浙江大学张传溪教授：图解昆虫学

2021年2月23日，浙江大学张传溪教授团队在eLife上在线发表了题为“Three-dimensional reconstruction of a whole insect reveals its phloem sap-sucking mechanism at nano-resolution”的研究论文，首次利用Serial Block-Face 扫描电镜（SBF-SEM）技术重构出稻飞虱纳米分辨率的三维结构，揭示了其内部组织器官尤其是口器和气管系统结构与功能的关系，这也是利用该技术构建的纳米水平的第一个完整昆虫三维结构，使我们对微小昆虫的内部精细结构也有了更深入的理解。

自1982年研究生毕业留在浙江农业大学植物保护系工作后，我一直从事普通昆虫学的教学和昆虫科研工作。在教学过程中，我深感目前尚缺乏一本集生动形象、美丽直观的教学参考读本与知识系统的昆虫学科普读本于一体的书籍。基于这一想法，我把近二十年来授课的讲义素材进行了编辑补充，采用长期在各地和实验室拍摄积累的昆虫学各方面图片和视频材料，形成了这本彩色《图解昆虫学》（张传溪编著 . 北京：科学出版社，2024.6）。

本书内容包括了昆虫的外部形态学、内部结构及生理学、生物学、系统学和生态学等部分，使用了许多精美的原创昆虫图片和视频（视频可通过扫描书中二维码呈现），力图兼顾科学性、前沿性、系统性、美观性、易读性和普及性，便于读者能愉快和轻松地阅读。通过阅读掌握昆虫学基础知识，期望大家在阅读过程中能欣赏和享受昆虫世界的精彩。本书既可以作为普通昆虫学的教材或参考书，也可以作为昆虫学知识普及读本和参考工具书。

张传溪

2023 年11 月

本文节选《图解昆虫学》“绪论”一节，带您走进精彩的昆虫世界……

昆虫是进化最为成功的动物，物种数约占地球上已知动物物种数的2/3，除少量种类是害虫外，更多的种类在地球生命系统中起着不可替代的作用。昆虫有极强的适应能力，你可以在火热的沙漠和温泉区找到它们，也能在冰冷的雪山顶和冰湖中发现它们的踪迹。昆虫是最早飞向空中的动物，也是唯一能够飞行的无脊椎动物。让我们一起认识、研究它们，以更好地保护和利用昆虫资源、控制害虫。

一

什么是昆虫？

昆虫纲是动物界中进化最成功的类群。已知的昆虫种类约106 万种（Foottit & Adler，2017），占己知动物种类的2/3，且每年还有近万种新种不断被发现。据较保守估计，地球上昆虫种类有200 万-300 万种， 甚至有人估计有1000 万种。同时昆虫的数量十分惊人，一个蝗虫群可达20 亿只，重量可达3000 吨；一个蚂蚁群可达50 万只以上，全球蚂蚁的总数量估计达20 万亿只，生物量约为12 兆吨。昆虫无处不在， 与我们的生活息息相关！

▲ 容易混淆的昆虫近亲节肢动物

（图片上的文字图注，您可以点击放大查看，全文同）

图中海蟑螂、西瓜虫属于软甲纲，蜈蚣属于唇足纲，马陆属于倍足纲，蜘蛛、蝎子、螨、蜱属于蛛形纲， 它们只是昆虫的节肢动物近亲，不是昆虫。

▲ 真正的昆虫

如何识别哪些是昆虫呢？昆虫最基本特征是什么？典型的昆虫成虫形态特征可以概括为“二对翅三对足、身体分头胸腹”。蜘蛛、螨、蜱、马陆、蜈蚣的成体没有明显的头、胸、腹三段，足都是4 对以上， 因此都不是昆虫。

▲ 丽艳虹螳 Caliris elegans

具体地说，六足类昆虫具有下列主要特征：

• 一生要经过卵 - 幼虫（- 蛹）- 成虫几个发育阶段，即变态；

• 体躯分为头、胸、腹三个体段；头部具触角、复眼各1 对（原尾纲缺），上颚和下颚各1 对，胸部具3 对足（六足类），0-2 对翅， 腹部无步行附肢。

二

昆虫在动物界中的地位

昆虫纲（Class Insecta）属于动物界（Kingdom Animalia）节肢动物门（Phylum Arthropoda）。广义的昆虫指节肢动物门中的所有六足动物，所以也叫六足纲。但目前随着分类和进化研究的发展，六足纲被提升为六足亚门或六足总纲（Hexapoda），包括了原尾纲、双尾纲、弹尾纲和昆虫纲。本书介绍的是广义的昆虫。

节肢动物门形态特征：

• 体躯由一系列体节组成，体节组成不同的体段；

• 体躯被有含几丁质的外骨骼；

• 体节上具有成对的分节附肢。

▲ 节肢动物门的进化关系（改自Regier et al., 2010）

节肢动物门包括了7 个亚门20 多个纲，除六足亚门外，常见的有螯肢亚门的蛛形纲（蜘蛛、蜱、螨） 和肢口纲（鲎）、多足亚门的倍足纲（马陆）和唇足纲（蜈蚣）、甲壳类的软甲纲（蟹、虾）和鳃足纲（水蚤），而三叶虫纲已经灭绝，只有化石。六足亚门属于泛甲壳类，与其最接近的是甲壳类的两个不常见的纲（头虾纲和浆足纲）。

三

昆虫在进化上为何如此成功？

1. 唯一能飞翔的无脊椎动物

昆虫在石炭纪早期就进化出能飞翔的翅，这对其分布、避敌、求偶、觅食带来独特好处，也是其繁荣昌盛的主因。

2. 广谱的适应能力

从赤道到两极，从河流到沙漠，从地下到空中均有分布。有的能耐–55℃低温， 而有的甚至专在55-56℃温泉中生活；口器分化，有的取食固体，有的取食液体。

▲ 盐湖城大盐湖的盐水浓度是海水的50 倍以上，卤水蝇Ephydra sp. 却适应良好

3. 普遍小型化的个体

昆虫个体一般不大，大多数昆虫体长在5-30mm 之间。个体小，使得它在任何极小的生境中都可以避敌。如1 粒米可以供几头米象生存。假如个体太大，受气管呼吸限制，活动会迟钝。有报道说古蜻蜓化石翅展可达760mm，但现存蜻蜓一般都较小。最长的昆虫是最近在广西发现的一种竹节虫，体长可达361mm。最重的昆虫是热带美洲的巨大犀金龟（硕犀金龟），幼虫重量可达100g 以上，相当于两个鸡蛋的重量。最大的甲虫是长戟犀金龟Dynastes hercules，从头部突起到腹部末端长达170mm，身体宽100mm。乌桕大蚕蛾及同属的帕拉大蚕蛾是最大蛾类，翅面大，翅展可达250mm。最小的昆虫是一种缨小蜂，无翅雄成虫体长仅0.139mm。

4. 惊人的繁殖能力

1 只蜜蜂的蜂后每天产卵2000-3000 粒；1 只白蚁蚁后 1 年产卵达100 多万粒；1 只苍蝇可以产卵120 粒，1 年可以繁殖20 多代；蚜虫 7 天就可以繁殖1 代。

5. 奇妙的变态特性

85% 以上昆虫是完全变态，幼虫和成虫的生活环境与取食食物均可不同，这大大扩展了完全变态昆虫的生存空间和可以利用的环境资源。

6. 其他方面

昆虫具有刚柔相济的几丁质外骨骼，蜡质上表皮的高抗干燥能力，高效供氧的气管呼吸系统，巧妙的保护色和令人惊叹的拟态等。

▲ 叶䗛的拟态和保护色

四

昆虫与人类的关系

昆虫是地球生命系统的重要组成部分，是生物多样性不可或缺的类群。除少量害虫和被利用的益虫外，更多的昆虫在维护地球生态系统平衡中发挥重大作用，但我们还所知甚少。

有害方面

昆虫对人类健康和经济活动产生了明显的影响。

1. 农林业方面

昆虫中约48% 种类是植食性，其中，对农林生产造成的损失达到一定经济阈值的昆虫被称为害虫。尽管人们全力防治，但害虫造成的农产品产前和产后损失仍高达20%。有的害虫严重时可以导致农作物颗粒无收。

2. 医、畜牧方面

许多昆虫不仅吸血，有的还通过吸血传播疾病，如蚊、蠓、虻、虱、蚤、臭虫；通过污染食物传病的有蝇、蟑螂等。因蚊虫传播疾病造成的死亡人数每年高达72.5 万，居各种动物之首。

有益方面

1. 维持生态平衡

28% 昆虫捕食性，2.4% 昆虫寄生性，这些捕食性和寄生性昆虫将许多潜在害虫长期控制在为害水平以下。合理利用还可以以虫治虫，开展生物防治。

2. 传播花粉

85% 显花植物依靠各种昆虫传播花粉，包括蜜蜂类、蝇类、蝶蛾类、甲虫等。没有昆虫， 就没有鲜花盛开，也没有水果蔬菜。

3. 生产工业原料

多种昆虫可生产工业原料，如蚕、蜂、紫胶虫、五倍子蚜虫、白蜡虫等。

4. 清洁环境

17.3% 昆虫是腐食性的，较为著名的清洁环境昆虫如蜣螂、白蚁等，它们都是自然界生物物质循环的重要力量。

5. 具有药用价值

如冬虫夏草、地鳖虫、蛹虫草等都是重要中药材。

6. 具有食用价值

蜂蛹、龙虱、柞蚕蛹、棕榈象甲幼虫等都是可食用昆虫，此外，昆虫生物量超过所有陆生动物，是亟待开发的蛋白质和食品资源。

7. 具有观赏价值

如蝴蝶、蟋蟀、螽斯、竹节虫等，都是重要的观赏昆虫。

8. 可作为科研模式生物和仿生对象

模式生物如黑腹果蝇等，为生命科学做出重要贡献，以果蝇为材料进行相关研究的科学家中，就有6 位先后获得诺贝尔奖。同时，昆虫的巧妙结构为仿生学的产品设计提供了模板。

9. 作为生物反应器

如杆状病毒- 粉纹夜蛾细胞系统、杆状病毒- 家蚕幼虫（蛹）都已经作为生物反应器，用于生产干扰素、HPV 疫苗和新冠病毒疫苗等生物药品，有些已经上市。

10. 充实基因库

如萤火虫的萤光素酶（luciferase）基因，可作为报告基因广泛用于科学研究以及生物污染检测。

最后，我们以作者团队众多视频中的一个“褐飞虱的三维结构视频”（视频可通过扫描书中第80页二维码呈现）来结束本书的展示，希望本书（文）能得到您的认可与喜欢。

本文摘编自《图解昆虫学》（张传溪编著 . 北京：科学出版社，2024.6）一书“绪论”“自序”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-077460-6

责任编辑：罗　静 刘新新

昆虫的物种数约占地球上已知动物物种数的2/3，与人类生活息息相关。本书精选了2000多张高质量原创彩色照片、3D重构图和Illustrator制图，辅以146个视频和1个可以互动的PDF文件，融合了最新研究成果，用一种直观的方式展示了昆虫奇妙的外部形态、精巧的内部结构、纷繁的生物学特性、多样的昆虫类群，以及复杂的生存环境。这些精美的图片及其注释，兼顾了科学性、前沿性、美观性、易读性和普及性，便于专业和非专业读者都能轻松愉快地阅读理解并获得系统的昆虫学知识。

本书可为农林牧业及检验检疫、植物保护、生物多样性与资源保护利用等相关部门和大、中专院校相关专业师生及科研人员，以及昆虫爱好者提供参考。

← 左右滑动查看 详细信息 →

（本文编辑：刘四旦）

一起阅读科学!

科学出版社│微信ID：sciencepress-cspm

专业品质 学术价值

原创好读 科学品位

科学出版社视频号

硬核有料 视听科学