本技术涉及昆虫鉴定技术领域,特别是一种基于几何形态学的昆虫鉴定方法。该方法通过对小蜂总科昆虫标本进行拍照,利用图像处理技术提取关键地标点,进而进行形态学分析和鉴定。
背景技术
昆虫经过约3亿8千万年的演化,已经发展成为地球上种类繁多、数量巨大、分布广泛的动物类群之一。不仅在维持自然界生态平衡方面具有重要意义,而且也是与人类关系非常密切的一类昆虫。为了准确地认识昆虫,需要对昆虫的种类进行鉴定。
小蜂总科Chalcidoidea隶属于膜翅目Hymenoptera细腰亚目Apocrita是膜翅目的第二大总科,该总科种类繁多生活方式多样,少数种类为植食性或捕食性,大多数种类为寄生性,是许多农林害虫重要的天敌昆虫,在害虫生物防治中有着广泛的应用。我国小蜂总科包括19个科,目前世界已知约有25000余种。解决目前小蜂分类研究所面临的问题为今后控制潜在的害虫爆发和维护生态平衡上具有重要作用,而对其种类的准确鉴定是害虫生物防治实践应用的基础和前提。
几何形态学(morphometrics)是基于图论的应用数学分支,其主旨是将生物统计学应用于形态数据分析中,并最终形成了几何形态学。该方法主要比较线性测量距离、夹角、面积、体重、变量间的比值、变量的出现频率等数值,有时会通过对数转换、坐标变化等方式获得更为离散化的结果。目前国际上形态测量学不同于传统的径向测量法,其重点关注物体的外形变化,并通过相应的理论和方法,将不同物体鉴别出来。该种方法主要运用地标点(landmarks)、半地标点(semi-landmarks)或轮廓线(outline)为量化指标,用一系列空间分布的点来描绘生物的形态,将不同生物个体、生物类群之间的形态差异归纳为这些点位的变化,用定量方法分析、发掘其中的变化规律,从而寻求生物形态变化的范围和规律。目前几何形态学应用十分广泛,主要应用于昆虫,在动物分类学的研究中主要应用于种内、种间及属间的分类等。而小蜂总科昆虫主要在翅和胸部包含许多鉴定的特征,因此利用几何形态学可以对物种进行准确的分类鉴定。
由于小蜂总科这类昆虫体型微小(1~48mm),数量多且形态差异大,分类系统不统一,如不同种类的金小蜂其体色及体壁的刻点都变化多样;大多数分类系统仅是小蜂分类学家根据其外部形态结构特征而建立,存在多种不同的分类系统,导致该科的分类系统较为混乱。因此小蜂总科昆虫分类鉴定困难。
目前,昆虫分类的方法主要包括:1、传统形态学分类法,该方法主要是根据形态结构与功能相一致的原理,以昆虫的外部形态,内部结构及各部分大小比例等特征为依据,对昆虫进行分类鉴别;2、行为学方法,行为学方法根据昆虫的一些行为特征,如性行为、预交行为、交配姿势、昼夜活动节律、取食行为及鸣声等进行种类鉴别的一种方法;3、遗传学方法,细胞遗传学分类法主要是通过对昆虫的染色体数目与形态、染色体分组型式、性染色体位置,C-带带型及其组分、异染色质总含量以及染色体减数分裂行为模式等方面特征的比较分析,鉴别昆虫的种类;4、生化分类方法,主要为同工酶电泳法和表皮碳氢化合物在昆虫分类中的应用;5、分子生物学方法,应用于昆虫系统演化及分类鉴定方面的分子生物学技术主要有:核酸序列分析技术、分子杂交技术、RFLP方法、RAPD技术,聚合酶链式反应技术PCR等;
但是上述的方法都有一些不易克服的缺点:1、传统的形态学方法有不少的局限,例如利用传统形态鉴定难以准确地鉴定近似种和未知种;2、昆虫行为学鉴定需要专业的昆虫学知识,否则会对鉴定结果产生不良影响。鉴定过程可能需要进行多次观察和实验,所需时间较长,无法满足紧急情况的需要;3、昆虫遗传学分类鉴定技术要求高,需专业实验技能和高级设备;成本高,包括设备、试剂和人力成本;数据解析复杂,需具备生物信息学分析能力;受进化关系影响,可能导致分类混淆;样本获取有限,对于珍稀或难以采集的昆虫存在挑战;4、昆虫生物化学分类鉴定这种方法成本较高,需要昂贵的实验设备和试剂。其次,技术要求高,操作复杂,对研究人员的专业素质有较高要求。此外,样本处理繁琐,且易受环境因素影响,可能导致鉴定结果不准确。最后,生物化学分类鉴定的适用范围有限,对于形态相似或亲缘关系较近的昆虫种类可能无法有效区分。
5、昆虫分子生物学分类鉴定技术要求高,需专业实验技能和分子生物学知识;设备和材料成本昂贵;数据分析复杂,需生物信息学处理能力;依赖外部数据库,信息更新可能存在滞后;分类标准不确定,可能导致结果不一致。
为了解决上述问题公告号为CN111543393A公开了发明专利“一种昆虫鉴定系统及方法”,其技术方案主要为设置装置和系统引诱昆虫时实现半智能化控制,获取昆虫360°角度的高清图像;但是该方法专业性不强,更多适用于爱好者使用;且其结构受限于昆虫类型和体积同时操作复杂,成本较高,容易损坏,实用性不强。
实现思路