跳甲的跳跃行为及足部功能形态学研究
发布时间：2022-01-02 00:50
跳甲成虫善于跳跃,行动灵活,其后足腿节膨大,内具一骨化的跳器,是鞘翅目中重要的跳跃昆虫之一。近年来,随着功能形态学与仿生学的发展,昆虫足部的功能形态、运动行为及仿生应用成为了国内外学者的研究热点,但有关跳甲跳跃行为的研究仍较为缺乏。本文以蓟跳甲Altica cirsicola Ohno、老鹳草跳甲Altica viridicyanea（Baly）、蛇莓跳甲Altica fragariae（Nakane）和黄栌跳甲Ophrida xanthospilota（Baly）为研究对象,利用高速摄像、显微CT、计算机三维重建、视频分析等技术来探究其跳跃行为、足内外部的形态结构和胸部肌肉。主要结果如下:（1）跳跃行为:四种跳甲表现出三种起跳模式。不展翅模式（mode1）:起跳时不展翅,跳跃过程中虫体连续旋转,翅始终不打开,最后着陆;半展翅模式（mode2）:虫体起跳后旋转,在半空中展翅,此时身体停止旋转,最后着陆;展翅模式（mode3）:虫体由翅协助起跳,不旋转,直接飞行并着陆。四种跳甲都更倾向于采用mode1起跳,其次是mode2,最后是mode3。黄栌跳甲采用mode2起跳的比例大于另外三种跳...
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验平台示意图(a)跳跃平台示意图；(b)拍摄平台示意图
第二章跳甲的跳跃行为研究9线与水平面的夹角（图2-2a）。保存后足离开地面时的单帧图片，在ImageJ（NationalInstituteofMentalHealth,USA）中测量起跳角α。跳甲后足离开起跳平面的时间记为T=0ms，起跳时间t为跳甲足部开始伸展至其完全离开地面的时间。由于跳甲离开地面时，其后足跗节并未伸展，因此，起跳距离l为跳甲后足腿节与胫节的长度之和，即l=l1+l2（图2-2a）。视频中的每帧图片用PCC软件导出，然后用HeliconFocus（HeliconSoftLtd.,Kharkov,Ukraine）对图片进行合成以获得跳跃轨迹。使用软件IBMSPSSStatistics24（IBMInc.,NewYork,USA）对四种跳甲的跳跃参数进行差异显著性分析（单因素ANOVA检验，TurkeyHSD多重比较）；使用软件GraphPadPrism5（GraphPadInc.,California,USA）作柱形图（平均值±标准误）。本实验涉及到的计算数据均以平均值±标准误表示。平均起跳速、平均起跳加速度、起跳过程中需要的能量E以及起跳过程中产生的力F由下列公式计算得出。v=l/t①a=v/t②E=m2/2③F=ma④图2-2跳甲基本参数测量示意图(a)起跳角α、起跳速度v、起跳距离l的测量示意图，l1：腿节长，l2：胫节长；(b)跳甲足部分节测量示意图Fig.2-2Diagramofmeasuredparametersoffleabeetles(a)Thediagramofmeasurementofα,t,vandl.l1:thelengthoffemur,l2:thelengthoftibia;(b):Schematicdiagramofthemeasurmentofthehindleglength
第二章跳甲的跳跃行为研究11图2-3虫体的空间三维坐标系Fig.2-3Threedimensionalcoordinatesystemoffleabeetle’sbody本实验追踪了四种跳甲的跳跃轨迹，并总结出了三种起跳模式。第一种是不展翅模式（mode1,winglessmode），跳甲起跳时不展翅，跳跃过程中虫体存在俯仰（pitch）和翻滚（roll）旋转，翅在跳跃全程中不伸展，最终着陆（图2-4a,b）。第二种是半展翅模式（mode2,simi-wingedmode），跳甲起跳时不展翅，虫体存在俯仰和翻滚旋转，随后在半空中打开翅，翅伸展并连续拍打，此时虫体停止俯仰旋转直至着陆（图2-4c,d）。第三种是展翅模式（mode3,wingedmode），翅先伸展，协助跳甲起跳，虫体以飞行的方式在空中运动，飞行过程中虫体不俯仰旋转，但存在翻滚旋转，最终以飞行模式着陆（图2-4e,f）。对四种跳甲起跳过程中采用的这三种模式进行统计，结果如下：在倾角固定的着陆平台上，蓟跳甲（n=113）mode1、mode2和mode3所占的比例分别为69.91%、23.89%、6.19%；老鹳草跳甲（n=125）mode1、mode2和mode3所占的比例分别为92%、8%、0%；蛇莓跳甲（n=147）mode1、mode2和mode3所占的比例分别为90.48%、4.76%、4.76%；黄栌跳甲（n=111）mode1、mode2和mode3所占的比例分别为64.86%、32.43%、0%。在活动着陆平台上，蓟跳甲（n=38）mode1、mode2和mode3所占的比例分别为86.84%、5.26%、7.89%；老鹳草跳甲（n=65）跳跃模式全部采取mode1；蛇莓跳甲（n=36）mode1、mode2和mode3所占的比例分别为97.22%、2.78%、0%。黄栌跳甲（n=44）mode1、mode2和mode3所占的比例分别为86.36%、13.64%、0%。由此可见，不管是面对固定倾角的着陆平台还是活动的着陆平台，这四种跳甲都最倾向于采用mode1，其次是mode2，最后是mode3（表2-1）。由表2-1可以看出，蓟跳?
【参考文献】：
期刊论文
[1]香山公园黄栌黄点直缘跳甲综合防治研究[J]. 宋立洲,焦进卫,杜万光,陈亮. 现代农业科技. 2015(21)
[2]高速摄像技术的应用研究[J]. 孔令梅. 黑龙江科技信息. 2014(20)
[3]鞘翅目形态结构的三维重建与功能之间关系探讨的有效方法评估[J]. 葛斯琴,任静,高彩霞. 应用昆虫学报. 2013(06)
[4]X射线成像技术在昆虫形态学研究中的应用[J]. 李德娥,张凯,朱佩平,吴自玉,周红章. 生命科学. 2013(08)
[5]仿生甲虫六足机器人结构设计与步态分析[J]. 姜树海,孙培,唐晶晶,陈波. 南京林业大学学报(自然科学版). 2012(06)
[6]仿蝗虫脚掌的机器人脚结构设计及其优化[J]. 卢松明,郭策,戴振东. 科学通报. 2012(26)
[7]仿蝗虫机器人运动形态的三维动态仿真[J]. 陈勇,陈东辉,佟金,陈秉聪. 农业机械学报. 2007(09)
[8]跳甲属（鞘翅目,叶甲科,跳甲亚科）同域分布种及其寄主关系探讨[J]. 翟宗昭,薛怀君,王书永,杨星科. 动物分类学报. 2007(01)
[9]蛇莓跳甲的生物学初步观察[J]. 薛怀君,王书永,李文柱,张学忠,杨星科. 昆虫知识. 2007(01)
[10]跳甲亚科系统分类学研究进展[J]. 张勇,杨星科. 昆虫知识. 2004(04)
博士论文
[1]跳跃昆虫的运动仿生与感知仿生研究[D]. 李霏.浙江大学 2011
[2]甲虫鞘翅材料微结构、力学性能及联接机制的研究[D]. 杨志贤.南京航空航天大学 2009
硕士论文
[1]仿生甲虫可重构机器人控制系统研究[D]. 柳天虹.南京林业大学 2013
本文编号：3563140
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验平台示意图(a)跳跃平台示意图；(b)拍摄平台示意图
第二章跳甲的跳跃行为研究9线与水平面的夹角（图2-2a）。保存后足离开地面时的单帧图片，在ImageJ（NationalInstituteofMentalHealth,USA）中测量起跳角α。跳甲后足离开起跳平面的时间记为T=0ms，起跳时间t为跳甲足部开始伸展至其完全离开地面的时间。由于跳甲离开地面时，其后足跗节并未伸展，因此，起跳距离l为跳甲后足腿节与胫节的长度之和，即l=l1+l2（图2-2a）。视频中的每帧图片用PCC软件导出，然后用HeliconFocus（HeliconSoftLtd.,Kharkov,Ukraine）对图片进行合成以获得跳跃轨迹。使用软件IBMSPSSStatistics24（IBMInc.,NewYork,USA）对四种跳甲的跳跃参数进行差异显著性分析（单因素ANOVA检验，TurkeyHSD多重比较）；使用软件GraphPadPrism5（GraphPadInc.,California,USA）作柱形图（平均值±标准误）。本实验涉及到的计算数据均以平均值±标准误表示。平均起跳速、平均起跳加速度、起跳过程中需要的能量E以及起跳过程中产生的力F由下列公式计算得出。v=l/t①a=v/t②E=m2/2③F=ma④图2-2跳甲基本参数测量示意图(a)起跳角α、起跳速度v、起跳距离l的测量示意图，l1：腿节长，l2：胫节长；(b)跳甲足部分节测量示意图Fig.2-2Diagramofmeasuredparametersoffleabeetles(a)Thediagramofmeasurementofα,t,vandl.l1:thelengthoffemur,l2:thelengthoftibia;(b):Schematicdiagramofthemeasurmentofthehindleglength
第二章跳甲的跳跃行为研究11图2-3虫体的空间三维坐标系Fig.2-3Threedimensionalcoordinatesystemoffleabeetle’sbody本实验追踪了四种跳甲的跳跃轨迹，并总结出了三种起跳模式。第一种是不展翅模式（mode1,winglessmode），跳甲起跳时不展翅，跳跃过程中虫体存在俯仰（pitch）和翻滚（roll）旋转，翅在跳跃全程中不伸展，最终着陆（图2-4a,b）。第二种是半展翅模式（mode2,simi-wingedmode），跳甲起跳时不展翅，虫体存在俯仰和翻滚旋转，随后在半空中打开翅，翅伸展并连续拍打，此时虫体停止俯仰旋转直至着陆（图2-4c,d）。第三种是展翅模式（mode3,wingedmode），翅先伸展，协助跳甲起跳，虫体以飞行的方式在空中运动，飞行过程中虫体不俯仰旋转，但存在翻滚旋转，最终以飞行模式着陆（图2-4e,f）。对四种跳甲起跳过程中采用的这三种模式进行统计，结果如下：在倾角固定的着陆平台上，蓟跳甲（n=113）mode1、mode2和mode3所占的比例分别为69.91%、23.89%、6.19%；老鹳草跳甲（n=125）mode1、mode2和mode3所占的比例分别为92%、8%、0%；蛇莓跳甲（n=147）mode1、mode2和mode3所占的比例分别为90.48%、4.76%、4.76%；黄栌跳甲（n=111）mode1、mode2和mode3所占的比例分别为64.86%、32.43%、0%。在活动着陆平台上，蓟跳甲（n=38）mode1、mode2和mode3所占的比例分别为86.84%、5.26%、7.89%；老鹳草跳甲（n=65）跳跃模式全部采取mode1；蛇莓跳甲（n=36）mode1、mode2和mode3所占的比例分别为97.22%、2.78%、0%。黄栌跳甲（n=44）mode1、mode2和mode3所占的比例分别为86.36%、13.64%、0%。由此可见，不管是面对固定倾角的着陆平台还是活动的着陆平台，这四种跳甲都最倾向于采用mode1，其次是mode2，最后是mode3（表2-1）。由表2-1可以看出，蓟跳?
【参考文献】：
期刊论文
[1]香山公园黄栌黄点直缘跳甲综合防治研究[J]. 宋立洲,焦进卫,杜万光,陈亮. 现代农业科技. 2015(21)
[2]高速摄像技术的应用研究[J]. 孔令梅. 黑龙江科技信息. 2014(20)
[3]鞘翅目形态结构的三维重建与功能之间关系探讨的有效方法评估[J]. 葛斯琴,任静,高彩霞. 应用昆虫学报. 2013(06)
[4]X射线成像技术在昆虫形态学研究中的应用[J]. 李德娥,张凯,朱佩平,吴自玉,周红章. 生命科学. 2013(08)
[5]仿生甲虫六足机器人结构设计与步态分析[J]. 姜树海,孙培,唐晶晶,陈波. 南京林业大学学报(自然科学版). 2012(06)
[6]仿蝗虫脚掌的机器人脚结构设计及其优化[J]. 卢松明,郭策,戴振东. 科学通报. 2012(26)
[7]仿蝗虫机器人运动形态的三维动态仿真[J]. 陈勇,陈东辉,佟金,陈秉聪. 农业机械学报. 2007(09)
[8]跳甲属（鞘翅目,叶甲科,跳甲亚科）同域分布种及其寄主关系探讨[J]. 翟宗昭,薛怀君,王书永,杨星科. 动物分类学报. 2007(01)
[9]蛇莓跳甲的生物学初步观察[J]. 薛怀君,王书永,李文柱,张学忠,杨星科. 昆虫知识. 2007(01)
[10]跳甲亚科系统分类学研究进展[J]. 张勇,杨星科. 昆虫知识. 2004(04)
博士论文
[1]跳跃昆虫的运动仿生与感知仿生研究[D]. 李霏.浙江大学 2011
[2]甲虫鞘翅材料微结构、力学性能及联接机制的研究[D]. 杨志贤.南京航空航天大学 2009
硕士论文
[1]仿生甲虫可重构机器人控制系统研究[D]. 柳天虹.南京林业大学 2013
本文编号：3563140
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