视觉信号在昆虫检测植物寄主中的作用

植物为数十万种昆虫提供各种资源,如食物、交配、产卵和躲避天敌的场所。目前对昆虫检测植物寄主的研究主要关注昆虫嗅觉系统和植物寄主挥发物之间的相互作用,对昆虫视觉系统发挥的作用关注较少。近年来,对昆虫视觉器官、光行为反应及分子生物学的研究表明,昆虫具有优异的视觉能力,能够辨别植物寄主的颜色、大小和轮廓,应该将视觉纳入昆虫检测植物寄主的研究中。昆虫能够利用视觉信号准确检测寄主,远距离时,主要依靠植物寄主轮廓检测寄主,近距离时,寄主的大小、颜色和形状发挥重要作用。利用昆虫视觉识别寄主的专一性研制诱捕装置,可为害虫的监测和防治提供一定的理论基础。     

夜行性昆虫微光视觉行为及其视觉适应机制

作为昆虫种群的重要组成部分,夜行性昆虫成功进化出了与其生存环境相适应的感觉机制,普遍认为夜行性昆虫主要依靠嗅觉和机械性感受等来探索环境,其视觉器官发生了退化或功能丧失。近年来,随着红外夜视、视网膜电位(electroretinogram, ERG)和视觉神经等生物新技术的应用,昆虫视觉生态学研究出现了突破性进展,自2002年以来陆续发现蛾类、蜜蜂和蜣螂等夜行性昆虫进化出了非凡的微光视觉(dim-light vision)能力,在夜晚(光照强度低于0.3 lx)依然可以如同在明亮的白天一样清晰、准确地感知目标物体特定的视觉特性,如明暗、颜色、形状、大小、对比度、偏振光和运动状态等,展现出视觉调控夜行性昆虫行为活动的巨大潜力。此外,这些夜行性昆虫复眼瞳孔、小眼焦距、视杆和色素颗粒等方面进化出了一些相应的形态生理特征,以提高光学灵敏度适应夜间微光环境。鉴于夜行性昆虫微光视觉行为及其视觉适应机制的研究尚处于起步阶段,仅见于少数访花昆虫或粪食性昆虫,建议加强以下几个方面的研究：(1)重大夜行性农业害虫的微光视觉及其应用的研究;(2)非典型重叠复眼的光学结构特征及其应对微光环境的适应机制研究;(3)夜行性昆虫响应微光环境的视觉适应机制研究;(4)基于夜行性昆虫微光视觉行为研发新型害虫防控技术。     

“蝗虫”一节课的教学探索

蝗虫是学习昆虫知识的典型材料,是昆虫纲教学的重点内容之一.在这一小节的教学中,我采用读书指导法、实验法和谈话法相结合进行教学.教学过程具体如下: (一)布置学生预习“蝗虫”一节的教材和解剖蝗虫的实验指导     

植食性昆虫选择寄主植物的奥秘

在自然的情况下,每一种植食性昆虫都各有其一定的寄生范围,单食性昆虫只取食某种植物,而多食性昆虫则选取固定的几十种到几百种植物。从识别的过程来说,昆虫不象高等动物那样,对食物的认识靠传教、靠经历、甚至靠思维;对昆虫视觉生理研究也表明：植食性昆虫的视觉在...     

植食性昆虫与其植物性食物间的相互关系

昆虫是地球上种类和数量最多的动物群体之一 ,而大多数昆虫又是以植物为食的。因此研究昆虫和植物间的相互关系 ,对于植物繁衍后代 ,对于消灭有害昆虫、保护有益昆虫意义重大。1　昆虫摄食植物的一般机理首先 ,昆虫依靠视觉或嗅觉对植物产生行为的定向和趋性。例如蝗虫对垂直线条 ,苹果实蝇对绿色、黄色和橙色球形物有趋性 ,它们依靠嗅觉和触觉对植物的理化刺激作出反应 ;之后 ,依靠味觉作用决定对某种植物大量摄食还是放弃取食。昆虫对植物是否取食 ,是植物中的化学成分与昆虫食性间既互相依存、又处于主动与被动的关系。2　植物与植食性昆…     

视觉皮层下通路与拓扑知觉

研究表明，视觉通路除了经典的视觉皮层通路外，还有一条“古老的”、快速的皮层下通路负责在有意识和无意识状态下快速处理与情绪相关的信息。皮层下视觉通路由上丘、枕核和杏仁核组成，而且不经过初级视觉皮层。我们前期研究表明，初级视觉皮层与拓扑知觉信息加工没有关系，而皮层下视觉通路负责处理视觉拓扑信息。基于这些发现，我们认为，在早期视觉中，大脑检测涉及生命攸关的信号，这些信号告诉大脑：环境中有物体出现或消失，使大脑进入警戒状态，这对物种的生存至关重要。因此，在早期视觉中，需要检测的要素只是物体的“出现”和“消失”，而不是“纹理”、“形状”等。“出现”和“消失”都是拓扑特征的变化。拓扑感知和皮层下视觉通路的存在可能是早期预警的神经基础。在灵长类动物中，视网膜外周区域主要由视杆细胞构成，该区域接收的视觉信息主要通过皮层下视觉通路进行处理；视网膜中心区域（即中央凹）主要由视锥细胞构成，视觉空间分辨率变得非常高，该区域视觉信息处理主要是由视觉皮层负责。研究表明，由视杆细胞构成的视网膜是个“古老”结构，在1亿多年前就出现了；而视锥细胞构成的视网膜类型较为“年轻”，在5 000万年前才出现。所以，我们的视网膜从“古老”结构演化到“年轻”结构至少用了5 000万年的时间，它是由一个古老结构和一个年轻结构共同组成的“嵌合体”。当我们讨论皮层下通路存在的意义时，我们也应该结合皮层通路的功能来统一考虑。     

昆虫对偏振光的响应及感受机理研究进展

偏振光是不同于普通光源的一种光, 常指光矢量在某一个方向振动的光波, 可分为线性偏振光、 圆偏振光和椭圆偏振光等。目前已经发现自然界的偏振光影响许多昆虫的行为, 如西方蜜蜂Apis mellifera的飞行导航、 蛱蝶Heliconius cydno chioneus的觅偶、 凤蝶Papilio aegeus产卵场所的选择等。金龟子对圆偏振光的反射可以作为一种分类的性状。昆虫复眼背部边缘区域（dorsal rim area, DRA）小眼是感受偏振光的主要器官, 电生理学研究表明前视神经节是蝗虫偏振视觉通路的一部分。在匈牙利, 已经开始利用偏振光研制步甲等昆虫的诱捕器。     

昆虫生殖系统“锁钥假说”的研究及展望

昆虫生殖系统形态的多样性在保持昆虫的多样性，保障种间生殖隔离和种的延续中有着极其重要的作用。维持这一作用的机制就是异种间的差异和同种雌雄之间的吻合。关于雌雄生殖器之间的吻合很早就有人提出了“锁钥假说”，在过去的１００多年里，曾有许许多多的实验来证明“锁钥假说”。本文将对“锁钥假说”的历史和内容进行概括，对蝗虫的生殖系统形态进行分析。最后结合现代锁钥技术的发展，展望昆虫生殖中“锁钥假说”的前景和发展方向。１“锁钥假说”的发展历史及内容１．１“锁钥假说”的发展历史最早提出昆虫生殖系统“锁钥结构”的是…     

当代常用“虫”旁汉字初探

昆虫与人类的衣食住行密切相关,汉字是中国文化最基本的单元。文章从昆虫学的角度对当代“虫”字旁汉字进行了科学归类。结果表明,常用带“虫”字偏旁部首的汉字有262个,其中繁体字57个,简体字205个;简体字中带“虫”字旁的汉字有40%归属于昆虫纲。在昆虫纲的28个目中发现有带“虫”字旁的汉字,其中直翅目、鞘翅目、同翅目和鳞翅目分布较多,描述“蝉”和“蝗虫”的“虫”字旁汉字最多。在某种程度上从侧面反映了昆虫与中国文化的相关性及前人对昆虫学科的认知度。     

地下啮齿动物视觉系统的形态结构与机能进化

感觉系统的适应进化机制一直是动物行为学研究的焦点。生活在特殊环境中的动物,其感觉系统在进化过程中表现出的显著差异更是引人注目。由于适应地下黑暗生活环境,地下啮齿动物感觉系统在各个组织水平都表现出进化和退化镶嵌的形态特征,其视觉系统表现得最为突出：视觉器官退化,有关图象分析结构、由视觉诱导产生行为反应的脑区及视觉投射严重退化,有关感受光周期的“非成像” 视觉通路结构高度发达。本文综述了地下啮齿动物视觉系统的结构、功能、进化与发育等方面的研究进展,旨在阐明地下啮齿动物视觉系统的特点,有助于开展地下啮齿动物视觉系统适应进化机制的研究。     

多感觉整合的研究进展

环境中的不同信息通过不同的感觉模态如视觉、听觉、躯体觉的通路传递到动物的大脑皮层,已有研究表明这些传入的相关信息之间存在跨模态的相互整合,这种多感觉整合效应对于动物的感知、学习和记忆都具有非常重要的作用。本文主要对听觉-视觉、听觉-躯体感觉多感觉整合的研究进展进行综述,分析可能的整合机制并对未来的研究方向进行展望。     

体视感觉“崩溃”的阀值

视差是产生体视感觉的主要因素.但视差过大时这种体视感觉也不能存在.这时随着双眼视差的增大从融合为单一像到成复像,而引起体视“崩溃”.本文对正常人和体视欠缺者用心理物理试验方法结合视觉诱发电位(VEP)分析,测量了人眼体视“崩溃”的视差上限阈值.并在改变刺激图形亮度和面积时加以比较.我们的结果表明正常人体视上限阈值,其视差高于2度,在某些情况下这个“崩溃”阈值达到3度.体视欠缺者的“崩溃”阈值约为1.5度.亮度和面积变小会使体视“崩溃”阈值下降,但在这种情况下体视欠缺者的“崩溃”阈值不会下降.可以认为1.5度是人的最低上限阈值·体视存在时VEP的N峰潜伏期约为220—300ms,P_3峰在280—340ms之间.无体视现象(视差为零和过大)这两个峰的潜伏期明显加大.     

中华蜜蜂成虫视觉系统中神经胶质细胞的类型及功能

神经胶质作为视觉系统的重要成分之一，对视觉系统的发育及功能起着重要的作用。本研究通过形态解剖和组织化学技术，对中华蜜蜂成虫视觉系统中神经胶质的类型进行了比较研究，研究表明：在中华蜜蜂视觉系统中，根据神经胶质的位置和形态主要分为表面神经胶质、皮层神经胶质、神经纤维网神经胶质3种类型；在视神经节层中，有有孔层神经胶质、类视筒神经胶质、末梢卫星神经胶质和近端卫星神经胶质、上皮神经胶质、边缘神经胶质6种不同类型的神经胶质。本研究为昆虫神经胶质的类型和功能研究提供理论依据。     

诠释植食性昆虫是怎样选择食料植物的

昆虫对食料植物的选择,是各种昆虫行为最为明显的表现,和人类的农林生产有密切的关系。在蝗虫、甲虫等昆虫种类中,幼虫和成虫常取食相同的植物,但鳞翅目、双翅目等昆虫的幼虫的食料植物与成虫的不同,常在成虫产卵时决定幼虫取食的植物。昆虫对植物的选择依靠感觉器官的功能,而植物除合有昆虫所需的营养成分外,还合有种类特异性的代谢次生物质,它们对昆虫产生感觉刺激,是昆虫对植物进行选择的主要因素。有些昆虫在选择植物时嗅觉、味觉、触觉起着比较严格的限制作用,称为寡食性或单食性的种类。另一些昆虫虽然感觉作用也很灵敏,但适应的范围较广,能取食多种植物,称为多食性昆虫。以飞蝗、棉铃虫与烟青虫为例,介绍了昆虫的感觉器官和神经系统在选择食料植物时所起的作用。     

认识蝗虫与蝗灾

蝗虫是昆虫纲直翅目中最大的类群,全世界约有1万余种。蝗虫作为昆虫中最具代表性的类群,长期以来都是昆虫形态学、生态学、生理学、行为学的模式。在任何一个国家的昆虫学教科书中,你都会发现蝗虫是最为常见的例举。全世界以蝗虫为研究对象的科研论文每年数以百计。     

昆虫视觉系统平行加工通道研究

许多飞行的昆虫能够借助它们的视觉发现、跟踪、识别、捕获对它们有意义的目标,有些昆虫例如蜜蜂、蝴蝶、蜻蜓等与高等的动物一样,它们也具有空间视觉、运动视觉和颜色视觉,这些视觉信息是如何进行加工的,其加工通道之间的相互关系如何,阐明这些问题对解释视知觉的形成是很重要的.由于昆虫神经系统比人和哺乳动物神经系统简单得多,其神经元的数量亦少得多,因此我们选择了以昆虫的视觉系统为模型系统对此问题进行研究.本文把1986年以来我们对此问题开展行为分析和神经生理学研究所取得的结果以及与此有关的工作综述如下.     

初级视觉皮层“简单”与“复杂”神经元动力学的计算建模

本文回顾了我们在哺乳动物视觉皮层的建模工作.利用初级视觉皮层的大规模神经元网络模型,我们解释了初级视觉皮层里“简单”与“复杂”神经元现象的网络机制.所谓的“简单”细胞对视觉刺激的反应近似线性,而“复杂”细胞对视觉刺激是非线性的.我们的模型成功地再现了简单和复杂细胞分布的实验数据.     

“隐形”的猿

人猿的共同祖先——那种“隐形”的猿究竟是什么模样呢?多少年来,人类学家们通过在世界各地发现的化石材料及对现生猿类的研究,不断探索着,并通过丰富活跃的想象勾画着它的画像。去过动物园的人都会有这样的感觉:黑猩猩和大猩猩长得很像,而与我们人类完全不同。它们全身是毛,我们却光秃秃的;它们腿短臂长,靠四肢行走,并且是握起拳头用指关节触地,我们腿长臂短,两足行走,双手灵活但不承受身体的重量。从解剖学上看,黑猩猩和大猩猩的脑量小,我们的则很大;它们的犬齿很大,我们的却很小;它们臼齿琺琅质很薄,我们的则很厚。     

"蝗虫"和"蜜蜂"两节教学设计

1　教学设计形式师生共同维持网站——“昆虫的世界”。2　教学设计依据现代教学与传统教学相比 ,师生在教学中的角色发生了根本性的转变 ,要求学生通过协作化学习、主动学习 ,掌握的是获取知识的过程、方法和途径。教师在课堂上充当的是组织者、管理者 ,是学生的学习伙伴 ,也就是要从以前“带领学生学”转变为“引导学生学”。3　教学设计意图3.1　教学内容分析　针对初一动物学中“节肢动物”一章里“蝗虫”和“蜜蜂”两节内容而设计的。教学大纲要求学生通过学习蝗虫、蜜蜂的知识 ,了解昆虫纲的主要特征、昆虫的发育及昆虫与人类的关系等…     

昆虫数学形态学研究及其应用展望

数学形态学是用数学方法描述或分析一个物体图象的形状的理论和方法,是图象处理和图象识别技术的发展,但在生物学当中的应用还很有限。本文介绍了一个新的分支学科——昆虫数学形态学,包括三方面的内容：①昆虫数学形态学技术研究,涉及昆虫图象数字化技术和昆虫图象处理与识别技术;②昆虫数学形态学理论研究,主要以昆虫图象的解释和理解研究及昆虫数学形态学与分类学等学科的关系研究为主;③昆虫和昆虫数学形态学应用基础研究,涉及昆虫数学形态学数据库及其分析软件开发,昆虫图象的机器学习和计算机视觉等内容。昆虫数学形态学理论和方法与计算机视觉技术相结合,在害虫虫情监测、昆虫多媒体专家系统的构建等方面具有广阔的应用前景。