[發(fā)明專利]一種蜜蜂微觀攝食動(dòng)力學(xué)機(jī)制觀測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110009964.2
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112816473A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏蔣坤;趙郁文;程旭;陳子權(quán);陳星迪;霍子欣;吳嘉寧;吳志剛
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;A01K67/033;A01K53/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 趙崇楊

本發(fā)明公開了一種蜜蜂微觀攝食動(dòng)力學(xué)機(jī)制觀測方法。通過固定器將仿生花冠飼喂器和樣本容器在顯微鏡載物臺(tái)上進(jìn)行固定，利用安裝在光學(xué)顯微鏡上的高速攝像機(jī)對蜜蜂攝食過程進(jìn)行錄制，并對視頻進(jìn)行分析。本發(fā)明不僅可觀測蜜蜂攝食過程，還可為傳粉昆蟲的攝食方式研究提供微觀分析方法，為膜翅目昆蟲與被子植物的協(xié)同進(jìn)化研究提供微觀動(dòng)力學(xué)分析角度，為微流體輸運(yùn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供仿生學(xué)思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物觀測領(lǐng)域。更具體地，涉及一種用于觀測蜜蜂微觀攝食動(dòng)力學(xué)機(jī)制的方法。

背景技術(shù)

蜜蜂作為最重要的傳粉昆蟲之一，具有非常重要的生態(tài)學(xué)價(jià)值。蜜蜂在給植物授粉過程中，其停留時(shí)間主要受攝食花蜜的效率影響，相比于蝴蝶、飛蛾等具備細(xì)長吸食口器的傳粉昆蟲，蜜蜂具有很顯著的高粘性花蜜攝食能力，這使得他們可以獲得更高能量密度的液體食物。

食蜜昆蟲在數(shù)萬年的高度進(jìn)化后發(fā)展出了高度適應(yīng)各類攝食條件的口器結(jié)構(gòu)和攝食機(jī)理。對蜜蜂飲蜜機(jī)理的深入研究，既能提高人們對蜜蜂口器機(jī)能的認(rèn)知，通過合理的應(yīng)用提高生態(tài)修復(fù)水平；亦能致力于仿生領(lǐng)域，將蜜蜂飲蜜動(dòng)力學(xué)機(jī)理應(yīng)用于微流體輸運(yùn)系統(tǒng)中，在儀器精度和觀測方法的不斷進(jìn)步下，觀測蜜蜂攝食過程中口器的動(dòng)態(tài)調(diào)整與周圍流體的相互作用成為了可能。

當(dāng)前，研究蜜蜂微觀飲蜜機(jī)理的常規(guī)觀測方法是：將昆蟲樣本限制在1.5mL小離心管中，小離心管端部做一開口，在離心管底部充填棉花使得昆蟲樣本頭部露于開口，利用玻璃飼喂器引導(dǎo)昆蟲樣本進(jìn)行攝食，再通過高速攝像機(jī)觀察樣本的攝食機(jī)理。

這種觀測蜜蜂飲蜜的方法存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：1、蜜蜂無法處于自由活動(dòng)狀態(tài)，在狹小的限制空間中腹部會(huì)受到壓迫，這種被動(dòng)的飲蜜行為難以精準(zhǔn)重現(xiàn)蜜蜂在自然狀態(tài)下的吸食動(dòng)作，并且攝食能力會(huì)受到極大影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，而且狹小的離心管會(huì)限制蜜蜂除口器外的其他肢體調(diào)節(jié)行為，無法對樣本攝食過程中的諸多結(jié)構(gòu)協(xié)同調(diào)整機(jī)制進(jìn)行更深入的觀察與研究；2、蜜蜂在被固定器限制的狀態(tài)下，會(huì)非條件反射地做出掙脫動(dòng)作，在嘗試掙脫狀態(tài)中的蜜蜂主動(dòng)攝食蔗糖溶液(人工花蜜)的概率下降，從而極大降低實(shí)驗(yàn)效率；3、在限制過程中有很大的幾率會(huì)對蜜蜂腹部或頭部觸角的重要感受器官產(chǎn)生損傷，這不僅會(huì)影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且會(huì)增大實(shí)驗(yàn)蜜蜂的損耗，違反了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的3R原則；4、離心管的體積固定，如果實(shí)驗(yàn)中使用的樣本體型有變化，或者被夾持的昆蟲種類變了，身體形態(tài)發(fā)生了變化，那么將會(huì)出現(xiàn)離心管空間過小或形狀不合適導(dǎo)致無法有效固定樣本活動(dòng)的結(jié)果。除了用離心管限制樣本活動(dòng)外，還有其他方法通過使用固定器夾緊昆蟲樣本的身體來達(dá)到限制昆蟲行動(dòng)的目的等等，這些方法同樣有著以上缺點(diǎn)。

中國專利CN 105145410 A公開了一種蜜蜂行為觀察器及蜜蜂觀測系統(tǒng)，利用攝像機(jī)觀察蜜蜂生活行為，雖然可以有效的全方位觀測蜜蜂在蜂箱內(nèi)真實(shí)的生活狀態(tài)，但是無法觀察蜜蜂微觀攝食行為，目前還未見關(guān)于蜜蜂微觀攝食動(dòng)力學(xué)觀測方法的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為克服上述蜜蜂攝食機(jī)制觀測方法中的不足，提供一種高精度動(dòng)態(tài)觀測方案，能探索蜜蜂攝食過程中食竇泵的驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)、喙部器官的配合形態(tài)、中唇舌的彈出機(jī)制與剛毛的同步展開過程的相互配合機(jī)理，分析蜜蜂吸食與舔食的力學(xué)機(jī)理差異，為分析蜜蜂在食蜜昆蟲中具有的獨(dú)特的轉(zhuǎn)運(yùn)高粘度微流體能力提供實(shí)驗(yàn)支撐。

本發(fā)明的目的是提供一種蜜蜂攝食微觀動(dòng)力學(xué)機(jī)制觀測方法。

本發(fā)明上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種蜜蜂微觀攝食動(dòng)力學(xué)機(jī)制觀測方法，包括以下步驟：

S1.準(zhǔn)備高速顯微觀測裝置及蜜蜂昆蟲樣本容器，所述高速顯微觀測裝置包括彩色高速攝像機(jī)、光學(xué)顯微鏡、轉(zhuǎn)接口和特殊光源；高速攝像機(jī)需通過轉(zhuǎn)接口安裝在光學(xué)顯微鏡上；高速攝像機(jī)連通電源和信號傳輸線，信號傳輸線連接電腦終端；所述蜜蜂昆蟲樣本容器為內(nèi)部體積能保證蜜蜂肢體自由伸展的管狀結(jié)構(gòu)，管狀結(jié)構(gòu)一端設(shè)有與管內(nèi)徑相匹配的活塞組件，用于調(diào)節(jié)管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部剩余體積，限制蜜蜂自由活動(dòng)區(qū)域，另一端開口，開口大小與飼喂器相匹配，用于置入飼喂器；