呼(hu)吸(xi)代謝(xie)測量(liang)技(ji)術在昆蟲領(ling)域的研(yan)究(jiu)與應用

新(xin)陳(chen)代謝(xie)（metabolism）是生(sheng)命的最基本(ben)特(te)征，昆蟲從(cong)食(shi)物中獲(huo)取(qu)能量(liang)，在體(ti)內(nei)通過(guo)呼(hu)吸(xi)作(zuo)用釋放(fang)出來(lai)，轉化為(wei)生(sheng)命活動(dong)所(suo)需的ATP等。昆蟲呼(hu)吸(xi)代謝(xie)的變(bian)化不僅可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)代表(biao)性的生(sheng)理指(zhi)標(biao)，還可以(yi)研(yan)究(jiu)整個(ge)昆蟲種群(qun)的能量(liang)流動(dong)，更(geng)在害蟲防(fang)治方面也有(you)重(zhong)要(yao)應用價值(zhi)。北京(jing)易(yi)科(ke)泰生(sheng)態(tai)技(ji)術有限公(gong)司(si)與美(mei)國Sable等國際能量(liang)代謝(xie)測量(liang)技(ji)術公(gong)司(si)合作(zuo)，為(wei)國內昆蟲科學(xue)領(ling)域的研(yan)究(jiu)人員(yuan)研(yan)究(jiu)提供(gong)全(quan)面的定(ding)制(zhi)化(hua)能量(liang)代謝(xie)研(yan)究(jiu)技(ji)術方案(an)：

a) 便攜(xie)式昆蟲呼(hu)吸(xi)測(ce)量(liang)系統：

針(zhen)對特(te)殊實驗環(huan)境(jing)和(he)野外實驗需(xu)求，北京(jing)易(yi)科(ke)泰提(ti)供(gong)了(le)Sable FOXBOX與(yu)FMS便攜(xie)式昆蟲呼(hu)吸(xi)測(ce)量(liang)系統，其(qi)已經受到國內外各(ge)類昆蟲領(ling)域科(ke)學(xue)家(jia)的極度(du)青(qing)睞(lai)。通過(guo)將氣(qi)流控(kong)制(zhi)、CO2、O2、H2O（僅FMS含(han)有）等(deng)代謝(xie)氣體(ti)的測量(liang)分析、數(shu)據采(cai)集貯(zhu)存(cun)、智能(neng)化(hua)觸摸(mo)屏等功能集合(he)在壹個便攜(xie)式箱(xiang)體(ti)內(nei)，滿(man)足(zu)了(le)多用(yong)途(tu)客戶的多功能、智能(neng)化(hua)和(he)便攜(xie)性需(xu)求。

b) 模(mo)塊式昆蟲呼(hu)吸(xi)測(ce)量(liang)系統：

Sable模(mo)塊式多通道(dao)昆蟲呼(hu)吸(xi)代謝(xie)測量(liang)系統由(you)多個(ge)獨(du)立(li)的CO2分(fen)析儀、O2分(fen)析儀、H2O分(fen)析儀、昆蟲運動(dong)行為(wei)檢(jian)測模(mo)塊、多通道(dao)氣路轉換器(qi)、氣(qi)流控(kong)制(zhi)器(qi)、數(shu)據采(cai)集器(qi)及(ji)程序軟(ruan)件(jian)、定(ding)制(zhi)化(hua)呼(hu)吸(xi)室(shi)等組成。可根(gen)據研(yan)究(jiu)內容(rong)和(he)預算(suan)選(xuan)擇(ze)不(bu)同的功能模(mo)塊，滿(man)足(zu)多樣(yang)的定(ding)制(zhi)化(hua)科研(yan)需求。用(yong)於精確(que)測(ce)量(liang)各(ge)種昆蟲呼(hu)出二(er)氧化(hua)碳(tan)量(liang)及耗(hao)氧量(liang)等，並可計算(suan)呼(hu)吸(xi)商(shang)、基礎(chu)代謝(xie)率(lv)等(deng)生(sheng)理指(zhi)標(biao)參(can)數(shu)。

c) 高(gao)通量(liang)媒介(jie)生(sheng)物呼(hu)吸(xi)表(biao)型監測系統：

高(gao)通量(liang)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)媒介(jie)生(sheng)物呼(hu)吸(xi)表(biao)型監測系統是壹(yi)款多通道(dao)（16、32通道(dao)可選(xuan)）、高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)及(ji)自(zi)動化(hua)的媒介(jie)生(sheng)物呼(hu)吸(xi)表(biao)型監測儀器(qi)，能(neng)夠(gou)監測媒介(jie)個(ge)體(ti)或(huo)群(qun)體(ti)的實時O2消(xiao)耗、CO2產(chan)量(liang)、水汽代謝(xie)、活動(dong)強度(du)等參(can)數(shu)，可廣(guang)泛(fan)用於(yu)小(xiao)型昆蟲從(cong)蟲卵、幼體(ti)到(dao)成(cheng)蟲的全(quan)齡(ling)段(duan)呼(hu)吸(xi)與(yu)活動(dong)模(mo)式、代謝(xie)機理和(he)控制(zhi)策(ce)略研(yan)究(jiu)。

應用案(an)例(li)：

案(an)例(li)壹：氣(qi)候變(bian)化對甲(jia)蟲（滯(zhi)育(yu)）能量(liang)代謝(xie)的影(ying)響

了(le)解(jie)氣候變(bian)化對能量(liang)代謝(xie)的影(ying)響是(shi)氣(qi)候變(bian)化生(sheng)物學(xue)研(yan)究(jiu)的重要(yao)方面。加州大學(xue)伯克(ke)利分校(xiao)綜合(he)生(sheng)物學(xue)系的研(yan)究(jiu)人員(yuan)利用Sable便攜(xie)式FOXBOX呼(hu)吸(xi)代謝(xie)監測系統研(yan)究(jiu)了(le)將代謝(xie)可塑性(xing)納入休(xiu)眠(mian)越(yue)冬(dong)昆蟲冬(dong)季能量(liang)利用模型(xing)的重要(yao)性。

研(yan)究(jiu)表(biao)明2月至5月隨(sui)著(zhe)環(huan)境(jing)溫度(du)的升高(gao)，甲(jia)蟲呼(hu)吸(xi)代謝(xie)率(lv)逐(zhu)漸增加，導致代謝(xie)強度(du)逐漸增加，但(dan)熱(re)敏(min)感(gan)性(xing)沒(mei)有(you)相應變(bian)化。加州大學(xue)的研(yan)究(jiu)人員(yuan)認為(wei)代謝(xie)率(lv)隨(sui)時(shi)間(jian)的增加很可能(neng)是滯(zhi)育(yu)導致的發(fa)育(yu)可塑性(xing)的結果。不同(tong)溫(wen)度(du)適應處(chu)理後(hou)的甲(jia)蟲比恒(heng)定(ding)溫度(du)適應處(chu)理後(hou)的甲(jia)蟲具(ju)有更(geng)高(gao)的代謝(xie)強度(du)，並且熱(re)敏(min)感(gan)性(xing)較低(di)。熱(re)狀況(kuang)近(jin)似於(yu)內(nei)華(hua)達(da)山脈東部(bu)高(gao)海(hai)拔(ba)地區(qu)雪(xue)以下(xia)（恒(heng)定(ding)）或除雪(xue)後（可(ke)變(bian)）的土壤(rang)溫(wen)度(du)，因此(ci)積雪(xue)的自(zi)然(ran)變(bian)化很可能(neng)會(hui)引起(qi)這些甲(jia)蟲的代謝(xie)率(lv)的變(bian)化反(fan)應。

案(an)例(li)二(er)：農藥(yao)暴(bao)露對棉(mian)鈴蟲代謝(xie)的影(ying)響

甲(jia)氧(yang)蟲酰肼(jing)（MF）為(wei)蛻(tui)皮(pi)激(ji)素(su)激(ji)動劑，它能引起(qi)鱗(lin)翅目(mu)幼(you)蟲停止(zhi)取(qu)食(shi)，加快蛻(tui)皮(pi)進程，使害蟲在成熟(shu)前(qian)因提早(zao)蛻(tui)皮(pi)而致死。江(jiang)西(xi)農業(ye)大學(xue)昆蟲研(yan)究(jiu)所使(shi)用(yong)用(yong)於小(xiao)動物(wu)呼(hu)吸(xi)測(ce)量(liang)的Sable 系(xi)統對(dui)暴露(lu)於(yu)甲(jia)氧(yang)蟲酰肼(jing)中的棉鈴蟲呼(hu)吸(xi)代謝(xie)進行測量(liang)，結果表(biao)明在LC10和(he)LC25的MF下(xia)暴露(lu)長(chang)達(da)6小(xiao)時後(hou)，處(chu)理後(hou)的幼蟲表(biao)現出相對(dui)於對(dui)照(zhao)的呼(hu)吸(xi)速(su)率(lv)顯著降(jiang)低。

案(an)例(li)三：蟎蟲寄生(sheng)對果蠅呼(hu)吸(xi)代謝(xie)的影(ying)響

加拿大阿爾伯塔大學(xue)的研(yan)究(jiu)人員(yuan)利用MAVEn果蠅代謝(xie)監測系統研(yan)究(jiu)了(le)蟎蟲寄生(sheng)對果蠅呼(hu)吸(xi)代謝(xie)的影(ying)響。實驗結果表(biao)明：M. subbadius蟎(man)蟲優先感(gan)染標準代謝(xie)率(lv)較高(gao)的果蠅宿主，並且感(gan)染會(hui)導致宿主呼(hu)吸(xi)頻率(lv)增加，所(suo)以已(yi)經攜(xie)帶(dai)蟎蟲的蒼蠅在隨(sui)後(hou)的接(jie)觸中可(ke)能(neng)會(hui)吸(xi)引(yin)更(geng)多的蟎蟲，形(xing)成(cheng)了(le)壹種(zhong)潛(qian)在的正(zheng)反(fan)饋循(xun)環(huan)。不(bu)過這(zhe)種增加並不是(shi)嚴格線性的，存(cun)在壹個閾值(zhi)（2只(zhi)蟎蟲），超過(guo)該(gai)閾值(zhi)感(gan)染就會(hui)產生(sheng)更(geng)實質性(xing)的影(ying)響。且在感(gan)染強度(du)實驗中，體(ti)重(zhong)也(ye)與(yu)二(er)氧化(hua)碳(tan)的產生(sheng)呈(cheng)正(zheng)相(xiang)關(guan)，這(zhe)與(yu)之(zhi)前(qian)的同類研(yan)究(jiu)結論相符。

1.Roberts K T, Williams C M. The impact of metabolic plasticity on winter energy use models[J]. Journal of Experimental Biology, 2022, 225(4): jeb243422.

2.Brophy T, Luong L T. Ectoparasite‐induced increase in Drosophila host metabolic rate[J]. Physiological Entomology, 2021, 46(1): 1-7.

3.Zhang W, Ma L, Liu X, et al. Dissecting the roles of FTZ‐F1 in larval molting and pupation, and the sublethal effects of methoxyfenozide on Helicoverpa armigera[J]. Pest Management Science, 2021, 77(3): 1328-1338.

北京(jing)易(yi)科(ke)泰生(sheng)態(tai)技(ji)術有限公(gong)司(si)與美(mei)國Sable等(deng)國際能量(liang)代謝(xie)測量(liang)技(ji)術公(gong)司(si)合作(zuo)，為(wei)國內生(sheng)物能(neng)量(liang)代謝(xie)學(xue)、昆蟲科學(xue)、動(dong)物養(yang)殖學(xue)、魚類代謝(xie)與行為(wei)學(xue)、人類代謝(xie)醫學(xue)等研(yan)究(jiu)提供(gong)全(quan)面的能(neng)量(liang)代謝(xie)研(yan)究(jiu)技(ji)術方案(an)：

1) 大鼠、小(xiao)鼠等(deng)實驗動(dong)物能量(liang)代謝(xie)測量(liang)技(ji)術

2) 畜(chu)禽能(neng)量(liang)代謝(xie)測量(liang)技(ji)術

3) 果蠅能量(liang)代謝(xie)測量(liang)技(ji)術

4) 斑(ban)馬(ma)魚(yu)能(neng)量(liang)代謝(xie)測量(liang)技(ji)術

5) 人體(ti)能(neng)量(liang)代謝(xie)測量(liang)技(ji)術

6) 動(dong)物活(huo)動(dong)與(yu)生(sheng)理指(zhi)標(biao)（體(ti)溫(wen)、心率(lv)等(deng)）監測技(ji)術

7) 測(ce)量(liang)參(can)數(shu)包(bao)括：氧氣(qi)消耗(hao)量(liang)（VO2）、二(er)氧化(hua)碳(tan)產(chan)量(liang)（VCO2）、呼(hu)吸(xi)商(shang)（RQ）、能(neng)耗（EE，包(bao)括REE、AEE、TEE等(deng)）、熱傳(chuan)導速率(lv)（Ct）、日代謝(xie)率(lv)（DEE）、最大代謝(xie)率(lv)（MRmax）、呼(hu)吸(xi)水(shui)分喪失（EWL）、能(neng)耗效率(lv)、EWL/RMR(表(biao)示(shi)肺(fei)的氧氣(qi)攝取(qu)能力(li))等(deng)。