环境因子对蛾类幼虫体色分化调控规律的定量研究

申请者在研究天蛾和夜蛾生活史过程中，发现同一个体不同时期或不同个体同一时期幼虫都可出现复杂的体色多变现象。目前文献普遍报道，温度、湿度、光照、食料、密度等因子变化是昆虫体色变化的主要外因，并且有许多变化是可逆的，因此认为体色变化可能是昆虫对不良环境的一种适应策略。然而，有两个科学问题仍没有足够明确，一是定量问题，如环境因子对昆虫体色变化影响到底有多少等量关系？二是生物学意义问题，如体色变化结果对个体或种群的生存和繁衍有何或有多少实际意义？针对上述问题，项目以甘薯天蛾和甜菜夜蛾为例,采用现代颜色计量技术对蛾类幼虫体色进行客观定量描述，通过采集、饲养、模拟及数理统计等方法，研究主要环境因子对蛾类幼虫体色变化的影响规律,找出评价体色量变过程的客观指标，揭示环境调控体色变化的过程和体色变化在昆虫种群生存与繁衍过程中的生态适应性意义，期望发展一种借用昆虫体色特征评价环境异质性和预测种群趋势的新方法。

体色是昆虫生态学和分类学研究中广泛使用的一项重要特征，也是昆虫种类鉴定和相关生物学习性研究的疑难科学问题。本项目较为系统地研究了昆虫体色的定量化分析方法，采用现代颜色计量技术和环境控制技术对实验昆虫体色进行定量描述，研究了温度、光照、食料和密度因子变化对昆虫体色变化影响的定量关系及其互作效应，揭示了环境因子定量调控昆虫体色分化的若干基本规律。主要成果如下:(1) 发展了一套描述和计算昆虫体色量化值的数理模型：以国际标准颜色计量技术-PFG ( Pantone Formula Guide)作为昆虫体色的描述标准，编制了甘薯天蛾和甜菜夜蛾幼虫体色分化的标准化位置图及标准化描述术语，建立了一套描述和计算昆虫体色量化值的数理模型，为定量研究昆虫体色变化规律提供了新的测量手段。(2) 构建了一套基于计算机视觉技术测量和评价蛾类幼虫体色数值化变化规律的方法体系：对从不同地区昆虫样本进行现场记录、拍照、并收集相应地区的气候、寄主等资料，通过整理分析各地同种昆虫幼虫体色分化的表现型，将体色的定性标准转化为数值型标准，建立了昆虫幼虫体色的计算机视觉技术测量与分析方法体系。(3) 探明了部分环境因子对两种蛾类幼虫体色变化的定量化影响规律：应用可控温、光、湿设备，初步探明了虫龄、温度、湿度､光照、食料和密度因子变化对甜菜夜蛾和斜纹夜蛾幼虫体色变化影响的定量效果, 首次定量化揭示了几种重要环境因子定量调控昆虫体色变化的规律，为预测或控制昆虫体色变化结果提供了新的理论依据｡(4) 初步分析了影响不同地理种群蛾类幼虫体色变化的主要因子和次要因子：经过对采自全国22省份不同地区的6种农田蛾类幼虫体色照片的三原色值（R、G、B）的变化特点分析，结果表明：海拔、日照时数和纬度以负相关为主；而降水、温度、经度和体长则以正相关性影响为主；另外食物的三原色值与取食昆虫体色的三原色值也有显著的线性相关性。研究成果的主要科学意义在于:(1) 发展了一种能客观计量复杂多变的昆虫体色变化过程或动态的方法,克服了传统用简单主观标准计量复杂多变的虫体色泽时存在的诸多缺陷，为定量分析环境因子对昆虫体色变化的影响规律提供了必要条件｡ (2) 较为系统地定量分析了温度､湿度、光照、食料和密度因子对昆虫幼虫体色变化的影响,并获得了具有明显规律的理想效果，为进一步揭示环境因子定量调控昆虫体色分化的一般规律提供了新的研究方向。