Name: 用于昆虫追踪的 Harmonic Radar 标签：重量轻、成本低、可访问性高 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-05-13T12:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 44 s
Description: 学习使用谐波雷达标签追踪昆虫行为与生态的方法。本研究展示如何利用肖特基二极管和镍钛诺线制作轻量化、低成本的追踪标签，并将其附着于昆虫胸部进行野外监测。该技术使昆虫学家能够有效研究小型昆虫的运动模式。

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我们谨感谢凯特·费尔班克斯和詹姆斯·斯奈德（佛罗里达州农业部） &amp;#38; 消费者服务）、Nicholas Manoukis（美国农业部农业研究局 PBARC）、James Yoder（东门诺大学）和 Stefano De Faveri（昆士兰农业与渔业部）对本实验方案的审阅。

1. 准备
<ol>
	<li>准备制作标签所需的所有材料：镍钛诺丝（小标签使用 0.0254 mm，大标签使用 0.0762 mm）、肖特基二极管（每个标签一个）、导电粘合剂（建议使用银导电环氧树脂以获得最大强度，轻质标签可使用银导电漆）以及用于切割金属丝和组装标签的 3D 打印夹具（参见材料表）。</li>
	<li>确保备有两种不同规格的镍钛诺丝，分别为 25 µm 和 75 µm，分别用于小标签和大标签。</li>
</ol>
2. 大标签
注意：本节介绍大型标签的组装。组装大型标签时，必须使用两根长度合适的天线导线（8.25 cm，以匹配收发器频率）。
<ol>
	<li>使用测量夹具和剪刀，将导线重复性地切割至所需长度（8.25 cm）。
	<ol>
		<li>首先，使用单面胶带将导线固定在夹具上。</li>
		<li>将导线缠绕在夹具上（最多 20–30 圈），保持轻微张力。</li>
		<li>使用剪刀在槽道内切断导线。所得导线长度为 8.25 cm。</li>
		<li>然后小心地将导线从圆柱体上取下。 
		注意：每个标签需要两根导线。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>准备二极管以便连接导线。
	<ol>
		<li>使用胶带将二极管封装固定在显微镜上。用镊子掀开盖子，并用双面胶带取出二极管。</li>
		<li>在封装上贴上双面胶带，以便轻松取下二极管。 
		注意：此时所有二极管均处于正确方向，电极朝上，便于天线焊接。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将带有二极管（电极朝上）的胶带固定在夹具上。在两侧平行放置卡纸，并抚平边缘，防止天线粘附到胶带上。</li>
	<li>在显微镜下，将导线与二极管对齐，准备连接，并&#160;调整导线位置，使其各自仅接触一个电极。 
	注意：导线不应同时接触两个电极。</li>
	<li>使用昆虫针将导电材料涂覆到每个电极上。确保电极接触点和导线均被覆盖。</li>
	<li>注意不要使导电材料在各电极之间扩散。如果导电材料混合或接触到另一根导线或电极，将显著降低标签的信号强度。</li>
	<li>根据需要重新涂抹导电材料，以牢固固定每根导线并确保电导性。</li>
	<li>让标签静置数小时，使导电材料充分固化。</li>
</ol>
3. 小标签
注意：本节介绍小型标签的组装。
<ol>
	<li>将导线剪成 4.1 cm 长。</li>
	<li>使用单面胶带将导线固定在夹具上，注意不要过度拉紧导线。</li>
	<li>将导线缠绕在夹具上，并用剪刀沿凹槽切断。 
	注意：每个标签需要两段上述制备好的导线。</li>
	<li>准备用于连接的二极管。在夹具上贴上双面胶带，用镊子将二极管转移至胶带上，保持其间有适当间距。</li>
	<li>在显微镜下确认二极管的接触面朝上，以便对齐导线与二极管。根据需要重新调整位置，并确保其被压紧在胶带上，防止在组装过程中移动。</li>
	<li>沿二极管方向贴上单面胶带，以抬高导线至接触点水平，防止导线粘附到底层胶带上。将胶带抚平，并将导线大致放置在二极管附近。</li>
	<li>在显微镜下小心地将导线放置在每个接触点上，避免导线重叠。</li>
	<li>在接触点和导线上涂抹导电材料，并确保导电材料不会流动合并或淹没二极管表面。</li>
	<li>让标签&#160;静置数小时，使导电材料充分固化。</li>
</ol>
4. 大型标签附着——昆士兰长角甲虫（QLB）
<ol>
	<li>穿戴适当的个人防护装备以防止紫外线暴露（建议佩戴护目镜）。</li>
	<li>固定甲虫以方便接触粘贴部位。轻轻握住甲虫，并对其施加轻微压力使其紧贴桌面。</li>
	<li>在粘贴部位滴加一滴紫外光固化胶。</li>
	<li>调整标签方向，使二极管的电极接触面朝下，贴附于胸部。</li>
	<li>确认标签位置合适后，从多个角度使用紫外光照射，总照射时间为5至10秒，以固化胶水。此前已有研究使用该紫外光固化胶将标签粘附于较大的昆虫，未观察到紫外线暴露产生明显负面影响11。</li>
</ol>
5. 小型标签附着——实蝇科果蝇
<ol>
	<li>穿戴适当的个人防护装备以防止紫外线暴露（建议佩戴护目镜）。</li>
	<li>将果蝇置于 4 oC 下进行麻醉。通常情况下，果蝇在 10–15 分钟后停止活动。</li>
	<li>挤出一滴胶水，将标签的二极管&#160;浸入紫外光固化胶中。确保在胶水中滚动二极管，以实现完全覆盖。注意避免过多胶水粘附到导线上。</li>
	<li>用拇指和食指固定昆虫，以便暴露粘贴部位。</li>
	<li>调整标签方向，将其纵向放置在果蝇胸部的背侧。前后移动标签以铺展胶水，确保牢固粘接。注意不要将胶水沾到头部或翅膀上。</li>
	<li>当确认标签位置合适后，使用紫外灯固化胶水。已有多个研究使用这种紫外光固化胶将标签粘附于果蝇，未观察到紫外线暴露的明显负面影响6,10,12,13。</li>
</ol>
6. 获取信号
<ol>
	<li>在附着标签后测试昆虫的飞行能力。可通过飞行管进行测试。</li>
	<li>随后让果蝇起飞进入其栖息环境。</li>
	<li>使用收发器（见材料表）接收来自大型和小型昆虫的信号。 
	注意：当收发器与标签对齐时，会发出声音；当收发器旋转90度时，由于标签与收发器未对齐，将接收到微弱信号或无信号。</li>
</ol>

<ol><li>Lennox, R. J., Blouin-Demers, G., Rous, A. M., Cooke, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracking+invasive+animals+with+electronic+tags+to+assess+risks+and+develop+management+strategies%5BTitle%5D)+AND+%22Biol+Invas%22%5BJournal%5D)">Tracking invasive animals with electronic tags to assess risks and develop management strategies.</a> Biol Invas. 18, 1219-1233 (2016).</li>
<li>Batsleer, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+neglected+impact+of+tracking+devices+on+terrestrial+arthropods%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Ecol+Evol%22%5BJournal%5D)">The neglected impact of tracking devices on terrestrial arthropods.</a> Methods Ecol Evol. 11 (3), 350-361 (2020).</li>
<li>Ultra-miniature bluetooth tag with antenna on package for red palm weevil tracking. Bilal, R. M., Reyes, Z. L., Shamim, A. 2021 1st International Conference on Microwave, Antennas & Circuits (ICMAC), , 1-3 (2021).</li>
<li>Daniel Kissling, W., Pattemore, D. E., Hagen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Challenges+and+prospects+in+the+telemetry+of+insects%5BTitle%5D)+AND+%22Biol+Rev%22%5BJournal%5D)">Challenges and prospects in the telemetry of insects.</a> Biol Rev. 89 (3), 511-530 (2014).</li>
<li>Nunes-Silva, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applications+of+RFID+technology+on+the+study+of+bees%5BTitle%5D)+AND+%22Insect+Soc%22%5BJournal%5D)">Applications of RFID technology on the study of bees.</a> Insect Soc. 66, 15-24 (2019).</li>
<li>Miller, N. D., Yoder, T. J., Manoukis, N. C., Carvalho, L. A., Siderhurst, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Harmonic+radar+tracking+of+individual+melon+flies%2C+Zeugodacus+cucurbitae%2C+in+Hawaii%3A+Determining+movement+parameters+in+cage+and+field+settings%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Harmonic radar tracking of individual melon flies, Zeugodacus cucurbitae, in Hawaii: Determining movement parameters in cage and field settings.</a> PLoS One. 17 (11), e0276987(2022).</li>
<li>Lövei, G. L., Stringer, I. A., Devine, C. D., Cartellieri, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Harmonic+radar+-+A+method+using+inexpensive+tags+to+study+invertebrate+movement+on+land%5BTitle%5D)+AND+%22NZ+J+Ecol%22%5BJournal%5D)">Harmonic radar - A method using inexpensive tags to study invertebrate movement on land.</a> NZ J Ecol. , 187-193 (1997).</li>
<li>Riley, J. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRiley%2C+JR+%22Adaption+of+harmonic+radar+for+tracking+tsetse+flies%22">Adaption of harmonic radar for tracking tsetse flies</a>. , Natural Resources Research Institute. (1995).</li>
<li>O'Neal, M. E., Landis, D., Rothwell, E., Kempel, L., Reinhard, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracking+insects+with+harmonic+radar%3A+A+case+study%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+Entomol%22%5BJournal%5D)">Tracking insects with harmonic radar: A case study.</a> Am. Entomol. 50 (4), 212-218 (2004).</li>
<li>Hurst, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracking+and+modeling+the+movement+of+Queensland+fruit+flies%2C+Bactrocera+tryoni%2C+using+harmonic+radar+in+papaya+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Tracking and modeling the movement of Queensland fruit flies, Bactrocera tryoni, using harmonic radar in papaya fields.</a> Sci Rep. 14 (1), 17521(2024).</li>
<li>Siderhurst, M. S., Murman, K. M., Kaye, K. T., Wallace, M. S., Cooperband, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radio+telemetry+and+harmonic+radar+tracking+of+the+spotted+lanternfly%2C+Lycorma+delicatula+%28white%29%28Hemiptera%3A+Fulgoridae%29%5BTitle%5D)+AND+%22Insects%22%5BJournal%5D)">Radio telemetry and harmonic radar tracking of the spotted lanternfly, Lycorma delicatula (white)(Hemiptera: Fulgoridae).</a> Insects. 15 (1), 17(2023).</li>
<li>Tomerini, J. M., De Faveri, M. G., De Faveri, S. G., Wright, C., Siderhurst, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impacts+of+harmonic+radar+tagging+on+the+flight+ability+of+male+Bactrocera+tryoni+and+Bactrocera+jarvisi+%28Diptera%2C+Tephritidae%29%5BTitle%5D)+AND+%22Austral+Entomol%22%5BJournal%5D)">Impacts of harmonic radar tagging on the flight ability of male Bactrocera tryoni and Bactrocera jarvisi (Diptera, Tephritidae).</a> Austral Entomol. 64 (1), e12728(2025).</li>
<li>Welty Peachey, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wind+effects+on+individual+male+and+female+Bactrocera+jarvisi+%28Diptera%3A+Tephritidae%29+tracked+using+harmonic+radar%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Entomol%22%5BJournal%5D)">Wind effects on individual male and female Bactrocera jarvisi (Diptera: Tephritidae) tracked using harmonic radar.</a> Environ Entomol. , nvae108(2024).</li>
<li>Mascanzoni, D., Wallin, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+harmonic+radar%3A+A+new+method+of+tracing+insects+in+the+field%5BTitle%5D)+AND+%22Ecol+Entomol%22%5BJournal%5D)">The harmonic radar: A new method of tracing insects in the field.</a> Ecol Entomol. 11 (4), 387-390 (1986).</li>
<li>Boiteau, G., Colpitts, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+potential+of+portable+harmonic+radar+technology+for+the+tracking+of+beneficial+insects%5BTitle%5D)+AND+%22IInt+J+Pest+Manag%22%5BJournal%5D)">The potential of portable harmonic radar technology for the tracking of beneficial insects.</a> IInt J Pest Manag. 50 (3), 233-242 (2004).</li>
<li>Maggiora, R., Saccani, M., Milanesio, D., Porporato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+innovative+harmonic+radar+to+track+flying+insects%3A+The+case+of+Vespa+velutina%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">An innovative harmonic radar to track flying insects: The case of Vespa velutina.</a> Sci Rep. 9 (1), 11964(2019).</li>
<li>Milanesio, D., Saccani, M., Maggiora, R., Laurino, D., Porporato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+upgrades+of+the+harmonic+radar+for+the+tracking+of+the+Asian+yellow-legged+hornet%5BTitle%5D)+AND+%22Ecol+Evol%22%5BJournal%5D)">Recent upgrades of the harmonic radar for the tracking of the Asian yellow-legged hornet.</a> Ecol Evol. 7 (13), 4599-4606 (2017).</li>
<li>Ala, R., Rouse, C. D., Colpitts, B. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+Extra+low-mass+harmonic+radar+transponder+for+insect+tracking+applications%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Radar+Syst%22%5BJournal%5D)">An Extra low-mass harmonic radar transponder for insect tracking applications.</a> IEEE Trans Radar Syst. 1, 146-154 (2023).</li>
<li>Riley, J., Smith, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+considerations+for+an+harmonic+radar+to+investigate+the+flight+of+insects+at+low+altitude%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+Electron+Agric%22%5BJournal%5D)">Design considerations for an harmonic radar to investigate the flight of insects at low altitude.</a> Comput Electron Agric. 35 (2-3), 151-169 (2002).</li>
</ol>

我们没有需要披露的利益冲突。

在本实验方案中，我们描述并演示了如何制备两种尺寸的谐波雷达标签。此外，我们还展示了如何使用紫外固化胶将这些标签粘附到昆虫体表，并演示了收发器的信号强度。本方案经过优化，可在仅需最少专用实验设备的情况下，高效地批量制备低成本的谐波雷达标签。同时，该方案适用于具备在解剖显微镜下操作物体经验的研究人员。我们建议初次尝试制备标签的研究人员从较大的标签开始，以掌握二极管操作及导电胶涂敷的技能。这些操作起初可能较难，但根据我们的经验（已指导超过20人），学习曲线较为平缓，研究人员通常能够较快地掌握技术，进而高效且可重复地制备更小的标签。
虽然展示了两种标签尺寸的制备，但我们还制作了带有中等尺寸二极管的标签6，使用较细和较粗直径的镍钛诺金属丝。不同的应用，例如昆虫的体型大小和所需的探测范围，会影响&#160;二极管和导线尺寸的选择。
本方案中使用的标签设计比其他用于追踪昆虫的标签更为简单15,16,17,18一种常用的设计是在天线中设置一个环路，从而形成直流短路&#160;穿过二极管18,19天线带有环状结构的标签通常垂直安装在昆虫胸部，而不是像本方案中所示的纵向安装。垂直方向可能有助于昆虫飞行时标签与接收器之间实现更好的对齐（因为昆虫通常不会横向飞行）&#160;倒挂或腿部朝向侧面飞行）。然而，垂直的标签朝向会使标签的质量中心远离昆虫的质心，从而可能对平衡和飞行能力产生更大的影响。

利用追踪装置研究脊椎动物的活动长期以来一直是收集哺乳动物、鸟类和鱼类等较大型动物行为与生态数据的标准方法，此类追踪主要采用无线电遥测和GPS追踪技术1。然而，直到最近，由于必须附着在动物身上的追踪装置体积和质量过大，这些追踪方法一直无法应用于昆虫学研究2。应用于昆虫追踪的技术包括无线电遥测、蓝牙、射频识别（RFID）和谐波雷达2,3。其中，无线电遥测是目前追踪较大型昆虫使用最广泛的方法2。该方法具有较长的检测范围，并能为每只被追踪昆虫提供独特的信号。然而，该方法所需的标签成本高昂，保存寿命和野外使用时间有限，且重量较大，通常至少为150 mg。蓝牙技术目前发展程度最低，其标签虽比无线电遥测标签更小，但作用距离也更短3。RFID标签体积非常小，价格低廉，但作用距离最短（通常仅几毫米）4。使用RFID标签标记昆虫最常见于研究蜜蜂工蜂进出蜂巢的行为5。相比之下，谐波雷达标签的重量至少比无线电遥测标签轻一个数量级，成本低，且具备允许在野外追踪更小型昆虫的检测范围6（图1）。
谐波雷达使用一种收发器，该收发器发射信号以激发昆虫携带的标签，并接收标签返回的频率倍增信号7,8,9（图2）。尽管已有许多研究描述了将谐波雷达标签用于中等体型昆虫的案例6,10,11,12,13，但尚无关于如何制作此类标签的完整演示。本文提供了制作两种不同尺寸谐波雷达标签的分步说明，每种标签均由肖特基二极管和镍钛诺金属丝构成。较小的标签更轻，适用于体型较小的昆虫6，而较大的标签作用距离更远，适合体型较大的昆虫11。镍钛诺金属丝是设计中的关键组件，因其具有良好的柔韧性，可使标记昆虫相对自由地活动；同时它还能迅速恢复至直线状态，从而实现最大化的信号回传6,10,11。我们还展示了市售收发器的应用（见下文“信号获取”部分），该设备原本用于野外救援7,9,14。低成本的标签与市售收发器相结合，使这种昆虫追踪技术对研究昆虫行为与生态的昆虫学家而言极具可及性。本文中，我们&#160;介绍&#160;标签&#160;的制作方法、标签在昆虫体上的附着、对标记昆虫的追踪过程，并提供&#160;一些典型的追踪结果。

<table><tbody><tr><td>大型组装夹具</td><td></td><td>https://www.thingiverse.com/thing:6784793</td><td></td></tr><tr><td>大型线材夹具</td><td></td><td>https://www.thingiverse.com/thing:6784784</td><td></td></tr><tr><td>Nitinol 导线（小型）</td><td>Fort Wayne Metals (Fort Wayne, IN, USA)</td><td>17822174</td><td></td></tr><tr><td>RECCO R9 手持式探测器</td><td>RECCO AB (Lidingo&lt;sup&gt;&amp;middot;&amp;middot;&lt;/sup&gt;, 瑞典)</td><td></td><td>工作频率：欧洲，866.9 MHz（发射），1733.8 MHz（接收）；美国，902.85 MHz（发射），1805.7 MHz（接收）</td></tr><tr><td>射频肖特基二极管（小型）</td><td>MACOM Technology Solutions (Lowell, MA, USA)</td><td>MA4E2501L-1290</td><td>通过 Richardson RFPD 购买</td></tr><tr><td>肖特基二极管（大型）</td><td>RECCO AB (Lidingo&lt;sup&gt;&amp;middot;&amp;middot;&lt;/sup&gt;, 瑞典)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>银导电环氧胶粘剂</td><td>MG Chemicals</td><td>12642-14&amp;nbsp; (Amazon: 8331D)</td><td>通过 Amazon 购买</td></tr><tr><td>小型组装夹具</td><td></td><td>https://www.thingiverse.com/thing:6784791</td><td></td></tr><tr><td>小型线材夹具</td><td></td><td>https://www.thingiverse.com/thing:6784775</td><td></td></tr><tr><td>超弹性 Nitinol 导线（大型）</td><td>McMaster-Carr (Brookpark, Ohio, USA)</td><td>8320K31</td><td>直径 0.003&quot;，长度 30 英尺</td></tr><tr><td>Ted Pella 公司银导电环氧树脂</td><td>Thermo Fisher Scientific (Waltham, MA, USA)</td><td>NC9959045</td><td></td></tr><tr><td>紫外光固化胶</td><td>Bondic (Niagara Falls, NY, USA)</td><td></td><td>通过 Amazon 和/或 Bondic 官网 (notaglue.com) 购买</td></tr></tbody></table>

用于昆虫追踪的谐波雷达标签：轻量化、低成本且易于获取

Harmonic Radar Tags for Insect Tracking: Lightweight, Low-cost, and Accessible

利用追踪设备监测动物活动长期以来一直是研究脊椎动物行为与生态学的标准方法。直到最近，由于必须附着在昆虫身上的追踪设备体积和质量过大，这些追踪技术一直无法应用于昆虫学研究。应用于昆虫追踪的技术包括无线电遥测、蓝牙、射频识别（RFID）和谐波雷达。其中，无线电遥测是追踪较大型昆虫最常用的方法，其优势在于具有较长的探测距离，并能为每只被追踪昆虫提供独特的信号，但其标签成本高昂，使用寿命有限（包括储存寿命和野外使用时间），且重量较大，通常至少为150毫克。相比之下，自1986年起首次使用的谐波雷达标签重量至少轻一个数量级，成本低廉，且具备足够的探测范围，可用于在野外追踪多种体型较小的昆虫。本文中，我们将展示一种市售的、专为野外救援设计的收发器在昆虫追踪中的应用。结合低成本的标签与市售收发器，该昆虫追踪技术将极大提升昆虫行为与生态学研究人员对该技术的可及性。在本文中，我们将介绍标签的制作、将标签附着于昆虫个体、对已标记昆虫进行追踪的过程，并展示&#160;一些典型的追踪结果。

检测范围和标签尺寸可能是昆虫追踪标签的两个最重要特征。本文展示了本研究所制备的大尺寸和小尺寸标签的最大检测距离的代表性结果。最大检测距离的测定方法是将标签用双面胶纵向固定在一根粗木杆（约1.5 m）上，然后将收发器逐渐远离标签，直到无法听到标签信号为止，以此确定可检测到信号的最大距离。每种尺寸的标签均在开阔场地中测试了10个样本。较大标签的最大检测距离约为较小标签的四倍（表1）。在实际野外条件下，标签与收发器之间的未对准以及植被干扰通常会降低检测距离。根据我们的经验，在果树田间作业时，我们通常假设较大标签的检测距离约为10 m，较小标签的检测距离约为5 m。
最后，我们希望分享一项针对昆士兰长角甲虫（QLB）的代表性追踪研究结果。本研究旨在探究QLB的移动生态学特征，因为目前关于成年甲虫在环境中活动区域的信息十分有限。由于这类甲虫具有隐蔽性，若无诸如谐波雷达（HR）之类的追踪技术，很难在自然环境中定位它们。该研究在夏威夷大岛的一片 kukui 树（Aleurites moluccana）林中进行。研究过程中，多只甲虫被标记后释放，并利用本文前述的追踪技术进行定位。其中一只甲虫在10天内的移动路径示例见图4。请注意，该甲虫被追踪至多个位置，包括高处的kukui树冠以及枯叶中。这是本研究的一项重要发现。由于QLB具有高度隐蔽性，农民常常询问这些甲虫在树体周围“藏匿”于何处。通过追踪个体QLB，我们确定甲虫常隐藏于干枯叶片中，因此难以被发现。本研究为了解QLB成虫在白天的停留位置以及夜间的活动模式提供了重要的新见解。
<img alt="昆虫追踪系统比较：无线电遥测、谐波雷达、RFID；范围、成本、质量详情。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67812/67812fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图1"> 
图1：常用于追踪昆虫的设备比较。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67812/67812fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="收发雷达示意图；出射与返回信号；回声定位过程；昆虫检测。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67812/67812fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图2"> 
图2：谐波雷达通过发射某一频率的信号（蓝色），然后接收返回的频率倍增信号（红色）来工作。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67812/67812fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="收发器对齐示意图，标签对齐时信号最强，未对齐时信号弱。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67812/67812fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 3"> 
图3：信号强度与标签和收发器的相对方向有关。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67812/67812fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="公园环境中显示树叶、树枝和树干等标注部分的树冠示意图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67812/67812fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 4"> 
图 4：在夏威夷榄仁树中追踪单只昆士兰长角甲虫的代表性结果。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67812/67812fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>大型标签</td>
			<td>小型标签</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>64 ± 1 m</td>
			<td>12 ± 1 m</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表1：昆虫谐波雷达标签的最大探测距离（均值 ± 标准误，m）（N = 10）。

本方案介绍了用于昆虫的谐波雷达标签的制备、附着与追踪方法。

使用追踪设备来记录动物活动长期以来一直是研究脊椎动物行为与生态学的标准方法。直到相对较近……

利用追踪设备监测动物活动长期以来一直是研究脊椎动物行为与生态学的标准方法。然而，直到最近，由于必须附着在昆虫身上的追踪设备体积和质量过大，这些追踪技术一直无法应用于昆虫学研究。用于昆虫追踪的技术包括无线电遥测、蓝牙、射频识别（RFID）以及谐波雷达。在这些方法中，无线电遥测是追踪较大型昆虫最常用的方法。它具有较长的探测距离，并能为每只被追踪的昆虫提供独特的信号，但需要使用昂贵的标签，这些标签的保存寿命和野外使用时间有限，且重量较大，通常至少为150毫克。相比之下，谐波雷达标签的重量至少轻一个数量级，成本低廉，且具备足够的探测范围，可用于在野外追踪多种体型较小的昆虫。谐波雷达使用收发器，该收发器既发射信号以激发昆虫携带的标签，又接收标签返回的频率倍增信号。我们将演示如何制作两种尺寸的谐波雷达标签，每种标签均由肖特基二极管和镍钛诺丝构成。镍钛诺丝是设计中的关键组件，因为这种金属丝具有柔韧性，可使被标记昆虫相对自由地活动，并且能够轻易恢复至直线状态，从而实现最大信号回传。我们还将演示使用一款市售的收发器，该设备原本用于野外救援。低成本的标签与市售收发器相结合，使这种昆虫追踪技术对希望研究昆虫行为与生态的昆虫学家而言具有很高的可及性。我们将简要介绍标签的制作、将标签附着于昆虫的方法、对这些标记昆虫的追踪过程，并为您提供一些典型的追踪结果。以下是制作标签所需的材料，包括两种不同的导线、不同尺寸的二极管，以及多种导电材料。根据我们的经验，银环氧树脂是强度最高且最有效的方法，但也可使用其他材料。此处展示了分别用于小型和大型标签的不同直径的镍钛诺导线。以下是我们将用于标签的两种不同尺寸的二极管。这些是组装标签所需的工具。3D 打印的夹具将用于导线切割和标签组装。请注意附带的 3D 打印设计文档。首先，我们将展示大型标签的组装过程。标签组装中的一个关键组件是天线的正确长度，大型标签的天线长度为 8.25 厘米。测量夹具用于方便且可重复地将导线切割至所需长度。首先，我们将导线用胶带固定在夹具上，保持轻微张力将导线缠绕在夹具上，然后在如图所示的凹槽处切断导线。之后再小心地将导线从圆柱体上取下。为准备二极管的引线连接，需将二极管封装固定在显微镜上。向后拉开盖子，使用双面胶带取下二极管，确保二极管处于正确方向，电极朝上，以便进行天线键合。将胶带固定在夹具上。将卡纸平行放置在两侧的二极管旁边，并抚平边缘，以防止天线粘附到胶带上。将导线紧邻二极管对齐，准备连接；在显微镜下，调整导线位置，使其仅接触单个电触点。注意导线不得同时接触两个触点。将导电材料涂覆于每个触点，确保覆盖触点和导线两部分。注意避免导电材料在各触点之间扩散。根据需要重新涂抹导电材料，以固定每根导线并确保良好的电导性。接下来，我们将展示如何制作小型标签，该标签使用长度为 4.1 厘米的镍钛诺金属丝。用胶带将金属丝固定在夹具上，注意不要过度拉伸金属丝。将金属丝缠绕在夹具上。沿着凹槽剪断导线。请注意，每个标签需要两段这种导线。为准备二极管的安装，在夹具上贴上双面胶带。将二极管转移至胶带上，保持二极管之间适当的间距。在显微镜下，确保二极管的电极朝上，以便于导线与二极管的对齐。根据需要重新调整位置，并确保将其压入胶带以防止移动。沿二极管贴上单面胶带，以将导线抬升至与触点齐平的高度，并防止导线粘附到底层胶带上。将胶带抚平，并将导线大致放置在二极管附近。在显微镜下，小心地将导线放置在触点上，注意避免导线相互重叠。理想情况下，您的对齐应呈现如图所示。接下来，将导电材料涂覆于触点和导线上，并确保导电材料不会流动汇聚而淹没二极管平面。在按照所选导电材料的说明指定的适当固化时间完成固化后，您的标签应呈现如下所示的外观。这里可以看到大号和小号标签。接下来，我们将以昆士兰长角甲虫为例，演示如何将大号标签附着在昆虫上。您将使用多种材料来将标签固定在昆虫上。我们将使用紫外光固化胶粘剂来演示附着过程。另外两种常用的胶粘剂是氰基丙烯酸酯和热熔胶。首先，固定好甲虫以方便接触附着位置。在附着部位涂抹一滴粘合剂。调整标签方向，将二极管的电极面朝下放置于胸部。当确认标签位置合适后，使用紫外光从多个不同角度照射，总照射时间为5至10秒，以固化胶水。接下来，我们将演示如何将小型标签附着于实蝇科果实蝇。这些较小的标签适用于中型或小型昆虫。我们将以瓜实蝇和地中海实蝇为例，展示标签附着的操作过程。务必将果蝇在4摄氏度下进行麻醉。滴加一滴胶水，并将标签浸入紫外胶中。确保将二极管在胶水中滚动，以保证完全覆盖。注意防止多余的胶水粘附到导线上。用拇指和食指固定昆虫，使其粘贴部位朝上。将标签定向后沿果蝇胸部背侧纵向放置。前后移动标签以铺开粘合剂，并确保连接牢固。当对标签的位置满意后，再次使用紫外光固化粘合剂。接下来我们将再次演示标签的粘贴过程。如果在野外进行此操作，需要避免过量的紫外线照射，以防止胶水在未调整好二极管位置前就固化。在野外可使用冰块对昆虫进行冷藏，而不必将其置于低温房间中。再次强调，在使用紫外线照射固化时，应从多个角度进行照射，以确保连接牢固。最后，我们将在显微镜下演示地中海实蝇的标签附着过程。将标签放置在胸部的背侧表面，并用紫外光固化。此处展示了标签附着后昆虫的示例。需要注意的是，标签的位置可防止昆虫通过清洁行为将其移除，并且似乎有助于维持平衡飞行。对于果蝇，我们发现靠近质心处进行横向粘附似乎会导致飞行抑制，可能破坏果蝇的平衡。在标签粘附后，必须充分测试昆虫的飞行能力。通常通过在飞行管中进行测试来完成。此处展示的是果蝇起飞的代表性示例，表明这些果蝇具备飞行能力。请注意，果蝇能够自由活动，且似乎基本不受标签的妨碍。接下来，我们将演示大型标签的工作过程。请注意收发器与标签对齐时发出的声音。在这里，您可以看到附有标签的甲虫。接下来，我们将演示大标签的感应范围。在约30米处可以检测到较强的信号，最大距离约为60米。小型标签的通信距离要短得多。在约10米范围内可检测到较强的信号。信号强度还受收发器与标签相对方向的影响。当标签与收发器对齐时，我们获得最强信号。然而，若将收发器旋转90度，此时标签与收发器不再对齐，信号将变得微弱甚至完全消失。检测距离和标签尺寸可能是昆虫追踪标签中最重要的两个特性。本文展示了本视频中制备的大尺寸和小尺寸标签的最大检测距离的代表性结果。每种尺寸的标签均在开阔场地中测试了10个。在野外条件下，标签与收发器之间的未对准以及植被干扰通常会降低检测距离。根据我们的经验，在树木或大田作物环境中工作时，我们假设较大标签的检测距离约为10米，较小标签的检测距离为5米。最后，我们希望分享一项使用QLB进行的代表性追踪研究的结果。该研究旨在调查昆士兰长角甲虫的移动行为，因为目前对于成年甲虫在自然环境中活动范围的了解仍十分有限。由于甲虫具有隐蔽性，若无谐波雷达等追踪技术，很难在环境中找到它们。本研究在夏威夷大岛的一片 kukui 树林中进行。研究过程中，多只甲虫被标记并释放。这是一只甲虫在五天内的移动路径示例。请注意，该甲虫被追踪到多种地点，包括高大的库库伊树上和枯叶中。这是本研究的一个重要发现。QLB 具有很强的隐蔽性，农民经常询问这些甲虫在树木周围藏身于何处。通过追踪单个 QLB，我们发现甲虫通常隐藏在干枯的叶片中，因此难以被发现。在本方案中，我们展示了如何制备两种尺寸的谐波雷达标签。此外，我们展示了如何使用紫外固化胶将这些标签附着于昆虫，并演示了信号检测范围。该方案经过优化，可利用最少的专业实验设备，快速制备大量低成本的高分辨率标签。此外，具备在解剖显微镜下操作物体经验的研究人员均可顺利实施本方案。我们建议先从较大的标签开始，以掌握操控二极管和涂布导电胶的技术，之后再尝试制作更小的标签。感谢观看，希望本视频对您有所帮助。如果您有任何问题，欢迎随时与我们联系。

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