使用三維運動軌跡跟蹤系統(tǒng)研究害蟲行為軌跡以促進生物防治
Spodoptera frugiperda，又稱草地貪夜蛾，被聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）列為一種主要的農(nóng)業(yè)害蟲。2019年入侵中國后，Spodoptera frugiperda主要集中危害玉米，對作物安全生產(chǎn)構成嚴重威脅和挑戰(zhàn)。在本研究中，使用諾達思的三維運動軌跡跟蹤系統(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動軌跡來了解求偶行為的內在模式，這將對促進Spodoptera frugiperda的生物防治非常重要。
材料與方法
對于所有實驗，使用Track 3D自動追蹤其中的動物（如下圖1所示），從晚上19:00到第二天早上07:00進行連續(xù)記錄。
本實驗中使用的寄主植物是玉米。實驗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。在實驗開始前，將成蟲和玉米置于Track 3D裝置的觀察箱（長160厘米，寬60 × 60厘米）中，通過觀察箱的右側門放入。所有實驗重復四次。
對未交配成年雌性Spodoptera frugiperda的行為觀察。該實驗分為三組：第一組，將兩只成年個體（一雌一雄）放置于Track 3D的觀察箱中；成年雌性個體可以在觀察箱內自由移動，而成年雄性個體則被固定在一個圓形透明盒子內。連續(xù)三個晚上的記錄被認為是一個重復。在第二組中，將兩只成年個體（一雌一雄）放置于Track 3D的觀察箱中，一只成年雄性個體可以在觀察箱內自由移動，而成年雌性個體則被固定在一個圓形透明盒子內。連續(xù)三個晚上的記錄被認為是一個重復。在第三組中，將兩只成年個體（一雌一雄）放置于Track3D的觀察箱中。成年雄性和雌性個體都可以在箱內自由移動。一個晚上的記錄被認為是一個重復。
對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，對交配后一天、兩天的成年雄性和雌性Spodoptera frugiperda的行為進行觀察，一個晚上的記錄被認為是一個重復。
另外，將五對未交配的雌雄Spodoptera frugiperda置于Track3D的觀察箱內同樣對其行為進行觀察。
結果
3.1. 雄性和雌性成蟲的活動軌跡
結果表明，成年雄性和雌性蛾子的活動軌跡主要由鋸齒形模式、圓形運動、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行為模式
在第一天，雄性和雌性的活動在單一模式下都相對不頻繁。然而，在第二天活動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。雄性和雌性成年個體之間行為活動最顯著的差異在第二天觀察到的，雌性成年個體主要發(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)出三種活動模式，記錄到九次活動。這些活動的總持續(xù)時間為30秒（圖3）。第二天，成年雌性Spodoptera frugiperda表現(xiàn)出六種不同的活動模式，總活動頻率為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。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)出相對較少的活動，有12次移動，總時長為0.23小時（圖4）。在第二天，成年雄性Spodoptera frugiperda共表現(xiàn)出42次活動，總活動時長為0.32小時，行為特征主要為飛行和爬行（圖4）。第三天，成年Spodoptera frugiperda的活動非常頻繁，共記錄到47次活動。行為特征主要為飛行、爬行和移動（圖4）。
3.3. 一對成年雄性和雌性在求偶期間的行為模式
在觀察箱內自由活動的一對成年雄性和雌性在三個不同的生殖狀態(tài)（未交配、交配后一天和交配后兩天）的總活動頻率上表現(xiàn)出差異。在未交配時，成年雌性共有50次活動（43.48%），成年雄性共有65次活動（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（45.95%），成年雄性共有120次活動（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（46.15%），成年雄性共有7次活動（53.85%），兩者之間沒有顯著差異（圖5）。
圖5 處于不同生殖階段的雌雄Spodoptera frugiperda成蟲的總活動時間
一旦Spodoptera frugiperda進入成蟲階段，所有生命活動都圍繞繁殖后代進行，并且雌性和雄性成蟲可能會多次交配。在本研究中，所有三個生殖狀態(tài)下都觀察到了交配行為。在最初的求偶過程中，雄性會用身體接觸雌性。雌性最直接的拒絕方式是迅速飛走，整個過程非�？欤瑑H持續(xù)8秒。第二次求偶事件相對較長，總時長為13分45秒，其中包括4分3秒的活動時間和17次活動發(fā)生。在求偶期間，雄性和雌性之間的接觸可能會重復多次。雄性接觸雌性后，她可能會向后移動，有時會振動翅膀。第三次求偶事件總共持續(xù)13分20秒，活動持續(xù)時間為6分9秒，發(fā)生5次活動，休息持續(xù)時間為6分49秒，發(fā)生4次休息。
3.4. 成年雄性和雌性的活動節(jié)律
本研究結果也表明，Spodoptera frugiperda成蟲的活動高峰時間主要集中在晚上11:00、凌晨3:00和凌晨5:00。這表明在正確的時間做出正確的決定對于生存至關重要，尤其是在復雜和動態(tài)的環(huán)境中尋找食物、配偶或繁殖地，或逃避捕食者時（圖6）。
圖6 成年Spodoptera frugiperda活動頻率的夜間變化
研究結果表明，成年Spodoptera frugiperda飛行和拍翅是最常見的活動，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，這些研究結果為后期精確誘捕和控制Spodoptera frugiperda提供了基礎數(shù)據(jù)支持。
傳統(tǒng)的昆蟲行為學研究主要依賴于直接觀察和手動記錄，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)。通過技術的進步能夠更高效、便捷地處理和分析動物行為，極大地推動了昆蟲行為學領域的發(fā)展。諾達思的Track3D使用視頻捕獲來記錄昆蟲的行為，相對于其他設備的優(yōu)勢在于能夠準確地跟蹤和定位昆蟲的空間位置，并自動合成3D空間軌跡。
參考文獻
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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