基于蛾翅翅脉特征的夜蛾昆虫数字化分类研究 （鳞翅目：夜蛾科）

本文以夜蛾昆虫为研究对象,利用蛾右前翅翅脉特征对7种夜蛾昆虫进行数字化分类研究。首先,利用软件tpsDig2提取蛾翅翅室周围翅脉交点作为标记点;再利用普世叠加方法消除非形状因素等信息,计算出每一个翅脉交点与初始交点的距离作为特征参数;最后,利用方差分析和逐步判别分析验证各项特征参数对7种夜蛾进行分类的可行性、有效性和重要性。研究结果表明,筛选出5项特征参数可以作为分类变量,其作用大小依次为:(Dis_(16)、Dis_(17))(Dis_(13)、Dis_(15))Dis_(12),原始判别和交叉判别结果的正确率分别为96.2%和96.2%。这说明蛾翅翅脉的特征参数可用于蛾类昆虫的数字化分类鉴定。     

蛾翅数学形态特征用于夜蛾分类和鉴定的可行性研究

摘要: 为探讨蛾翅数学形态特征(MMC)在夜蛾科分类鉴定中的可行性, 本文利用数字化技术获得和处理昆虫图像, 对鳞翅目夜蛾科6种夜蛾的右前翅提取矩形度、 延长度、 叶状性、 偏心率、 球状性、 似圆度和不变矩Hu1、 Hu2等13项与大小尺度和方向均无关的数学形态特征, 并利用方差分析、 逐步判别分析和聚类分析等方法研究了各项数学形态特征在昆虫分类上作为分类特征的可行性、 可靠性和重要性, 并且从数学形态学角度对夜蛾科6个种的亲缘关系进行了分析。分析结果认为矩形度和延长度2个形态特征对这6种夜蛾的分类鉴定没有显著意义, 从而筛选出11个形态特征作为分类变量, 它们的作用大小依次为： （偏心率、 Hu5、 Hu7）＞Hu2＞似圆度＞球状性＞Hu3＞（叶状性、 Hu1、 Hu6）＞Hu4。利用蛾翅的这些特征参数成功地实现了对夜蛾科6种夜蛾的分类鉴定, 基于这些特征参数的6种夜蛾的亲缘关系远近与基于传统形态学的系统进化观点相同。研究表明蛾翅数学形态特征可应用于蛾类昆虫的快速鉴定, 为未来逐步实现蛾类昆虫的自动识别奠定了基础。     

翅脉的数学形态特征在蝴蝶分类鉴定中的应用研究

能否量化地利用翅脉特征对鳞翅目昆虫进行种类鉴定,这是近年发展起来的数字化昆虫分类鉴定研究中具有创新性的课题。本文使用化学方法去除蝴蝶翅面的鳞片和色斑,通过扫描获取到蝴蝶翅脉图片,利用DrawWing软件对7种蝴蝶前翅内部翅脉交点坐标进行了自动获取。通过计算相邻两点间的距离,利用单变量方差分析和典则判别分析,证明粉蝶科4个属的蝴蝶每个参数对结果都有影响,而绢蝶属3种蝴蝶翅脉交点2~3、7~8和9~1间的距离对其本身的判别无影响。通过分层聚类分析,绢蝶属的3种蝴蝶被聚为一类,在传统昆虫分类学中,它们的关系也最近。此外,通过与半自动提取软件TPSDig提取的数据进行比较,从另一个侧面证明了通过比较翅脉交点间的距离对蝴蝶进行分类鉴定研究具有参考意义。     

用于昆虫分类鉴定的人工神经网络方法研究:主成分分析与数学建模

为探讨人工神经网络(ANN)在昆虫分类上的可行性,本文提出利用主成分分析和数学建模等方法相结合改进ANN,并以鳞翅目夜蛾科6种蛾类昆虫为样本进行了验证.首先利用Bugshape1.0特征提取软件获取6种蛾180个右前翅样本的13项数学形态特征数据,再运用主成分分析对蛾翅数学形态特征变量重新组合生成新的综合变量,然后结合主成分分析建立BP神经网络分类器.主成分分析结果表明,前5个主成分的累积贡献率为85.52%,已基本包含了全部特征变量具有的信息.在主成分分析的基础上,建立具有5个输入层节点,12个隐含层节点和1个输出层节点的三层BP神经网络分类器.每种蛾20个样本共120组特征数据对分类器进行训练和仿真,其余60组特征数据对分类器进行验证,仿真输出值与目标值的相关系数R=0.997,分类正确率达到了93.33%.较之未经过主成分分析而单独使用BP神经网络建立的分类器,基于主成分分析的BP神经网络分类器具有更优的性能和更准确的分类能力.研究结果表明本文提出的方法具有很好的分类和鉴别作用,为蛾种类的鉴别提供了一种可行的方法.     

草地贪夜蛾的准确鉴定

【目的】草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda是新入侵我国的迁飞性害虫,为了筛选出有效和不易受损的形态鉴别特征。【方法】本研究运用比较形态学和外生殖器解剖技术,筛选稳定、可靠的外部形态特征,描述雌雄外生殖器特征。【结果】草地贪夜蛾的大小等21个外形特征在不同个体间存在差异,不适合用于草地贪夜蛾的准确鉴定。新筛选的翅基部黑斑等4个前翅特征,下唇须节黑色横带、前足胫节密被长鳞片、前足跗节黑色、腹部腹面黑斑、肩板颜色均一、前足基节内侧长毛6个非翅面外形特征在草地贪夜蛾个体间稳定,其中前翅中部倾斜的椭圆环形斑等4个特征、颜色均一肩板等5个特征、环形斑内部颜色特征分别存在于草地贪夜蛾雌雄蛾、雄蛾和雌蛾中。新筛选的外形特征可分别用于准确区别草地贪夜蛾与斜纹夜蛾、甜菜夜蛾。新描述了阳茎基环长大于宽等6个雄性外生殖器特征和囊导管基部明显宽于端部等4个雌性交配囊特征,其中3个雄性外生殖器特征和3个雌性交配囊特征可分别用于准确鉴定草地贪夜蛾和斜纹夜蛾雄蛾、草地贪夜蛾雌蛾和甜菜夜蛾雌蛾。【结论】本研究结果不仅为草地贪夜蛾雄蛾鉴定提供了新的前翅特征,还首次为雄蛾鉴定提供了非翅面特征和为雌蛾鉴定提供了前翅特征,也筛选了新的雄性外生殖器特征和雌性交配囊特征,对我国夜蛾科昆虫生殖器研究有一定的参考价值。     

草地贪夜蛾的准确鉴定

【目的】草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda是新入侵我国的迁飞性害虫,为了筛选出有效和不易受损的形态鉴别特征。【方法】本研究运用比较形态学和外生殖器解剖技术,筛选稳定、可靠的外部形态特征,描述雌雄外生殖器特征。【结果】草地贪夜蛾的大小等21个外形特征在不同个体间存在差异,不适合用于草地贪夜蛾的准确鉴定。新筛选的翅基部黑斑等4个前翅特征,下唇须节黑色横带、前足胫节密被长鳞片、前足跗节黑色、腹部腹面黑斑、肩板颜色均一、前足基节内侧长毛6个非翅面外形特征在草地贪夜蛾个体间稳定,其中前翅中部倾斜的椭圆环形斑等4个特征、颜色均一肩板等5个特征、环形斑内部颜色特征分别存在于草地贪夜蛾雌雄蛾、雄蛾和雌蛾中。新筛选的外形特征可分别用于准确区别草地贪夜蛾与斜纹夜蛾、甜菜夜蛾。新描述了阳茎基环长大于宽等6个雄性外生殖器特征和囊导管基部明显宽于端部等4个雌性交配囊特征,其中3个雄性外生殖器特征和3个雌性交配囊特征可分别用于准确鉴定草地贪夜蛾和斜纹夜蛾雄蛾、草地贪夜蛾雌蛾和甜菜夜蛾雌蛾。【结论】本研究结果不仅为草地贪夜蛾雄蛾鉴定提供了新的前翅特征,还首次为雄蛾鉴定提供了非翅面特征和为雌蛾鉴定提供了前翅特征,也筛选了新的雄性外生殖器特征和雌性交配囊特征,对我国夜蛾科昆虫生殖器研究有一定的参考价值。     

三种广翅蜡蝉前翅形态数值特征提取与分析

【目的】广翅蜡蝉科昆虫是果园、茶园和园艺植物上的重要害虫之一,对其种类进行自动判别是实现其种群自动监测的基础。本研究拟通过获取3种广翅蜡蝉前翅轮廓特征探讨在其种类和性别鉴定中的作用。【方法】采用图像处理与分析技术,对3种广翅蜡蝉前翅轮廓形态特征进行提取和分析,并使用SPSS v22.0对数据进行分析。【结果】同一种广翅蜡蝉左右翅在轮廓形态上无显著差异,雌雄间各参数在不同种类广翅蜡蝉中差异性不同,其中5个实际测量参数在雌雄间差异达到显著或极显著水平,只有透明广翅蜡蝉的周长不显著。除周长和雄虫圆形度外,其它各类参数在种间的差异达到显著或极显著水平。通过典型判别分析,认为所选用的3种广翅蜡蝉,通过其前翅轮廓特征可以进行种间判别,其原始判别和交叉验证判别的正确率均超过90%。【结论】通过提取前翅轮廓特征可以实现3种广翅蜡蝉种类的识别,为此类昆虫的自动鉴定和种群监测提供了重要的参考依据。     

宽广蜡蝉属及广翅蜡蝉属前翅几何形态学分析

【目的】对目前存在争议的宽广蜡蝉属Pochazia和广翅蜡蝉属Ricania代表种的前翅形态特征进行研究,为这2个近缘属的属征厘定和种的合理归属提供更多信息。【方法】选取宽广蜡蝉属和广翅蜡蝉属共10种169头标本,每个标本前翅选取9个同源标点和前翅外轮廓(由60个半标点组成),采用主成分分析(principal component analysis, PCA)和典型变量分析(canonical variate analysis, CVA)方法,对前翅翅脉和翅轮廓进行量化分析,探讨这2个属的翅形变化规律。【结果】在对宽广蜡蝉属和广翅蜡蝉属10个代表种的前翅分析中,前3个主成分、典型变量分别能解释翅脉和翅轮廓74.945%和88.096%的变异,明确了CuA脉分叉点是变异度较高的位点,翅外缘、翅前缘和翅后缘端半部均有较高变异度;这2个属PCA中第1主成分方向上离散度高,印证了CuA脉分叉点、翅外缘、翅前缘和翅后缘端半部形状可作为属间分类依据;种间CVA中10个代表种聚集度良好,种间离散度较高,基于马氏距离显著性分析显示差异非常显著。【结论】几何形态学分析可用于宽广蜡蝉属和广翅蜡蝉属分类,但...     

三种绢蝶翅脉数字化特征的提取及初步分析

利用化学方法去除3种绢蝶翅面的鳞片和斑纹,通过扫描获取翅脉标本图片,并利用DrawWing、TPSDig和BugShape3种软件对其前翅左侧翅脉的数字特征进行了提取,并包括DrawWing提取的小红珠绢蝶右翅翅脉特征值。分析了小红珠绢蝶左右翅脉的对称性以及个体间的差异,对比了3种软件在3种绢蝶分类判别中的优劣。不仅对改进这些工具提出了建议,而且讨论了昆虫鉴定领域中数字化技术和形态测量学的应用前景。     

用于昆虫分类鉴定的几何形态计量学方法研究:相对扭曲分析

几何形态计量学着重研究生物形态的拓扑结构信息,不受昆虫标本大小和形状等因素的影响.本文提出利用几何形态计量学中的相对扭曲分析来实现昆虫分类鉴定的研究,做为方法论的探索,本文以鳞翅目夜蛾科6种蛾类昆虫的翅脉图像样本为试验材料.首先利用软件TpsDig2获取6种蛾180个右前翅翅脉样本的标记点,再运用软件TpsSuper对其进行普氏叠加分析,消除非形状因素等多余的信息,最后利用软件TpsRelw进行相对扭曲分析,通过分析得到的相对扭曲图像可以使昆虫的分类实现二维可视化,因此可以更直观地做出其种类的鉴定.研究结果表明本文为蛾类昆虫的可视化鉴定提供了一种可行的方法,对于昆虫分类鉴定的形态学测量数据可视化具有重要意义.     

基于耳石几何形态测量学的长江安徽江段刀鲚群体识别研究

为了解长江安徽江段刀鲚耳石的形态特征和尝试识别不同群体,研究选用基于地标点的几何形态测量学手段,对不同年份采于长江安徽安庆、铜陵江段长颌鲚和短颌鲚2种生态表型的5个群体刀鲚矢耳石形态差异性进行了比较研究。基于12个地标点,将其坐标进行相对扭曲主成分分析及判别分析,经薄板样条分析和网格变形,使其耳石形态变异矢量可视化。结果显示,在相对扭曲主成分分析中,提取的地标点中多为Ⅱ类地标点,其贡献率为69.48%,说明Ⅱ类地标点是耳石形态差异的主要来源。5个群体刀鲚判别分析的综合判别准确率为95.6%,表明这些刀鲚群体耳石形态的差异总体显著。这种差异显著性尤其存在于长颌鲚与短颌鲚生态表型间及长颌鲚和短颌鲚不同群体间,显示出刀鲚不同生态表型分化及其群体间差异性已可体现在耳石的形态特征上。上述发现可为长江十年禁渔前后安徽江段刀鲚群体组成和群体差异性的客观评价提供理论支撑。     

昆虫翅脉特征自动获取技术的初步研究

昆虫翅的形态特征是某些类群昆虫分类中的重要依据,怎样快速科学提取这些数据是昆虫数字鉴定技术中必须解决的重要问题之一。本文介绍了目前国内外这方面的进展,并介绍了DrawWing软件的详细功能。该软件能比较准确方便地提取昆虫翅轮廓和翅脉特征值,因此详细描述了其算法原理。利用该软件的DOS和Windows两种不同版本对意大利蜜蜂和昼鸣蝉的翅进行了其特征提取的实验研究,结果证明该软件可以成功提取蜜蜂翅脉特征值,但对昼鸣蝉翅处理尚存在问题。在此基础上,本文对昆虫翅脉特征自动获取技术乃至昆虫种类的计算机识别方法的进一步发展提出了讨论。     

中国襀翅目昆虫系统分类研究进展

襀翅目昆虫广泛分布在多种类型的水域中,对水中的化学物质较为敏感,是一类重要的水质监测指标生物。本文回顾了我国襀翅目分类的研究历史,其中Klapálek、Navás、Banks及胡经甫对我国早期的襀翅目分类研究做出了重要贡献。同时总结了我国襀翅目物种多样性的研究现状,即我国已记录襀翅目10科、66属、657种(包括台湾分布的31种、香港分布的4种),约占世界已记录种类的17.8%;我国学者定名的种类占全国记录种类的74.7%,其中1949年建国后的70年间定名的种类占67.4%。此外,还对我国襀翅目昆虫的地理分布及系统发育研究进行了总结分析,其中我国学者共测序襀翅目昆虫全线粒体基因组60种,占已测序种类的90.9%,为襀翅目的分子系统发育研究积累了重要分子数据;同时利用这些数据对襀翅目的分子系统发育进行研究,取得了较好的研究结果。最后,文章分析了我国襀翅目系统分类研究存在的主要问题,并对未来的研究进行了展望。     

基于几何形态测量学的五种稻蝗前后翅的形态变化研究

【目的】定量分析5种常见稻蝗属昆虫前后翅的形态变化规律。【方法】运用几何形态测量学方法对5种稻蝗雄性前、后翅进行量化分析,并结合主成分分析法(Principal component analysis,PCA)和薄片样条(Thin-plate spline,TPS)分析法探讨稻蝗前后翅的大小和形态变异。【结果】5种稻蝗前、后翅的大小和形态差异都比较显著,前、后翅的相似关系和5种稻蝗的系统发育关系一致。前翅差异的部位主要在缘前脉域、前缘脉域和臀脉域;后翅的差异主要在亚前缘脉域、前缘脉域及轭脉域。【结论】稻蝗前、后翅形态变化的几何形态测量学分析结果与稻蝗系统发育关系一致,可用于稻蝗属种的分类。稻蝗前、后翅发生变化的部位是其飞行时的受力部位,这些部位可以作为稻蝗物种分类特征。     

鳞翅目若干迁飞昆虫翅形特征分析(英文)

对鳞翅目蛾类 2科 42种和蝶类 7科 31种昆虫的翅形进行数值分析。结果表明 ,无论是蛾类还是蝶类 ,迁飞昆虫前翅形状均具有区别于非迁飞昆虫的共同特征 ,即前翅相对窄长 ,前缘较平直 ;然而与不同的翅振模式相适应 ,蛾类与蝶类迁飞昆虫的翅形特征又有所不同 :蛾类迁飞昆虫翅外侧较宽阔 ;蝶类迁飞昆虫翅外侧较窄小。     

四种网蝽科昆虫外部形态特征提取与分析

随着计算机图像处理技术的发展,昆虫图像特征提取技术在昆虫分类学中的应用越来越广泛。相关的研究报道涉及到多种较大型昆虫和节肢动物,但对身体较小昆虫的外部形态特征提取与分析,及其雌雄鉴别方面的报道不多。本研究利用中国农业大学IPMist实验室开发的Bug Shape 1.0对体型较小的4种网蝽科Tingidae昆虫成虫进行了外部形态特征的提取,分析了所得参数在其种类和雌雄方面的差异。结果表明,获得的10个参数在4种网蝽成虫中差异均有高度统计学意义。4种网蝽雌雄成虫在面积、等效圆半径、偏心率、球状性和圆形度5个参数方面的差异有高度统计学意义,初步认为可以作为区别这4种网蝽雌雄成虫的重要指标。判别分析证明,4种网蝽交叉判别的正确率高达98.5%,对种类和性别同时进行判别时,交叉判别的正确率为85.0%。利用重心法得到的聚类分析结果符合传统昆虫分类学的结果,同一属的菊方翅网蝽Corythucha marmorata和悬铃木方翅网蝽C.ciliata优先聚为一类,其他2种网蝽先后分别聚类。本研究利用图像处理与分析技术得到的参数适合对此类昆虫进行种类和性别的鉴定,初步表明该技术在此类害虫分类鉴定中的科学性和可行性。     

中国缟蝇科(双翅目:缟蝇总科)高级阶元的几何形态学分析

以翅脉为研究对象,采用几何形态学标点法对中国缟蝇科Lauxaniidae(双翅目Diptera缟蝇总科Lauxanioidea)的高级阶元进行了初步研究。每个翅样本选取14个同源标点,采用主成分分析(PCA)和典型变量分析(CVA)对中国已知的缟蝇科2亚科20属252种缟蝇进行翅脉的差异分析。结果表明:在总体分析和亚科分析、代表属分析中,前3个主成分(典型变量)分别能解释翅脉变异的64.085%和100%,明确了第二、三合径脉与翅缘交点、黑色短鬃端点和径中横脉端点是变异度较大的位点,第四、五合径脉与翅缘交点、第一中脉与翅缘交点、第一肘臀合脉与翅缘交点为稳定的位点;亚科PCA中,在第一主成分方向上的离散度较高,印证了翅前缘黑色短鬃端点可作为亚科的重要鉴别特征;属间CVA中,4个代表属聚集度良好且属间离散度较高,表明标点法能较好地进行属级阶元的鉴别。本文证明了几何形态学方法在缟蝇分类中应用的可行性,为进一步的研究奠定了基础。     

阳澄湖原产及“洗澡”中华绒螯蟹背甲的几何形态分析

为有效确认非阳澄湖产"洗澡蟹"与阳澄湖原产中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)背甲形态的差异,研究运用几何形态分析法,比较研究了前者在阳澄湖中人为"洗澡"式养殖1个月始末时,其与阳澄湖原产蟹的背甲形态特征。背甲的形态分析基于所建立的35个地标点系统来进行,即背甲经图像处理后提取地标点坐标,开展相对扭曲主成分以及判别分析,再利用薄板样条分析和网格变形将形态变异矢量可视化。相对扭曲得分的逐步判别分析结果显示:"洗澡"式养殖前后阳澄湖原产蟹与非阳澄湖产蟹背甲形态差异均极其显著,判别准确率均为100%。网格变形结果进一步发现,与非阳澄湖蟹情况不同,"洗澡"式养殖前后的阳澄湖产蟹背甲形态变化不显著。研究首次定量证实,非阳澄湖产中华绒螯蟹即使在阳澄湖"洗澡"式养殖1个月,背甲形态仍无法与原产蟹趋同。这种差异性具有区别阳澄湖原产和"洗澡"蟹的应用潜力。     

五种迁飞蛾类及非迁飞近似种前翅形状的数值分析

以翅面正投影周缘曲率为指标,对五种蛾类迁飞昆虫及与其近似的非迁飞昆虫的前翅翅形进行数值分析。结果表明,二者之间存在可以相互区别的差异：迁飞种类前翅前缘较平直,特别是前缘1/2处到翅尖的平均曲率绝对值显著小于非迁飞种类;而后缘1/2处到翅尖的平均曲率绝对值偏大,即这段后缘较弯曲,向外凸出,使翅外侧较宽阔。这种翅形特征较适合于利用气流进行远距离迁飞     

基于形态特征判定五种鹬类性别的可靠性

快速准确地鉴定两性同型鸟类个体性别在鸟类生态学研究中具有重要意义。本文选择2008年春季迁徙期在崇明东滩停歇的大滨鹬(Calidris tenuirostris)、红腹滨鹬(C.canutus)、红颈滨鹬(C.ruficollis)、尖尾滨鹬(C.acuminata)及翘嘴鹬(Xenus cinereus)5种两性同型的鹬类,用分子生物学方法进行性别鉴定,并基于个体的形态特征(体重、翅长、喙长、头喙长及跗跖长)采用判别分析方法对性别进行判定。结果表明,尖尾滨鹬雄性各形态特征均显著大于雌性,其他4种鹬类则相反。5种鹬类形态特征的性别差异指数在0.5%~25.3%之间,重叠度在29.4%~98.6%之间。5种鹬类判别分析判定性别的准确率在(0.69±0.06)~(0.96±0.01)之间,其中,尖尾滨鹬判别准确率(0.96)最高,翘嘴鹬判别准确率(0.69)最低。形态特征在两性间的差异程度影响性别的判别准确率。另外,两性性比对性别判别的准确率也有影响:性比偏雄性鸟类的雄性判别准确率高于雌性,而性比偏雌性鸟类的雌性判别准确率高于雄性。采用判别分析估测的性比与分子生物学鉴定结果相似,表明判别分析在判定种群的性比方面具有较高的可靠性。