全 文 ： 第 vz卷 第 u期u s s t年 v 月
林 业 科 学
≥≤Œ∞‘׌„ ≥Œ∂ „∞ ≥Œ‘Œ≤„∞
∂²¯1vz o‘²1u
¤µqou s s t
昆虫带电特性及影响因子 3
赵博光tl 刘云飞wl
k南京林业大学 南京 utssvzl
吴宗汉ul 吴 越vl 陈 泉xl
k东南大学 南京 utss|yl
摘 要 } 本文对大袋蛾等昆虫的带电特性进行了定量测量 o同时 o由昆虫自身带电和与环境相互作用带电分
析 o给出了昆虫自身带电的分形特性 ∀测定了在不同介质上静止爬行和振翅对大袋蛾雄蛾带电量 ∀讨论了昆
虫带电的原因和规律 ∀
关键词 } 昆虫 o电荷 o分形特性 o影响因子
收稿日期 }t|||2tu2uu ∀
基金项目 }国家自然科学基金k‘²qv|yzsytvl资助项目 ∀
3 tl qul qvl qwl qxl为作者排序 ∀tl oul ovl owl¤±§xl ¬¶·«¨ ²µ§¨µ²© ºµ¬·¨µ¶q
ΠΡ ΟΠΕΡΤΨ ΟΦ ΤΗΕ ΕΛΕΧΤΡΙΧ ΧΗΑΡ ΓΕ ΧΑΡΡΙΕ∆ ΒΨ
ΙΝΣΕΧΤΣ ΑΝ∆ ΤΗΕ ΑΦΦΕΧΤΙΝΓ ΦΑΧΤΟΡΣ
«¤² …²ª∏¤±ªtl ¬∏≠∏±©¨¬wl
k Νανϕινγ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Νανϕινγ utssvzl
• ∏²±ª«¤±u • ∏≠∏¨vl ≤«¨ ± ±∏¤±xl
k Σουτηεαστ Υνιϖερσιτψ Νανϕινγ utussvl
Αβστραχτ} ±∏¤±·¬·¤·¬√¨ °¨ ¤¶∏µ¨°¨ ±·¶²©³µ²³¨µ·¼ ²©¨¯ ¦¨·µ¬¦¦«¤µª¨ ²±¬±¶¨¦·¶oΧλανια ϖαριεγατα ¤±§²·«¨µ¦²°°²± ¶³¨2
¦¬¨¶oº¨ µ¨ ¦²±§∏¦·¨§qƒµ¤¦·¤¯ ³µ²³¨µ·¼ ²©¬±¶¨¦·¶¨¯ ¦¨·µ¬¦¦«¤µª¨ º¤¶§µ¤º±©µ²° ¤±¤¯¼¶¬¶²©·«¨ µ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³¥¨·º¨ ±¨ ¤°²∏±·
²©¨¯ ¦¨·µ¬¦¦«¤µª¨ ¦¤µµ¬¨§¥¼¶·¬¯¯ ¬±¶¨¦·¶¤±§·«²¶¨ ¬±·¨µ¤¦·¬²± º¬·« ±¨√¬µ²±°¨ ±·q׫¨ ¦«¤µª¨ ³µ²§∏¦¨§©µ²° º¤¯®¬±ª²± §¬©2
©¨µ¨±·¶∏¥¶·µ¤·¨¶¤±§©µ²° º¬±ª√¬¥µ¤·¬²±¥¼ °¤¯¨²© Χλανιαϖαριεγατα º¤¶°¨ ¤¶∏µ¨§q׫¨ ¦¤∏¶¨¶¤±§³µ¬±¦¬³¯ ¶¨²©·«¨ ¦«¤µª¨
¦¤µµ¬¨§¥¼¬±¶¨¦·¶º¨ µ¨ ¤¯¶²§¬¶¦∏¶¶¨§q
Κεψ ωορδσ} Œ±¶¨¦·o∞¯ ¦¨·µ¬¦¦«¤µª¨ oƒµ¤¦·¤¯ ³µ²³¨µ·¼o„©©¨¦·¬±ª©¤¦·²µ
从 xs年代起就有对生物体器官本身的极化存储进行检测的结果 o但是这些研究都是离体的生物器
官k例如将牛 !犬和啮齿动物宰杀后取出其骨骼 o或从活体鱼身上取出其侧线鳞等l来做实验k吴宗汉 o
t||t ~t||u ~t||v ~t||x¤~t||x¥l o这种特性虽是表征了生物体的某些特怔 o但对了解生物体活体本身的自
身带电性及其对生物体生命过程 !生活的影响并未能深入或提供更多的信息 ∀在大袋蛾性信息素加病
毒诱芯技术的研究中k赵博光 ot||y¤~t||y¥l o我们观测到雄蛾带电的现象 o进而对昆虫带电特性进行测
量研究 ∀测量不仅对了解昆虫带电特性及其本质有意义 o而且 o在研究清楚昆虫带电规律的基础上可以
利用这些规律用于害虫的防治 o例如我们已报道了性信息素加病毒诱芯技术的原理和林间防治大袋蛾
的可行性k赵博光 ot||y¤~t||y¥~t||tl ∀如果我们将大袋蛾 ‘°∂ 病毒结晶设法带上与大袋蛾雄蛾相反
的电荷 o那么就会大大增加雄蛾携带病毒的数量 o提高该方法防治害虫的效果 ∀当然如果将杀虫剂制做
成带电颗粒或雾滴也会使带电的害虫接受更多杀虫剂 o提高其杀虫效率 o同时又会降低对环境的污染 o
其应用还不止这些方面 ∀因此昆虫带电不仅是基础理论问题 o同时又有广阔的应用前景 ∀
t 实验
本实验分为 v个部分 o一是昆虫自身静止带电特性的测量 ∀本实验选择了常见的一些昆虫的成虫
进行测量对比以研究其静止带电特性 ~二是考虑到昆虫在运动过程中与环境的相互关系 o又测量羽化的
大袋蛾在不同材质的材料上爬行时所产生的静电 ~三是测量了羽化后大袋蛾振翅时 o由于翅的振动与周
围空气摩擦而使其自身产生的静电 ∀
t1t 昆虫自力静止电特性的检测
动电容静电计是利用振动电容来变换直流讯号为交流讯号 o从而实行交流放大 o放大后的讯号通过
图 t 昆虫静电特性测量原理图
ƒ¬ªqt ⁄¬¤ªµ¤° ²©·«¨ ³µ¬±¦¬³¯¨²© ° ¤¨¶∏µ° ±¨·
t特制的法拉第筒 ou高灵敏度的动电容静电计的
前置放大器 ov动电容静电计主体 ∀
t q·«¨ ¶³¨¦¬¤¯ ƒ¤µ¤§¤¼ ¦¤ª¨ ou q·«¨ ©µ¤±·¤°³¯¬©¬¨µ©²µ·«¨
¨¯ ¦¨·µ²¶·¤·¬¦° ·¨¨µ²©«¬ª«¶¨±¶¬·¬√¨ √¬¥µ¤·¬±ª¦¤³¤¦¬·²µo
v q׫¨ °¤¬± ¥²§¼ ²©·«¨ ¨¯ ¦¨·µ²¶·¤·¬¦° ·¨¨µ²©√¬¥¨µ¤·¬±ª
¦¤³¤¦¬·²µq

相敏检波器再变换成直流信号 o并利用负反馈原理 o将直流讯
号的一部分或全部反馈至输入端而放大成可读的指示值的 ∀
实验测量中 o我们把活体昆虫直接放入法拉第筒中 o由于
昆虫自身带电 o从法拉第筒引出的导线上则有微弱的电压信
号 o即 }
ς¬± € Θ¬±¶¨¦·ΧΦ
式中 oΘ¬±¶¨¦·为昆虫自身带电量 ~ΧΦ 为法拉第筒固有电容量 ~
ς¬±为输入电压值 ∀
ς¬±实际上是一个很小的微弱直流信号 o难以直接检测 o
使用前置放大器中的振动电容后 o可以把直流输入变为交流
输出如图kul所示 ∀
图 u 振动电容变直流为交流原理图
ƒ¬ªqu ⁄¬¤ªµ¤° ²© „≤ ·² ⁄≤ ∏¶¬±ª
√¬¥µ¤·¬±ª¦¤³¤¦¬·²µ
如图输入直流电压
为 ς¬± o由 Α2Β 端输入 o
则累积在振动电容 ≤√ 上的电荷 ± 上的电荷为 }
Θ € Χϖ # ς¬±
当振动电容有规则地改为 ≤√ 时 o则电荷必然随之而发生变
化 o这样 ≤√ 的变化不能使振动电容上的电压随之而变化 o则要加
上藕荷电阻µ¬o且µ¬应满足如下条件 }
uΠριΧϖ  tφs
其中©s 为振动电容的驱动频率 ∀
如果在振动电容上有 ± 电量时 o振动电容两极片上电压为 ∂ o当满足上述的条件时 o则 ≤√ 上的电压
随电容量的变化而变化 o即有 }
∃ς
ς € p
∃Χϖ
Χϖ
又若 Χϖ是以正弦函数形式变化时 o即 }
Χϖ € Χst n ±Ξs τ
式中 ¬为电极板间距的变化幅值 ~≤s 为 ≤√ 的静电容量 ∀
由一般的电路知识可知 o通过 Χχφ电容在输出端呈现的交流成分的有效值 ∂ 为 }
ς € ς¬± Ξ #¶¬±Ξs τ
转换效率 }
Γ € ςς¬±
该交流讯号经过电路处理后得到放大 o并再由相敏放大器变换为直流信号而指示出来 o因而由该读
数可得出电压指示值 o从而可得昆虫自身电荷电量值 o这样亦即可得昆虫自身的电量的数值 ∀
使用硅胶在室温下将虫体干燥至恒重得干燥虫体净重值 ∀
t1u 大袋蛾雄蛾爬行诱导产生的静电荷电量
为测量大袋蛾雄蛾在不同介质上爬行后诱生静电的带电量 o我们首先让其分别在 Φw 板 !玻璃 !纸
片 !石蜡 !金属k敷铜板l上爬行数 us χµ 后 o再按 t1t所述方法测量 ∀
t1v 大袋蛾飞行振翅过程的诱生静电的测量
s{ 林 业 科 学 vz卷
为了研究大袋蛾振翅过程中产生静电的情况我们采用了两端开通的法拉第筒 o筒内层粘有一块与
罩体相绝缘的发泡塑料 o若用大头针将雄性大袋蛾固定在其上时 o由于大袋蛾不断振翅 o它就会与周围
空气摩擦而产生静电 ∀由于蛾翅产生静电与空气产生的静电是等量异号 o不可能有显示值的变化 ∀我
们在筒的一端安装一微型吹风机 o使筒内空气流通 o筒内产生的带电空气就会被吹离筒体内部 ∀这样就
出现了振翅前后的数值之差 ∀
本实验中 o法拉第筒的电容值的 ttxsΠΦ∀对原实验装置进行了改装 o具体如图形所示 ∀
图 v 测量大袋蛾振翅时与空气摩擦带电
的装置
ƒ¬ªqv ׫¨ ¤³³¤µ¤·∏¶²© ° ¤¨¶∏µ¬±ª·«¨ ¨¯ ¦¨·µ¬¦
¦«¤µª¨ ²±·«¨ °¤¯¨ Χλανια ϖαριεγατα º¬·« º¬±ª
√¬¥µ¤·¬±ª¤±§µ∏¥¥¬±ª º¬·«¤¬µ
t1微型吹风机 ou1 绝缘塑料 ov1 雄性大袋蛾 ow1
测量装置 ox1 两端开通的法拉第筒 ∀
t1°¬¦µ²2°²·²µou q¬±¶∏¯¤·²µov q°¤¯¨ Χλανια ϖαριεγατα o
w q·«¨ ¤³³¤µ∏·∏¶ox qƒ¤µ¤§¤¼ ¦¤ª¨ º¬·«·º² ±¨§¶²³¨ ±
u 结果
u1t 几种常见的昆虫的带电
我们对几种常见昆虫带电及与体重的关系进行了测量和
计算 o结果如表 t ∀表 t的结果说明活体昆虫自身都带有不
同的电量 ∀一般情况下 o昆虫的静止带电量在几十到几百皮
库量级 o且绝大多数带负电荷 o其电荷Π质量的比值在 tsp z ∗
tsp x量级范围内 o个别昆虫带正电荷 ∀使用硅胶在室温下将
蜜蜂干燥一周以上k至恒重l o以除去昆虫体内自由水 ∀测得
虫体干净重 o它和虫体体重的差值为虫体内自由水的重量 o该
值与虫体的自身体重相比较 o可见它与荷电无相关性 o因而可
推知虫体自身的荷电不是单纯由虫体内自由水的多少而形成
的 ∀
我们利用求得的电荷Π质量的比值对数值与所带电荷作
图k或用电荷Π质量比与所带电荷作双对数图l可以发现其 }≠
电荷Π质量的比值并不是一个常数 ~ 电荷Π质量的比值的对
数与所带电荷量k或质量l是成一定的线性关系 o即是有分形
表 1 几种常见昆虫的带电情况
Ταβ .1 Τηε ελεχτριχ χηαργε οφ σοµε χοµ µ ν ινσεχτσ
拉丁名和所属目
’µ§¨µ¤±§¤·¬± ±¤°¨
自身荷电量
∞¯ ¦¨·µ¬¦¦«¤±ª¨
k ≅ tstu l´
虫体体重
• ¬¨ª«·
k ≅ tsp y®ªl
虫体干净重
⁄µ¼ º ¬¨ª«·
k ≅ tsp y®ªl
电荷量Π质量
≤А
k ≅ t Π´®ªl
中华蜜峰 Απισ χερανα Φαβριχιυσk‹¼° ±¨²³·¨µ¤l p vsw {t qsx t| q{s v qzx ≅ ts
y
马兜铃凤蝶 Σεριχενυστελαµον⁄²±²√¨ ±k¨³¬§²³·¨µ¤l p u{t x{ qsx ty qxx w q{s ≅ ts
y
冬亚链纹眼蝶 Ψπτηιµα µοτσχηυλσκψι νιπηονιχα∏µ¤¼¤°¤k¨³¬§²³·¨µ¤l p uxx us q{s { qss t quz ≅ ts
x
玉带凤蝶 Σεριχενυστελαµεν ∆ονοϖενk¨³¬§²³·¨µ¤l p vyt tzx qws yv qxx u qt ≅ ts
y
纹蓝小晴 ∆ιπλαχοδεστριϖιαλισ •¤°¥∏µk’§²±¤·¤l p xyt wvw qwt tx{ qys t qu| ≅ ts
y
臀钩土蜂 Τιπηια βισεχυλατα k‹¼° ±¨²³·¨µ¤l p vwt yv q{w vu qsx w q|u ≅ tsy
中华大刀螳 × ±¨²§¨µ¤¶¬±¨ ±¶¬¶≥¤∏¶¶∏µ¨k¤±·²§¨¤l p wyw tvxx qyt vwy qws v qwu ≅ ts
z
日本绿螽 Ηολοχηλοραϕαπονιχα …µ∏±±¨ µ√²±• ¤·¨±º¼¯ k’µ·«²³·¨µ¤l n ws{ uts qv| xy qvx t q|w ≅ ts
y
稻纵卷叶螟 Χναπηαλοχροχισ µεδιναλισ Š∏¨ ±¨ ¨k¨³¬§²³·¨µ¤l p tz| x qwy w q|x v qu{ ≅ ts
x
t{ u期 赵博光等 }昆虫带电特性及影响因子
特性的 ∀即 }
Θ€ Αk ΘΠµlp ∆
µ € Βk ΘΠµlp Ε
ΘΠµ € ≤°p Φ
式中 oΘ为带电量 oµ 为昆虫质量 oΑoΒ oΧ为常数 o∆ oΕ oΦ为分数维数 ∀
图 w 静止带电的分形特性图
ƒ¬ªqw ⁄¬¤ªµ¤° ²©©µ¤¦·¤¯ ³µ²³¨µ·¼ ²©
¶·¬¯¯ ¨¯ ¦¨·µ¬¦¦«¤µª¨

上 v式是等效的 o现利用计算机计算可求其中 t式如 }Β € z qwt ≅
tsp tt oΕ € t qs{ws|
u1u 大袋蛾雄蛾在不同介质上爬行对其携带电荷的影响
本实验测量了大袋蛾在不同介质上爬行后携带的诱生带电的情
况 o结果见表 u ∀
表 2 大袋蛾雄蛾爬行诱生静电的带电电量( ≅ 10 − 12库)
Ταβ .2 Τηε ελεχτριχ χηαργε ρεσυλτεδ φροµ ωαλκινγ βψ Χλανια ϖαριεγατα( ≅ 10 − 12 θ)
ƒw板
ƒw ³¯¤·¨
玻璃
Š¯¤¶¶
纸片
°¤³¨µ
石蜡
• ¤¬
金属k敷铜板l
°¯¤·¨¦²¤·¨§
º¬·«¦²³³¨µ
被测虫数
ר ¶·¨§¬±¶¨¦·±∏°¥¨µ us us us us us
平均值 ?标准差
°¨ ¤±? ≥q⁄q ywq||? wxqvw tyqzz? tyqzz t|qwx? t|qwx yxquw? vuqyz txqsu? |q{u
u1v 大袋蛾雄蛾振翅诱生静电的测量
对大袋蛾雄蛾周振翅诱生的静电电荷进行了测量和计算 o其结果见表 v ∀
表 3 大袋蛾振翅诱生静电的带电测量结果 ≠
Ταβ .3 Τηε ελεχτριχ χηαργε ρεσυλτεδ φροµ ωινγ ϖιβρατινγ βψ Χλανια ϖαριεγατα
静止时电值
≥·¬¯¯ ³²·¨±·¬¤¯ k°√l
振翅时电值
°²·¨±·¬¤¯ º¬·« º¬±ª
√¬¥µ¤·¬±ªk°√l
振翅诱生电位值
°²·¨±·¬¤¯ µ¨¶∏¯·¨§©µ²°
º¬±ª√¬¥µ¤·¬±ªk°√l
电荷值
∞¯ ¦¨·µ¬¦¦«¤µª¨ k ≅ tstu l´
测定次数
‘∏°¥¨µ²© ° ¤¨¶∏µ¨°¨ ±· tu tu tu tu
平均值 ? 标准差
°¨ ¤± ? ≥ q⁄q xz qux ? tu qty zz qzx ? t| qxz us qss ? tu qts uv qs ? tv q|t
≠计算中取电位值的绝对值进行运算 ∀ „¥¶²¯∏·¨ √¤¯∏¨¶º µ¨¨ ∏¶¨§º«¨ ± ¦¤¯¦∏¯¤·¬±ªq
由表 u和表 v的结果分析 o大袋蛾爬行和振翅均能诱生电荷 ∀昆虫爬行中的摩擦起电有随机特性 o
但实验结果表明 }若用绝缘特性很好的 ƒ p wk聚四氟乙烯l作为爬行通道其带电量为负者机率大 o玻璃 !
纸片 !蜡等作爬行通道时其带电量为正者的机率大 o表 u中的平均值及偏差值是取产生电量的绝对值来
整理的 ∀其平均值可显示出材质不同产生带电量的平均级关系 ∀绝缘性能好的其平均值大 o导电性能
好的平均值则小 ∀
v 讨论
近年来 o利用计算机研究生物生长的过程是一个引人入胜的新领域 o所得结果显示出了生物生长的
分形特征 ∀如植物的分形生长和节支支物的体重与体长的关系已有报道 o而本实验又表明昆虫自身带
电特性是具有分形特征的 o也就是说昆虫的质量与它本身的带电是有着一定分形规律 o随着昆虫质量变
大 o而其本身静止带电并非按线形规律变化 o受分形规律支配 o本文求得其分数维值 ∞为 ts{ws|见图 w ∀
该结果尚未见国内外报道 ∀
u{ 林 业 科 学 vz卷
在振翅过程中诱生的静电其标准误差较小 ∀刚羽化的大袋蛾振翅情况较为一致 o标准偏差较小 ∀
但较老的蛾子 o其振翅能力下降 o诱生的电荷较小 ∀个别测量中有出现负电荷的偶然现象 o可能是操作
者人体带电的影响 ∀这尚需再作实验证实 ∀
综上所述 o昆虫k包括大袋蛾l带电是由以下几方面原因造成的 }昆虫自身带电 ~昆虫在栖息处爬行
中与爬行通道摩擦而产生带电 ~昆虫振翅与周围空气摩擦而产生带电 ∀
从数量级关系看 o昆虫自身带电的影响较爬行 !振翅所产生电量的影响大些 ~爬行所产生的带电随
机性较大 o数据的标准误差也较大 o而振翅中由于需要人为将虫体固定 o可能有人为因素的影响 ∀
总之 o昆虫带电是一个值得深入研究的领域 ∀今后将深入进行跟踪生长检测 o动态检测等工作 o以
求能更进一步阐明昆虫带电的机理 o并能用于害虫的综合治理 ∀
参 考 文 献
吴宗汉 o卢 侃 1 生物驻极态 !生物驻极体及其相关问题 1自然杂志 ot||u otxkvl }tzz ∗ t{s
吴宗汉 1生物驻极体载流子特性分析 1生物物理学报 ot||v o|kvl }wz{ ∗ w{t
吴宗汉 1׫¨ ‘ƒ’ ¬±√¨ ¶·¬ª¤·¬²± ²± ¥¬²¨ ¯¨ ¦·µ¨·¨¶ ²©©¬¶«¶¦¤¯¨q生物物理学报 ot||x ottkwl }yu| ∗ yvu
吴宗汉 1水对生物驻极体猪骨压电系数 §vv测量的影响 1生物物理学报 ot||x ottktl }ttx ∗ ttz
赵博光 1大袋蛾核多角体病毒病状和毒力测量 1 南京林业大学学报 ot||v otzkwl }uu ∗ uy
赵博光 1性信息素加病毒诱芯技术的风洞试验 1 林业科学 ot||y ovukul }t{u ∗ t{z
赵博光 1性信息素加病毒诱芯技术的林间可行性试验 1 林业科学 ot||y ovukwl }vw{ ∗ vxv
• ∏²±ª«¤±o÷¬¨ ≥¬¶«∏±q„ ° ·¨«²§·² ° ¤¨¶∏µ¨ ¤√¨ µ¤ª¨ ¦«¤µª¨ §¨³·«¬± ¥¬²¨ ¯¨ ¦·µ¨·¨¶q²∏µ±¤¯ ²© ∞¯ ¦¨·µ²¶·¤·¬¦¨¶ot||t okttl }uwx ∗ uw|
v{ u期 赵博光等 }昆虫带电特性及影响因子