(yàn)，使用Track 3D自動(dòng)追蹤其中的動(dòng)物（如下圖1所示），從晚上19:00到第二天早上07:00進(jìn)行連續(xù)記錄。

本實(shí)驗(yàn)中使用的寄主植物是玉米。實(shí)驗(yàn)中使用了兩種不同生殖狀態(tài)的成蟲：健康的新羽化未交配Spodoptera frugiperda成蟲和健康已交配Spodoptera frugiperda成蟲。在實(shí)驗(yàn)開始前，將成蟲和玉米置于Track 3D裝置的觀察箱（長(zhǎng)160厘米，寬60 × 60厘米）中，通過觀察箱的右側(cè)門放入。所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)四次。

對(duì)未交配成年雌性Spodoptera frugiperda的行為觀察。該實(shí)驗(yàn)分為三組：第一組，將兩只成年個(gè)體（一雌一雄）放置于Track 3D的觀察箱中；成年雌性個(gè)體可以在觀察箱內(nèi)自由移動(dòng)，而成年雄性個(gè)體則被固定在一個(gè)圓形透明盒子內(nèi)。連續(xù)三個(gè)晚上的記錄被認(rèn)為是一個(gè)重復(fù)。在第二組中，將兩只成年個(gè)體（一雌一雄）放置于Track 3D的觀察箱中，一只成年雄性個(gè)體可以在觀察箱內(nèi)自由移動(dòng)，而成年雌性個(gè)體則被固定在一個(gè)圓形透明盒子內(nèi)。連續(xù)三個(gè)晚上的記錄被認(rèn)為是一個(gè)重復(fù)。在第三組中，將兩只成年個(gè)體（一雌一雄）放置于Track3D的觀察箱中。成年雄性和雌性個(gè)體都可以在箱內(nèi)自由移動(dòng)。一個(gè)晚上的記錄被認(rèn)為是一個(gè)重復(fù)。

對(duì)交配后成年雄性和雌性Spodoptera frugiperda的行為觀察。將成年雄性和雌性Spodoptera frugiperda置于Track3D的觀察箱中，對(duì)交配后一天、兩天的成年雄性和雌性Spodoptera frugiperda的行為進(jìn)行觀察，一個(gè)晚上的記錄被認(rèn)為是一個(gè)重復(fù)。

另外，將五對(duì)未交配的雌雄Spodoptera frugiperda置于Track3D的觀察箱內(nèi)同樣對(duì)其行為進(jìn)行觀察。

結(jié)果

3.1. 雄性和雌性成蟲的活動(dòng)軌跡

結(jié)果表明，成年雄性和雌性蛾子的活動(dòng)軌跡主要由鋸齒形模式、圓形運(yùn)動(dòng)、拋物線軌跡和線性路徑組成（圖2）。

3.2. 單只成年雌性和雄性自由活動(dòng)行為模式

在第一天，雄性和雌性的活動(dòng)在單一模式下都相對(duì)不頻繁。然而，在第二天活動(dòng)頻率和模式都有所增加。兩性都表現(xiàn)出拍打翅膀的行為，快速的翅膀振動(dòng)可能有助于釋放揮發(fā)物或產(chǎn)生聽覺線索，這可能被用來吸引環(huán)境中的異性，是雄性求偶的重要視覺組成部分。雄性和雌性成年個(gè)體之間行為活動(dòng)顯著的差異在第二天觀察到的，雌性成年個(gè)體主要發(fā)生碰撞行為，而雄性則專注于飛行。

第一天成年雌性Spodoptera frugiperda僅表現(xiàn)出三種活動(dòng)模式，記錄到九次活動(dòng)。這些活動(dòng)的總持續(xù)時(shí)間為30秒（圖3）。第二天，成年雌性Spodoptera frugiperda表現(xiàn)出六種不同的活動(dòng)模式，總活動(dòng)頻率為38次。行為包括與觀察箱玻璃碰撞17次和飛行15次。拍打翅膀和移動(dòng)都發(fā)生了兩次（圖3）。第三天，成年雌性Spodoptera frugiperda更加活躍，共記錄到41次活動(dòng)。主要的行為是飛行和拍打翅膀，分別發(fā)生了15次和13次（圖3）。

成年雄性在第一天表現(xiàn)出相對(duì)較少的活動(dòng)，有12次移動(dòng)，總時(shí)長(zhǎng)為0.23小時(shí)（圖4）。在第二天，成年雄性Spodoptera frugiperda共表現(xiàn)出42次活動(dòng)，總活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)為0.32小時(shí)，行為特征主要為飛行和爬行（圖4）。第三天，成年Spodoptera frugiperda的活動(dòng)非常頻繁，共記錄到47次活動(dòng)。行為特征主要為飛行、爬行和移動(dòng)（圖4）。

3.3. 一對(duì)成年雄性和雌性在求偶期間的行為模式

在觀察箱內(nèi)自由活動(dòng)的一對(duì)成年雄性和雌性在三個(gè)不同的生殖狀態(tài)（未交配、交配后一天和交配后兩天）的總活動(dòng)頻率上表現(xiàn)出差異。在未交配時(shí)，成年雌性共有50次活動(dòng)（43.48%），成年雄性共有65次活動(dòng)（56.52%），兩者之間存在顯著差異。交配后一天，成年雌性共有102次活動(dòng)（45.95%），成年雄性共有120次活動(dòng)（54.05%），同樣存在顯著差異。交配后兩天，成年雌性共有6次活動(dòng)（46.15%），成年雄性共有7次活動(dòng)（53.85%），兩者之間沒有顯著差異（圖5）。

一旦Spodoptera frugiperda進(jìn)入成蟲階段，所有生命活動(dòng)都圍繞繁殖后代進(jìn)行，并且雌性和雄性成蟲可能會(huì)多次交配。在本研究中，所有三個(gè)生殖狀態(tài)下都觀察到了交配行為。在最初的求偶過程中，雄性會(huì)用身體接觸雌性。雌性最直接的拒絕方式是迅速飛走，整個(gè)過程非常快，僅持續(xù)8秒。第二次求偶事件相對(duì)較長(zhǎng)，總時(shí)長(zhǎng)為13分45秒，其中包括4分3秒的活動(dòng)時(shí)間和17次活動(dòng)發(fā)生。在求偶期間，雄性和雌性之間的接觸可能會(huì)重復(fù)多次。雄性接觸雌性后，她可能會(huì)向后移動(dòng)，有時(shí)會(huì)振動(dòng)翅膀。第三次求偶事件總共持續(xù)13分20秒，活動(dòng)持續(xù)時(shí)間為6分9秒，發(fā)生5次活動(dòng)，休息持續(xù)時(shí)間為6分49秒，發(fā)生4次休息。

3.4. 成年雄性和雌性的活動(dòng)節(jié)律

本研究結(jié)果也表明，Spodoptera frugiperda成蟲的活動(dòng)高峰時(shí)間主要集中在晚上11:00、凌晨3:00和凌晨5:00。這表明在正確的時(shí)間做出正確的決定對(duì)于生存至關(guān)重要，尤其是在復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的環(huán)境中尋找食物、配偶或繁殖地，或逃避捕食者時(shí)（圖6）。

總結(jié)

研究結(jié)果表明，成年Spodoptera frugiperda飛行和拍翅是最常見的活動(dòng)，觀察到的飛行模式包括拋物線、圓形和鋸齒形軌跡。成年Spodoptera frugiperda的活動(dòng)高峰期主要集中在晚上11:00、凌晨3:00和凌晨5:00，這些研究結(jié)果為后期精確誘捕和控制Spodoptera frugiperda提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

傳統(tǒng)的昆蟲行為學(xué)研究主要依賴于直接觀察和手動(dòng)記錄，這容易受到人為干擾，并且昆蟲在記錄過程中并不處于最自然的狀態(tài)。通過技術(shù)的進(jìn)步能夠更高效、便捷地處理和分析動(dòng)物行為，極大地推動(dòng)了昆蟲行為學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。諾達(dá)思的Track3D使用視頻捕獲來記錄昆蟲的行為，相對(duì)于其他設(shè)備的優(yōu)勢(shì)在于能夠準(zhǔn)確地跟蹤和定位昆蟲的空間位置，并自動(dòng)合成3D空間軌跡。

參考文獻(xiàn)

Liu, Jie, et al. “Courtship behavior of adult Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) observed using track 3D trajectory tracking." Insects 15.10 (2024): 824.

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