光污染对小红蛱蝶发育节律的干扰效应：LED光源波长与光照时长对褪黑素通路及变态时序的影响

《Environmental Entomology》：Effects of light pollution on development rate of the painted lady butterfly (Lepidoptera: Nymphalidae)

本研究针对人工夜间光照（ALAN）干扰昆虫昼夜节律的生态问题，通过控制温度（23°C）研究白光/彩色LED对不同光照周期下小红蛱蝶（Vanessa cardui）化蛹羽化时间及血淋巴褪黑素的影响。发现17.5h/24h白光ALAN使羽化提前1–3天，蓝光LED通过抑制血清素N-乙酰转移酶（SNAT）降低褪黑素，而橙色LED干扰较小。成果为城市昆虫友好型照明设计（如采用琥珀色光源）提供生理学依据。

　　

每当夜幕降临，城市中璀璨的灯光在照亮人类生活的同时，也悄然改变着自然界的运行规律。这种被称为"人工夜间光照"（ALAN）的现象，正成为影响昆虫生态的新兴因素。昆虫依赖自然光周期调节昼夜节律和季节性生理活动，而ALAN会混淆它们对时间的感知，导致行为异常和生理紊乱。特别是近年来普及的发光二极管（LED）灯具，能发出多种波长的光却几乎不产生热量，其对昆虫发育的潜在影响尚未明确。鳞翅目昆虫作为生态系统中的重要指示类群，其发育过程极易受光信号干扰，但针对昼行性蝴蝶在ALAN影响下的发育节律变化研究仍较缺乏。

在此背景下，研究人员选择具有迁徙特性的小红蛱蝶（Vanessa cardui）为模型，在严格控温（23°C）条件下系统探究了白光LED不同光照时长（0/9.5/17.5/24h）以及彩色LED（白/蓝/橙）对化蛹、羽化时间及血淋巴褪黑素水平的影响。研究发现，延长白光暴露（17.5h/24h）可使蝴蝶羽化提前1-3天，而蓝光LED通过抑制褪黑素合成关键酶活性显著加速发育进程。相反，橙色LED引起的干扰最小，这与其波长超出蝴蝶光感受器敏感范围密切相关。该成果发表于《Environmental Entomology》，为评估光污染生态风险提供了关键生理学证据，对制定昆虫友好型城市照明策略具有指导意义。

研究采用商业来源的小红蛱蝶幼虫，通过光谱分析系统量化不同LED光源的波长分布。实验设计涵盖白光LED光照周期比较（2020-2022年季节性重复实验）和彩色LED暴露（2022年24小时持续光照、2023年12小时夜间光照）。采用延时摄影精准记录化蛹羽化时间点，并通过酶联免疫吸附法（ELISA）测定血淋巴褪黑素浓度。统计分析使用方差分析（ANOVA）和Tukey事后检验，确保结果可靠性。

白光LED ALAN加速蝴蝶变态

通过五轮季节性实验发现，24小时持续光照使化蛹时间显著早于9.5小时光照组（P<0.0001）。在秋季实验中，持续黑暗组化蛹时间甚至与24小时光照组无显著差异，但部分个体出现翅膀畸形等发育异常。羽化时间呈现相同规律，17.5小时与24小时光照组羽化提前1-3天，但2022年3月实验中出现例外，表明季节性因素可能调节ALAN效应。

蓝光波长是白光LED加速发育的关键因素

彩色LED实验显示，24小时蓝光与白光暴露组羽化时间无显著差异，而橙色LED组羽化延迟31小时（P<0.005）。在12小时夜间光照实验中，蓝光与白光ALAN同样显著加速变态进程，但效应强度受实验季节调控。值得注意的是，化蛹阶段对光色不敏感，表明ALAN主要影响蛹期发育。

蓝光ALAN降低血淋巴褪黑素水平

褪黑素检测发现，24小时蓝光与橙色LED组褪黑素显著低于无ALAN对照组（P<0.05）。在12小时夜间暴露中，蓝光组褪黑素水平较橙色组与无ALAN组降低更显著（P<0.01），表明白光与蓝光通过抑制SNAT酶活性干扰褪黑素合成通路。

本研究通过多维度实验证实，ALAN可通过光感受器（如隐花色素CRY1）和褪黑素通路干扰小红蛱蝶发育时序。蓝光波长因其与昆虫光感受器敏感谱重叠，对生物钟基因（如period, timeless）调控的变态进程产生最强干扰。研究建议采用长波长（如琥珀色）路灯以减少生态影响，尤其需关注ALAN与气候变化叠加可能引发的种群暴发风险。尽管商用蝴蝶样本存在年龄异质性等局限，但结果为光污染生态评估提供了关键生理指标，为城市灯光管理策略提供了科学依据。