利用几何形态测量学来说明加纳四个农业生态区中Bactrocera invadens种群翅膀形状的变化

《Scientific African》：The use of geometric morphometry to illustrate variations in wing shape of Bactrocera invadens populations, from four agro-ecological zones in Ghana

本研究通过几何形态测量学分析加纳四个农业生态区Bactrocera invadens翅形变异，发现R1与静脉交点位置贡献最大（23.24%），种群间翅形差异显著，可能源于环境适应，为害虫防控提供形态学依据。

　　本研究聚焦于一种在加纳造成严重经济损失的外来入侵性害虫——*Bactrocera invadens*，并探讨其在加纳四个农业生态区中翅膀形状的变异情况。该害虫最初被认为是新物种，并被命名为*Bactrocera invadens*，但在2010年通过系统发育分析被确认为*Bactrocera dorsalis*（Hendel）复合体的一部分。因此，本研究中提及的*Bactrocera invadens*实际上与*Bactrocera dorsalis*同属一个物种。研究旨在利用几何形态学方法，揭示加纳不同农业生态区中该害虫翅膀形状的变化，从而为害虫管理策略提供科学依据。

研究采用几何形态学技术，通过图像捕捉、坐标数字化和统计分析，评估了加纳四个农业生态区中该害虫的翅膀形状变异。具体来说，研究人员在加纳的芒果种植区采集了706只雄性*Bactrocera invadens*的翅膀样本，并对这些样本进行数字化处理，记录了15个关键的翅膀特征点。这些特征点代表了翅膀静脉系统的交汇处，是翅膀形状分析的重要指标。数字化后的数据被导入统计软件，进行一系列分析，包括Procrustes ANOVA、主成分分析（PCA）、判别函数分析（DFA）和交叉验证等，以量化不同生态区之间的形态差异。

研究结果表明，不同农业生态区之间的翅膀形状存在显著差异。其中，静脉R1与 costa 静脉的交汇点（即第14个特征点）是影响翅膀形状变化的最主要因素，贡献了23.24%的总变异。此外，其他特征点如静脉m的终止点（第7个特征点）、静脉R4+5的终止点（第8个特征点）、静脉m与r-m交叉静脉的交汇点（第10个特征点）、静脉m与dm-cu静脉的交汇点（第6个特征点）以及静脉R2+3的终止点（第15个特征点）也对翅膀形状的变异产生了重要影响。这些特征点的分布和位置变化反映了生态区之间不同的环境条件，例如温度、湿度、降雨量和露点等，这些因素可能影响昆虫的发育、生存和种群动态。

从环境数据来看，四个农业生态区的温度、湿度、露点和降雨量呈现出不同的变化趋势。温度在这些生态区之间没有显著差异，但温度波动可能影响昆虫的飞行行为和繁殖能力。湿度在某些生态区表现出明显的季节性变化，而降雨量则在不同生态区之间存在一定的差异。这些环境变量的组合可能对*Bactrocera invadens*的翅膀形状产生影响，从而导致不同生态区之间的形态差异。此外，某些生态区的双雨季可能增加了食物资源的可用性，进而影响昆虫种群的分布和迁移。

研究还发现，同一生态区内的不同农场之间也存在显著的翅膀形状差异。例如，在沿海萨瓦纳生态区，农场1（GH1V1）的样本与农场3（GH1V3）、4（GH1V4）和5（GH1V5）之间存在显著差异，而与农场2（GH1V2）之间的差异则不显著。在东部沃尔塔生态区，农场1（GH2V1）与农场3、4和5之间也存在显著差异，而其他农场之间的差异则不显著。在过渡区，农场1（GH4V1）与农场4和5之间存在显著差异，但与农场2和3之间的差异不显著。在几内亚萨瓦纳生态区，所有农场之间的样本差异不显著，但农场1和5之间以及农场4和5之间存在显著差异。这些结果表明，即使在同一生态区，不同农场的环境条件和管理措施可能对昆虫的形态产生影响。

研究进一步通过判别函数分析和交叉验证，评估了不同生态区之间翅膀形状的分类准确性。结果显示，样本在不同生态区之间的分类准确率均超过60%，说明翅膀形状在一定程度上可以作为区分不同生态区种群的指标。然而，散点图并未显示出明显的种群聚类，这可能是因为不同生态区的种群在形态上存在一定的重叠，同时这些昆虫具有较强的扩散能力，使得种群之间的遗传交流较为频繁。

从生态适应的角度来看，翅膀形状的变化可能反映了昆虫对不同环境条件的适应性。例如，温度和湿度的变化可能影响昆虫的发育速度和繁殖能力，从而导致翅膀形状的差异。此外，不同生态区的宿主植物种类和营养成分可能对昆虫的形态产生影响，使得翅膀形状的变化成为生态适应的一个重要标志。这些变化不仅有助于理解昆虫的种群结构，也为制定针对性的害虫控制策略提供了依据。

研究还指出，虽然环境数据在生态区之间没有显著差异，但这些变量的相互作用可能对昆虫的形态产生影响。例如，某些生态区的高降雨量可能促进昆虫的繁殖和扩散，而较低的温度可能减缓其生长速度。这些环境因素的综合作用可能解释了不同生态区之间翅膀形状的差异。因此，未来的相关研究需要进一步探讨这些环境变量与翅膀形状变化之间的具体关系，以更全面地理解昆虫的生态适应机制。

本研究的结论强调了几何形态学在害虫形态分析中的应用价值。通过分析翅膀形状的变化，研究人员能够更有效地识别和监测不同生态区的*Bactrocera invadens*种群，从而为害虫防控提供科学支持。此外，研究还建议未来应开展更多的分子生物学分析，如微卫星标记分析，以进一步探讨形态变化是否与基因流动相关，以及个体环境参数如何影响翅膀形状的变化。这些研究将有助于更深入地理解该害虫的生态适应机制，并为制定有效的控制措施提供理论依据。

综上所述，本研究通过几何形态学方法揭示了加纳四个农业生态区中*Bactrocera invadens*翅膀形状的显著变异，表明环境因素在昆虫形态演化中的重要作用。研究结果不仅为害虫管理提供了新的视角，也为进一步探索昆虫的生态适应性和种群结构奠定了基础。未来的研究应继续关注形态变化与环境因素之间的关系，以及这些变化在不同生态区中的具体表现，以期为害虫防控策略的优化提供更加精准的科学支持。