蝗蟲的爪與爪墊在與基體表面附著時(shí)所發(fā)揮的作用

在我國(guó)的新疆、內(nèi)蒙等地，以及世界其他地區(qū)，每年都會(huì)爆發(fā)蝗蟲災(zāi)害。據(jù)香港《文匯報(bào)》報(bào)道，澳大利亞自2010年4月上旬爆發(fā)了嚴(yán)重的蝗蟲災(zāi)害（圖1），席卷了澳洲東南部的昆士蘭州、新南威爾士州、維多利亞州和南澳大利亞州等四個(gè)州，覆蓋約50萬(wàn)平方公里的區(qū)域，造成的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失達(dá)20億澳元。

對(duì)于蝗蟲災(zāi)害的防治，傳統(tǒng)的方法是噴施化學(xué)農(nóng)藥，不可避免地造成了環(huán)境污染。光電誘導(dǎo)滑移捕集治理技術(shù)不僅可以避免噴施化學(xué)農(nóng)藥帶來(lái)的環(huán)境污染，還可實(shí)現(xiàn)蝗蟲資源用作食材、禽畜飼料之用。實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的簡(jiǎn)易機(jī)械機(jī)構(gòu)如圖2所示，災(zāi)害蝗蟲在誘導(dǎo)光源的趨向調(diào)控作用下，被誘至捕集滑板，后經(jīng)自鎖機(jī)構(gòu)滑移至集蝗箱，實(shí)現(xiàn)了對(duì)災(zāi)害蝗蟲的捕集治理。蝗蟲因具有特殊的附著系統(tǒng)而能夠在絕大多數(shù)材料表面上穩(wěn)定附著，從而嚴(yán)重降低了滑移捕集效率。因此，需要研究蝗蟲附著系統(tǒng)的不同結(jié)構(gòu)在與材料表面附著時(shí)所發(fā)揮的作用，以便有針對(duì)性的研制捕集滑板，最大限度地降低蝗蟲附著系統(tǒng)的功能，提高滑移捕集效率。

由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院博士生王立新?lián)蔚谝蛔髡咦珜懙摹禦ole of locust Locusta migratoria manilensis claws and pads in attaching on substrates》一文將在2011年的《科學(xué)通報(bào)》英文版上發(fā)表（http://www.springerlink.com/content/t682724805j71g40/），該文以東亞飛蝗為研究對(duì)象，利用自行設(shè)計(jì)的附著力測(cè)試系統(tǒng)測(cè)定了附著系統(tǒng)完整、切除附著系統(tǒng)的爪、完全破壞附著系統(tǒng)的爪墊等三類蝗蟲在粗糙表面（砂紙，Ra=8.5μm）和光滑表面（玻璃板，Ra=0.02μm）的附著力；測(cè)算了爪的剪切強(qiáng)度；建立了蝗蟲在傾斜表面爬行時(shí)的力學(xué)模型。通過這些研究，系統(tǒng)全面地揭示了蝗蟲在材料表面附著或爬行時(shí)，其附著系統(tǒng)的爪發(fā)揮主要作用。

該研究結(jié)果表明，與附著系統(tǒng)完整的蝗蟲相比，破壞附著系統(tǒng)中的爪墊的蝗蟲在粗糙表面、光滑表面上具有相近的附著力，而切除附著系統(tǒng)中的爪的蝗蟲則具有顯著較低的附著力，說明附著系統(tǒng)的爪是蝗蟲在材料表面獲取足夠附著力的關(guān)鍵?；认x附著系統(tǒng)爪的剪切強(qiáng)度介于39～42MPa，較高的剪切強(qiáng)度能夠保證爪有效地與植物表面作用，保障蝗蟲在植物表面自由運(yùn)動(dòng)或穩(wěn)固附著，同時(shí)預(yù)示著蝗蟲在與植物表面相互作用過程中，爪發(fā)揮著較為重要的作用?；认x在傾斜表面爬行時(shí)，后足主要依靠脛節(jié)末端的爪產(chǎn)生支撐力、中足依靠附著系統(tǒng)的爪和部分爪墊產(chǎn)生支持力、前足主要依靠附著系統(tǒng)中爪產(chǎn)生側(cè)向力，這預(yù)示著蝗蟲主要依靠前足、中足、后足的爪來(lái)獲取足夠的力，以實(shí)現(xiàn)在不同材料表面上運(yùn)動(dòng)或附著。

該研究工作的創(chuàng)新之處在于明確指出了蝗蟲在粗糙表面與光滑表面上附著或爬行時(shí)，其附著系統(tǒng)的爪發(fā)揮主要作用，對(duì)有針對(duì)性的研制蝗蟲滑移捕集滑板具有重要意義。此項(xiàng)研究工作受到了國(guó)家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：50775214）和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生科研創(chuàng)新專項(xiàng)（項(xiàng)目編號(hào)：kycx09099）的資助。