| 作者：烟台市芝罘区 烟台三中 曹宇 电话：18253502129 邮箱：1372847078@qq.com 指导教师：烟台市芝罘区 烟台三中 毕晓燕 电话13723948660 邮箱：bixiaoyan328@163.com 摘要：昆虫作为生物界中物种多样性最丰富的类群之一，在长期进化过程中形成了各种提高耐寒能力和适应低温变化的策略，以度过不良环境、完成生活史和繁衍后代。为了了解昆虫越冬时的普遍形态，本次研究性学习对此作出了初步调查，为该问题提供了样本支持，并对样本加以解剖，初步了解了昆虫越冬的方式与策略。 研究背景：众所周知，昆虫作为开管式循环、混合体腔的变温动物，对温度的变化比较敏感，而寒冷尤甚。为适应低温天气及寒冷的冬天，都会产生一系列提高耐寒能力、抵抗寒冷低温变化的策略。本次研究性学习便是由此产生的联想。 研究方法：文献法，调查法 研究过程： 1.收集信息 查阅相关文献后，我们得知昆虫的种类不同，生活史不同，越冬的虫态也各不相同，大致分为2种类型：①以一种虫态越冬，如美国白蛾（Hlyphantria cunea）以蛹在树皮下或地面枯枝落叶处越冬，白杨叶甲（Chrysomela populi）以成虫在枯落物、表土层越冬，黄褐天幕毛虫（Malacosomaneustria testacea）以卵在树枝梢端越冬，而以幼虫越冬的昆虫又可以大致分为两类：同龄幼虫和不同龄幼虫，如沙棘木蠹蛾（Holcocerus hippophaecolus）以老熟幼虫和少量其他龄幼虫在沙棘根部越冬，桃小食心虫（Carposina sasakii）以老熟幼虫入土借鉴滞育越冬；②以不同虫态越冬，如光肩星天牛（Anoplophora glabripennis）的卵、幼虫、和蛹均能越冬，光滑鳖甲（Anatolica politaborealis）主要以成虫越冬，也可发现少量老熟幼虫[2]。昆虫不同发育阶段，其抗寒性也存在差异。例如甜菜夜蛾（Spodoptera exigua）不同虫态抗寒性由弱至强为卵>成虫>幼虫>蛹[3]。而昆虫越冬的最大阻碍来自体腔液中冰晶的形成及膨胀。此类冰晶主要分为昆虫虫体内自然形成的，用于维持体内稳定的同源冰核和外界进入消化道的食物颗粒、尘粒等异源冰核。 2.收集样本与统计 根据本次课题中收集到的样本，得出统计结果如下： 鳞翅目 幼虫4个，蛹1个（已死亡） 鞘翅目 蛹3个，成虫2个（推断为变态后体型较小的瓢虫） 半翅目 成虫3处（大量悬铃木方翅网蝽和蝽象） 种类较多 卵13处 1)鳞翅目幼虫和鞘翅目蛹  2)鳞翅目幼虫（已到蛹期而未化蛹）  3)鳞翅目蛹  4)鞘翅目成虫  |
【研究报告
| 由图表可得：昆虫越冬形式复杂，但综合来看以卵为主要越冬方式，并含有幼虫、蛹、成虫三种形式越冬。其中鳞翅目主要以幼虫形式越冬、鞘翅目主要为蛹（有少数样本已经度过蛹期）、半翅目为成虫越冬为主，本次样本中大多数昆虫以多种虫态进行越冬。（已排除不完全变态和渐变态对样本的影响） 同时，在本次样本的收集中发现昆虫对于越冬环境的选择与其体态结构关系十分密切。例如在石缝中越冬的昆虫大多数为鞘翅目、膜翅目的蛹和鳞翅目的蛹等结构较为紧凑，活动较少的种类；于土壤中越冬的昆虫如鳞翅目幼虫、半翅目和双翅目幼虫等均属于其生命周期中较为脆弱的环节，在环境上要求也十分严苛。绝大多数于土壤中越冬的昆虫会优先选择落叶厚实处越冬，而土壤内昆虫所处的深度也随地温的降低而加深，部分昆虫的越冬所处深度甚至深达15cm以上。 而趋湿性也是昆虫的一种生存本能。昆虫在过冬前虽脱去了体内大部分的游离水，但处于越冬期的昆虫体内及周围环境中的水分，蒸发量要比回收量高得多，这对保持昆虫的生理活性极为不利，特别对过冬后的苏醒影响更大。因此，部分样本越冬前常选择在有枯枝、落叶、垃圾等比较潮湿的物体下越冬。此外，如悬铃木方翅网蝽(Corythucha ciliate Say)等栖息环境特殊的昆虫会选择树木皮孔处或剥落树皮内部等狭窄处越冬。本次收集的样本绝大多数为活动甚少的滞育或休眠状态，被惊动时所做出的反应也远远弱于正常状态下的同种个体。怀疑昆虫此时体腔液成分及生命活动均因为越冬的特殊状态而加以调整。 3.越冬形态 以卵形态越冬为绝大多数昆虫的越冬策略，越冬时虫卵滞育，卵内物质也因与生命周期中其他形态不同而不易被破坏，但在调查中发现膜翅目仍有部分卵被低温所破坏，应与其卵壳较薄有直接关系。 调查中以幼虫形态越冬的昆虫一般都趋于老熟，甚至已经接近蛹期。此现象应为一、二龄幼虫等形态仍未摄取足够营养物质，代谢不成熟等缺陷所导致。同时所有幼虫均于落叶堆积处得到，可判断越冬的幼虫较其余形态具有明显的趋湿性。 以蛹越冬的样本大多因其静止生活的特性而难以躲避天敌以存活，但鳞翅目仍有蛹态于缝隙处存活并越冬，此外在土壤中仍发现部分鞘翅目蛹残余物，推测鞘翅目中以蛹形态越冬个体位于土壤中。 理论上讲，大多数昆虫在成虫期能取食，或有坚硬的体壁。只要营养物质储备足够，并选择好越冬场所，就能熬过漫长的冬季。但本次样本收集仅有半翅目出现部分越冬成虫，与理论内容明显不符，推断应与环境影响有直接关系。 4.越冬策略 经解剖，发现所有具生命活动的样本体腔内均无冰晶等异物，大致组成和正常时类似，但含水量大幅减少，甚至下降至致死临界点。含水量的减少增加了昆虫体液溶质浓度，从而促使昆虫体液的过冷却点和冰点降低以防出现冰晶。而收集到的鳞翅目蛹内体液含水量并未出现明显减少，该现象应与蛹期滞育、蛹体内其他耐寒物质的变化，以及越冬过程中蛹体内组织的分解和形成等有关[2]。 根据上文中文献的内容，初步推断昆虫对于体内冰核的控制与体液含水量具相关性，同时以控制异源冰核的摄入和排出来控制体液冰点，进而避免产生冰晶。其中同源冰核的控制方式仍旧未知，推测与体腔液成分的微小变化有关。 展示交流及反思 该样本统计数据完成后经老师审阅，得到了老师的认可，并被认为可信。但本次研究性学习仍有大量不足。样本方面由于气候寒冷和农药的大量使用使得本次收集到的样本过少，且对样本的分类仍不够充分，在样本分析时因无相关设备，许多部分无法进一步分析成分，仍有改进空间。 |
| 参考文献： [1]:百度文库，昆虫常见越冬方式[Z],2017.03.1 [2]：冯宇倩，王锦林，宗世祥.昆虫越冬虫态及耐寒策略概述[A].北京：北京林业大学.2013 [3]：陈豪，梁革梅，邹朗云，郭芳，吴孔明，郭予元.昆虫抗寒性的研究进展[A].北京：中国农业科学院植物保护研究所，植物病虫害生物学国家重点实验室.2010.02.5 |
