农业害虫自动识别与监测技术

随着计算机和互联网技术的发展,信息技术已被广泛地应用于植物保护领域,推动农业害虫的监测走向信息化、智能化和精准化。我们综述了农业害虫自动识别与监测技术的最新研究进展,分析了各种技术的特点与优势。这些技术均需要特定的设备获取农业害虫及其生境的信息,提取昆虫信息特征,并利用这些特征进行昆虫种类的识别与计数,达到害虫监测的目的。图像识别技术适合于自动识别与监测栖息于作物表面的害虫,昆虫雷达(厘达或激光雷达)技术特别适合于自动识别与监测高空中飞行的害虫,而声音识别技术在自动识别与监测隐蔽害虫方面具有优势。最近发展起来的基于深度学习的害虫识别方法避免了传统的手工设计特征方法,提高了害虫识别的鲁棒性,展示了一旦建立完整的昆虫信息库就可以实现害虫自动识别与监测的可能;这给昆虫学家提出了一个艰巨的任务,即鉴定和正确标识机器学习所需的大量的昆虫信息。     

鳞翅目昆虫性别决定机制研究进展

昆虫性别决定机制复杂多样, 研究昆虫性别决定机制既能加强对物种进化关系的理解, 也能为通过遗传调控控制害虫种群提供新方向。鳞翅目昆虫多为雌雄二型, 繁殖方式以两性生殖为主, 性染色体系统大多为ZW/ZZ系统, 雌性为ZW型, 雄性为ZZ型。昆虫性别决定是通过级联反应调控的, 在鳞翅目昆虫ZW/ZZ系统中, 位于W染色体上的性别决定初始信号沉默雄性化关键基因Masculinizer (Masc), 然后Doublesex(dsx)基因被雌性特异性剪接, 从而调控雌性偏向基因的表达; 而雄虫中Masc正常表达, 调控dsx进行雄性特异剪接, 实现雄性分化。本文对鳞翅目昆虫性别决定初始信号、Masc和dsx的研究现状, 以及基于基因编辑技术和性别决定机制在鳞翅目昆虫遗传调控中的应用进行了综述。相关研究为鳞翅目昆虫的性别筛选、不育昆虫释放技术(sterile insect technique, SIT)和释放携带雌性特异显性致死基因昆虫技术(female-specific release of insects carrying dominant lethal, fsRIDL)奠定理论基础。     

Willingness to pay for area-wide management and sterile insect technique to control fruit flies in Australia

Abstract

Fruit flies are a biosecurity threat to international trade of horticultural produce around the world. Area-wide management (AWM) of fruit flies offers a promising solution to coordinate farmers’ activities to fight against the spread of this pest. The incorporation of the sterile insect technique (SIT) may increase the effectiveness of AWM and lead to greater suppression and possible eradication of the fruit fly pest. This article presents findings from a choice experiment survey to ascertain the willingness to pay (WTP) for the benefits of a suite of AWM features and SIT. These features include the benefits from (1) coordinated fruit fly monitoring, (2) coordinated on-farm male annihilation of fruit flies, (3) management of fruit fly in residential areas, and (4) coordinated release of sterile flies. This is the first study of its kind to assess the WTP for AWM and SIT in a developed country. Results suggest that growers are willing to pay for SIT and coordinated fruit fly management in residential areas but are not willing to pay for other coordinated services that they are already practicing on their farms.     

昆虫紫外视觉研究进展

昆虫在长期进化过程中形成的颜色视觉能力，是其直接获取外界信息的最主要途径之一。其中，紫外视觉在昆虫颜色视觉系统中普遍存在，通过紫外光感受器可以感知并辨别周围环境中光源或物体反射的特定波长紫外光，提高颜色辨别能力。自19世纪80年代证实昆虫具有紫外敏感性以来，陆续发现蜜蜂、蝴蝶、果蝇和蛾类等许多昆虫具有良好的紫外视觉能力，利用颜色、对比度和偏振光等紫外光特性调控昆虫的定向导航、觅食、种内通讯和昼夜节律等行为活动，对于其生存、繁殖和生态适应具有重要意义。此外，紫外敏感视蛋白是昆虫紫外视觉形成过程中的一类重要分子，不仅可以独立介导趋光性等特定波长行为，还可纳入整个颜色视觉系统，与其他视蛋白协同调控昆虫的颜色视觉，从而将紫外光当作一种基本颜色进行辨别。该文系统综述了昆虫紫外视觉的发现、特性、功能和感知机制，鉴于当前国内在相关领域研究的薄弱和局限性，建议今后可在解析植物-害虫-天敌生态系统中的紫外光特性、探究紫外光-B紫外视觉的生态学意义、揭示紫外敏感视蛋白基因的分子进化机制以及阐明昆虫避免或修复紫外光所致视网膜损伤相关适应机制方面进行深入研究。     

Female preference did not evolve under laboratory conditions in the solanaceous fruit fly Bactrocera latifrons

Sterile insect technique (SIT) is widely used to eradicate target pest species. Its effectiveness depends on the ability of released sterile males to mate with wild females. In pest species with a female choice mating system, there is potential for female preference to evolve in the wild population in view of the resulting zero-fitness in females that mate with sterile males. The evolution of female preference against sterile males can, therefore, reduce the efficiency of the SIT as the likelihood decreases that sterile males will mate with wild females. We examined this experimentally by using the solanaceous fruit fly Bactrocera latifrons, a serious pest of solanaceous crops, by allowing female preference in mass-reared fruit flies to select between fertile and sterile males over 12 generations. However, this did not generate a rapid evolutionary response. Also the remating rate of females did not increase, even when the first mating partner was a sterile male. We discuss the implication of the results for the eradication project by the SIT program.     

昆虫性别决定机制研究进展及展望

昆虫在进化过程中发展出多种决定性别的调控机制。不仅不同昆虫通过不同的基因和调控机制决定性别分化，甚至在同种昆虫不同品系之间性别决定机制也不尽相同。了解昆虫性别决定分子调控机制，不仅有利于揭示昆虫性别的产生与进化，而且为昆虫的遗传操作提供理论和实践基础。本文综述了不同昆虫中的性别决定原始信号及其调控机制，介绍了昆虫性别决定底层基因doublesex和性别决定关键基因transformer、transformer-2的研究概况，以期为靶标昆虫性别决定的害虫不育防治技术提供理论支持。     

昆虫视觉在寄主寻找及定位过程中的作用

昆虫与寄主植物相互作用的研究一直是生态学研究的重要问题,在过去的几十年中一直以化学生态学为主导,昆虫视觉在寄主寻找与定位过程中的功能研究很少。随着试验技术与观测手段的不断提高,尤其是昆虫视网膜电位测定技术的发展,为昆虫视觉功能研究提供了新手段和新技术。本文阐述了昆虫视觉的概念与内涵,分析了昆虫视觉的研究现状及目前对昆虫视觉功能的认识误区,总结了昆虫视觉在寄主植物寻找过程中的作用:包括昆虫视觉的光谱学响应,对寄主植物形态刺激、寄主分布及农业景观的反应,并介绍了视网膜电位技术在昆虫视觉功能研究中的应用。本文认为将来的昆虫与植物关系的研究应综合考虑视觉和嗅觉的作用,昆虫视觉功能的研究应与化学信息通讯研究同样受到重视。昆虫视觉在寄主寻找、定位过程中的作用和功能将会成为昆虫-植物关系研究中一个非常具有前景的领域。     

微光环境下草地贪夜蛾的颜色视觉行为反应

夜出型昆虫与日出型昆虫一样, 具有强大的颜色视觉能力。为明确微光环境下草地贪夜蛾的颜色视觉行为反应, 本研究利用颜色卡纸测试了草地贪夜蛾对紫色、蓝色、绿色、黄色和红色等5种颜色的趋向、取食和产卵选择的偏好性。结果表明, 趋向测试中, 草地贪夜蛾雌雄成虫对蓝色(21.43%和18.57%)和紫色(17.13%和15.70%)表现出明显的趋性, 显著高于绿色、黄色和红色; 取食测试中, 其成虫对不同颜色的选择率无明显差异; 产卵选择则明显偏好黄色(40.27%)和绿色(40.17%)。本研究在理论上丰富了昆虫微光视觉生态学理论, 也为深入研究草地贪夜蛾颜色视觉行为机理提供了基础, 应用上为利用颜色视觉研发草地贪夜蛾物理防控措施提供了科学依据。     

Insect pollinators of the invasive plant, Rosa multiflora (Rosaceae), in Iowa, USA

Invasive species often require mutualistic relationships to successfully invade new environments. Insect pollination is an example of a mutualism that is required for seed-set in the invasive species, Rosa multiflora Thunb. (Rosaceae), an obligate outcrosser. To determine the insect pollinators visiting R. multiflora flowers in Iowa, USA, we collected insects on yellow sticky traps placed on plants during the period of blooming and visually observed insects visiting the flowers. The common insect orders that were collected on the sticky traps included Coleoptera, Diptera, Hemiptera, Hymenoptera, Mecoptera, and Thysanoptera. Many of the insects found on the sticky cards were known to feed on pollen. However, we did not collect Apidae (bumble bees and honey bees) on the sticky cards. We observed Bombus spp. and Apis mellifera foraging on the flowers. Syrphid flies were the most commonly observed taxa visiting the flowers. Our results indicate that R. multiflora is utilizing common generalist insect pollinators in Iowa and that pollination is not a limiting factor for this invasive species.     

基于深度学习的实蝇图像智能识别方法的建立

实蝇科昆虫很多种类是世界性的重要检疫性有害生物。实蝇的快速准确识别对于保护国门生物安全、促进我国农产品出口具有重要意义。本研究建立了一种基于深度学习的实蝇图像智能识别方法,针对实蝇科昆虫的翅图像特征,以桔小实蝇、南瓜实蝇、瓜实蝇、具条实蝇4种实蝇（每种250头共1 000头）为例,通过标本制作与图像采集、图像预处理、创建数据集训练物体检测模型等模块不断调整优化实现对实蝇图像的自动识别。结果表明在图像色阶参数90/1/220,通过百度Easy DL平台Paddle Paddle深度学习框架结合Auto Model Search训练图像分类模型,选择超高精度算法、高级训练配置epoch并使用数据增强策略进行模型训练时识别准确率达95%以上。本方法具有操作简单、准确率高、可扩展性强等特性,通过智能手机拍摄待测样本输入系统即可进行准确识别,可应用于果蔬园实蝇监测、出入境口岸实蝇检疫以及昆虫科普教育等场景,并可为其他昆虫自动识别研究提供有益借鉴。     

昆虫信息素研究进展

信息素是昆虫信息交流和信号传递的“化学语言”,能调节和控制昆虫的行为和生理变化。从本质上来讲,昆虫信息素就是有机化合物,不同昆虫的信息素在结构和成分配比等方面存在差异。昆虫信息素种类众多,根据作用机制可分为释放信息素和启动信息素;根据发挥的功能可分为性信息素、聚集信息素、报警信息素和标记信息素等。它们通过接收者的化学感受系统被识别和接收,过程十分复杂。目前,昆虫信息素在害虫防治、生物监控和保护以及促进昆虫授粉等多个领域被广泛应用。为后续进一步研究和利用昆虫信息素,该文从昆虫信息素结构差异和演化过程、分类和功能、传播和感知方式以及在生产实践中的应用等方面进行总结和综述,并对昆虫信息素的研究进行展望。     

Post-harvest entomology research in the United States Department of Agriculture-Agricultural Research Service

This is a review of current post-harvest entomology research conducted by the Agricultural Research Service, the research branch of the US Department of Agriculture. The review covers both durable and perishable commodities. Research on biochemistry, genetics, physiology, monitoring and control of insects infesting stored grain, dried fruits and nuts, and processed commodities is reviewed. Research on development of quarantine treatments, particularly for fruit flies, is also reviewed, including research on thermal and irradiation treatments and a discussion of risk management for quarantine pests. Two areas of research are covered more extensively: a project to map the genome of the red flour beetle, Tribolium castaneum, and the use of near-infrared spectroscopy for detection of hidden infestations in grain, quantification of insect fragments in food, determination of quality in dried fruits, identification of insect species and age-grading insects. Future research directions are identified.     

虫害水平与植物影像色调的相关性研究

植物发生病虫害时,叶绿素水平会出现不同程度的下降,这种下降通常表现为近红外波段的反射率下降,在近红外遥感图像上可以探测到这种变化。通过一元回归分析证实了虫害水平与植物近红外影像色调具有显著相关性,研究了反射率测定及相关分析中采样位置与植物病虫害水平信息的关系,并对区分虫害类型是否有助于提高相关性等进行了比较研究。最后通过给出描述虫害水平与植物近红外影像色调关系的定量表达式和开发出相应的采样分析软件,使遥感技术大面积、快速监测城市绿化植物虫情成为可能。     

山东烟台地区苹果园和桃园主要害虫及天敌昆虫发生动态

山东烟台地区是我国苹果和桃的重要产区.本研究利用性诱剂诱捕器和黄色粘虫板调查烟台地区果园中主要害虫和其他常见害虫及天敌昆虫的发生动态.结果 表明:山东烟台地区苹果园和桃园中主要害虫—梨小食心虫、桃小食心虫、小绿叶蝉在两个果园中的年发生总量存在一定差异,苹果园桃小食心虫年诱捕量为545.8头/诱捕器,显著高于桃园年诱捕量...     

农林病虫自动测控物联网系统(ATCSP)对吉林省4种主要鳞翅目害虫的监测效果

为评估农林病虫自动测控物联网系统(ATCSP)对玉米螟、草地螟、小地老虎、黏虫4种主要鳞翅目害虫的监测效果,2019年5月21日—10月10日在吉林省公主岭市陶家屯开展了该系统对上述4种害虫的监测试验,对比远程监测识别害虫与实地调查确认害虫的种类、数量与发生动态。结果表明该系统可以自动拍摄上传害虫照片,两种方式得到的4种害虫监测数据基本一致,成虫动态曲线基本一致,峰期及峰日一致。可以利用ATCSP系统远程监测上述4种鳞翅目害虫的发生数量和发生动态,具有减少虫情监测人员的下地次数、提高监测预警自动化水平等作用,在完善自动识图和计数后,具有较好的推广应用前景。     

草地贪夜蛾性诱监测诱捕昆虫种类及雄蛾特征鉴别

草地贪夜蛾种群监测预报是指导防治的基础工作.在使用性信息素进行成虫种群监测过程中发现了劳氏黏虫、莴苣冬夜蛾和斜纹夜蛾3种非靶标鳞翅目昆虫.对诱捕到的3种非靶标鳞翅目昆虫的比例统计发现,劳氏黏虫最为常见,其次为莴苣冬夜蛾,二者占非靶标鳞翅目昆虫的98％以上,斜纹夜蛾数量较少.非靶标昆虫的比例与调查时期有关,5月至10月诱...     

油茶害虫植物源引诱剂筛选及其诱集的昆虫种群动态

通过16种植物提取物对油茶林昆虫进行诱捕,筛选出2种对油茶害虫引诱效果较好的植物提取物,并在油茶林进行引诱效果及诱集昆虫种群动态的研究。结果表明,2016年4月-8月的引诱试验中,共诱集到昆虫7 455头。其中油茶叶片水提粗提物诱集到昆虫数量最多,达4 368头,诱虫谱较广,诱集到23种昆虫,可以诱集为害油茶林的害虫主要有假眼小绿叶蝉、琼凹大叶蝉、大青叶蝉、白痣广翅蜡蝉、茶角胸叶甲等;其次为油茶乙醇粗提物,诱集到2 078头昆虫,且对八点广翅蜡蝉、小蠹类害虫的诱捕效果最佳。植物提取物作为引诱剂,可为油茶林害虫的发生期、发生量的监测预报提供直接的、客观的依据。     

A novel method for rearing the progeny of wild mediterranean fruit flies using artificial fruit

A technique for rearing the progeny of wildCeratitis capitata flies was developed. The method is based on wild captured flies which are allowed to oviposit in artificial fruit containing larval rearing medium. Flies develop in the fruit from eggs to last larval instar, then exit the fruit and pupate within vermiculite. This method was shown to be feasible and efficient, and to increase considerably the number of wild flies for testing purposes. Possible contribution to the Sterile Insect Technique (SIT) and potential applications of the method are discussed.     

杀虫剂亚致死剂量对昆虫性信息素通讯系统影响的研究进展

杀虫剂亚致死剂量对昆虫生理和行为的影响日益受到人们的关注.亚致死剂量杀虫剂影响雄虫嗅觉感受能力,使其不能准确识别性信息素信号,导致对信号的错误整合;对雌虫则影响性信息素各组分的滴度、比例及求偶和交配行为.短期作用可降低两性间的交配率及下一代种群发生量,长期作用则可能使性信息素通讯系统发生漂移.作者综述了菊酯和有机磷两类杀虫剂在这方面的研究进展,并对一些值得深入研究的问题进行了讨论.     

实蝇引诱物的研究概况

一类可以吸引实蝇成虫前去产卵繁殖,或是作某种生存活动的物质,都可以成为实蝇成虫的引诱物。本文就国内外目前研发的实蝇引诱物概况作简要的概述,所述研究内容主要包括植物性实蝇引诱物,人工混合配制的实蝇引诱物,应用光波技术对实蝇进行诱杀,性激素人工合成材料对实蝇诱杀等三大类型,有些研究成果已得到应用。