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本文综述了传粉昆虫监测的新兴技术，涵盖昆虫相机陷阱、基于 DNA 的方法和基于图像的标本研究方法等。分析了这些技术的优缺点及未来研究方向，指出新兴技术对未来监测计划意义重大，完善数据库和开发友好界面有助于其应用。
评估新兴技术
为满足欧盟传粉昆虫监测计划对传粉昆虫数量和物种丰富度数据的需求，本文基于专家和利益相关者的意见，以及相关文献资料，评估了未来 5 - 10 年有望成熟并用于大陆规模监测的新兴技术，这些技术主要基于成像和 DNA 方法，涉及野外非致死监测和实验室标本分类鉴定 。此外，还有 LiDAR、光谱分析等其他相关技术也在发展，但部分技术在昆虫分类识别方面仍有待验证。
昆虫相机陷阱用于原位传粉昆虫监测
描述
昆虫相机陷阱技术发展迅速。监测传粉昆虫时，可聚焦自然植被、引入的植物（如指示植物）、其他诱饵或人造花来吸引传粉昆虫。其中，FAIR 装置将相机集成到马来氏网中，避免使用引诱剂，对监测食蚜蝇尤为适用。最成熟的相机陷阱是在标准化背景（如黄色粘虫板、屏幕、白色照明板搭配紫外线灯或塑料信息素诱捕器内部）下记录图像，该系统已能提供蛾类物种层面的季节性丰富监测数据。
关键优势和缺点
优势方面，昆虫相机陷阱能以自动化、标准化方式长时间收集高时间分辨率数据，可记录传粉昆虫的觅食行为、昼夜活动模式以及对短期天气变化的敏感性。而且该方法是非致死性的，能观察难以捉摸的昆虫物种，降低监测人力成本，还能获取详细的昆虫物候数据，且基于图像的方法较易验证，也降低了野外工作对专业知识的要求。
不过，相机陷阱也存在一些问题。同一昆虫个体可能被多次记录，影响数量估算；部分陷阱的引诱剂会吸引传粉昆虫，其吸引强度受周围类似资源（如花朵数量）影响。此外，深度学习模型在欧洲和北美的蛾类监测中表现良好，但在其他地区和其他传粉昆虫类群中发展不足。高质量相机虽能提高图像质量，但存在成本高、耐用性差和自动化程度低的问题，并且野外设备还可能面临被盗和破坏的风险。
未来研究需求
在图像处理方面，需要高效的定位算法来处理昆虫个体小、图像占比小的问题，分类模型也需应对昆虫种类多样和大量未描述物种的挑战。例如，蜜蜂和食蚜蝇从图像中识别难度较大，虽有研究表明翅膀图案图像可增强训练数据集，但仍需进一步探索。
同时，要评估相机陷阱数据与其他监测方法在访花率和分类偏差方面的代表性。对于使用引诱剂的陷阱，需测试不同记录时间表对数据收集的影响。另外，监测自然植被中传粉昆虫的系统有待进一步开发，具备机载处理功能的相机陷阱发展缓慢，还需要开发用户友好界面以提高其应用效率。
基于 DNA 的传粉昆虫监测方法
描述
基于 DNA 的方法将昆虫采样（除空气传播的 DNA 外，通常为致死性操作）与鉴定分离。通过网捕或诱捕收集传粉昆虫样本后，在实验室进行处理和基本生物信息分析。DNA 条形码和宏条形码技术利用短的标准化 DNA 序列（条形码）识别生物。
DNA 条形码主要包括四个步骤：DNA 提取、通过聚合酶链式反应（PCR）扩增 DNA 条形码、使用桑格测序法或牛津纳米孔技术对 PCR 产物进行测序，以及将获得的条形码与直系同源序列参考数据库比对进行分类学鉴定（参考数据库的完整性影响分类鉴定的准确性）。动物 DNA 条形码的主要标记是线粒体细胞色素 c 氧化酶亚基 I（COI）基因 5′区域的 658bp 片段，可利用生命条形码数据（BOLD）系统进行物种鉴定。然而，目前许多非洲、亚洲和南美洲地区的大量传粉昆虫物种缺乏参考条形码，限制了该方法在全球物种鉴定中的应用。
DNA 宏条形码技术是在 DNA 条形码基础上，结合高通量下一代测序（NGS）技术，可同时鉴定含有多种生物 DNA 的样本中的多个分类群，还能提供物种内遗传多样性信息。志愿者经过基本培训即可收集和预处理样本，但 DNA 提取、PCR 或文库组装需要分子生物学实验室，NGS 数据分析需要生物信息学专业知识，不过也有一些用户友好的应用程序（如 mBRAVE）可辅助分析。此外，相关昆虫条形码数据库（如 COIns）也在不断完善，但在参考数据库不能很好代表当地昆虫群落的地区，DNA 宏条形码技术的应用会受到限制 。
关键优势和缺点
基于 DNA 的方法优势明显，样本采集方法灵活，经过适度培训的志愿者或专家网络均可进行采集，但需规范数据收集协议。该方法能在昆虫任何发育阶段，甚至从部分标本中进行鉴定，这是形态学检查难以做到的。例如，可通过分析陷阱保存液（如无水乙醇）中的 DNA 来鉴定样本。同时，基于 DNA 的方法应用于监测项目时无需专业分类学家参与，不过开发参考 DNA 序列数据库仍需专业知识。目前，该方法成本适中，且未来有望进一步降低，整个数据生成和分析过程也会更高效、易用，人力需求更少。
然而，DNA 宏条形码（基于 PCR）虽能有效确定物种的存在与否，但选择合适的 PCR 引物对准确检测目标物种至关重要，且由于 PCR 过程可能引入偏差，该方法在估计物种数量方面并不可靠，尽管有研究观察到 NGS 序列数量与初始样本中生物量存在相关性，但仍需谨慎避免得出错误结论。此外，参考数据库的完整性也是一大挑战，目前的数据库尚未涵盖所有已知物种，尤其是稀有物种常缺失，在全球生物多样性丰富的地区差距更大。因此，要有效实施基于 DNA 的大规模监测计划，必须规范样本采集和处理程序。
未来研究需求
为推动基于 DNA 的方法在传粉昆虫监测项目中的应用并克服现有局限，有三个主要发展方向。一是在大规模传粉昆虫试点监测项目中采用环境 DNA（eDNA）宏条形码以及无 PCR 的创新方法（如序列捕获），并与现有监测方法进行比较。二是将基于 DNA 的方法与基于图像的技术（如 BIODISCOVER 或 DiversityScanner）相结合，实现标本分类自动化，加速鉴定过程。若新获得的 DNA 序列在参考数据库中无匹配，可将标本或高质量图像提供给专业分类学家进行形态学鉴定，有助于完善参考数据库。三是制定针对性计划，扩大传粉昆虫物种参考序列数据库，重点关注稀有物种和代表性不足的地区。
基于图像的保存传粉昆虫标本研究方法
描述
对固定标本和昆虫批量样本中的个体进行成像，有助于快速计数和鉴定历史收藏或监测项目中收集的传粉昆虫。相关技术包括对博物馆收藏抽屉、培养皿或托盘进行批量拍照，对昆虫部分（如翅膀）拍照，在液体介质中对昆虫进行多角度成像或 3D 成像等。这些技术可生成高分辨率图像，有望实现物种水平的分类鉴定。
在基于图像的工具中，BIODISCOVER 系统借助机器人框架，可对单个标本进行详细特写成像，批量样本由协作机器人逐个处理和成像。DiversityScanner 功能与之类似，但目前仅适用于长度小于 3mm 的预分类标本，对传粉昆虫样本不太适用。最近推出的 Entomoscope 是一种低成本的标本特写拍照解决方案，主要用于物种发现，经改进后也可用于样本采集后的标本成像，并将图像数据提交到中央数据库进行后续物种鉴定。此外，市场上虽有商用显微镜，但价格昂贵，且缺乏标本处理自动化的机器人设备。
关键优势和缺点
基于标本的成像解决方案可快速鉴定湿昆虫批量样本中的标本，这些样本通常由盘式、风向标式或马来氏网陷阱收集，蜜蜂和食蚜蝇是其中常见的传粉昆虫类群。通过自动化，可将昆虫批量样本送至集中处理实验室进行鉴定、计数和分类，难以鉴定的标本可由分类学专家或通过 DNA 条形码技术鉴定。这样一来，自动化成像能让专家专注于鉴定最具挑战性的物种。不过，这类成像系统成本较高、技术复杂，需要具备不同技能的人员进行维护，与传统传粉昆虫物种鉴定所需技能不同。
未来研究需求
传统鉴定方法或非破坏性 DNA 条形码技术可用于构建基于图像识别的参考样本集。但要实现高效准确鉴定传粉昆虫标本，还需设计整合不同技术的工作流程。目前蝴蝶和蛾类的图像分类模型发展较好，但蜜蜂和食蚜蝇物种仍需要更多图像数据。此外，基于机器人的批量样本图像识别技术也需进一步开发和评估其成本效益，以及与 DNA 条形码和宏条形码技术的互补性。
结论和建议
新兴技术发展迅速，对未来传粉昆虫监测计划具有巨大潜力。整合多种监测方法数据的统计模型可最大化其综合价值。吸引夜间昆虫的紫外线昆虫相机陷阱和基于 DNA 的物种鉴定方法前景最为广阔，但它们的有效性很大程度上依赖于图像参考数据库的完善程度。目前这些数据库虽在快速发展，但在全球物种最丰富的地区仍存在明显差距。公民科学平台在开发由昆虫学家标注的图像参考样本集方面发挥着重要作用。
对于日间传粉昆虫的相机陷阱，需要进一步研究陷阱的访花率，以及陷阱周围动态变化的花卉资源的影响，同时明确重复计数个体对数量估计的影响也很重要。基于图像识别的实验室标本鉴定方法可大幅降低盘式、风向标式或马来氏网陷阱批量样本的处理成本。填补传粉昆虫图像和 DNA 参考数据库的空白，将有助于支持实验室基于标本的鉴定工作。已鉴定的馆藏标本在这方面是重要资源。加强能力建设和开发用户友好界面，将有助于确保这些新兴技术能够大规模应用，提供标准化的传粉昆虫监测数据。
