呼吸代谢测量技术在昆虫领域的研究与应用

新陈代谢（metabolism）是生命的最基本特征，昆虫从食物中获取能量，在体内通过呼吸作用释放出来，转化为生命活动所需的ATP等。昆虫呼吸代谢的变化不仅可以作为代表性的生理指标，还可以研究整个昆虫种群的能量流动，更在害虫防治方面也有重要应用价值。北京易科泰生态技术有限公司与美国Sable等国际知名能量代谢测量技术公司合作，为国内昆虫科学领域的研究人员研究提供全面的定制化能量代谢研究技术方案：a) 便携式昆虫呼吸测量系统：针对特殊实验环境和野外实验需求，北京易科泰提供了Sable FOXBOX与FMS便携式昆虫呼吸测量系统，其已经受到国内外各类昆虫领域科学家的极度青睐。通过将气流控制、CO2、O2、H2O（仅FMS含有）等代谢气体的测量分析、数据采集贮存、智能化触摸屏等功能完美地集合在一个便携式箱体内，满足了多用途客户的多功能、智能化和便携性需求。b) 模块式昆虫呼吸测量系统：Sable模块式多通道昆虫呼吸代谢测量系统由多个独立的CO2分析仪、O2分析仪、H2O分析仪、昆虫运动行为检测模块、多通道气路转换器、气流控制器、数据采集器及程序软件、定制化呼吸室等组成。可根据研究内容和预算选择不同的功能模块，满足多样的定制化科研需求。用于精确测量各种昆虫呼出二氧化碳量及耗氧量等，并可计算呼吸商、基础代谢率等生理指标参数。c) 高通量媒介生物呼吸表型监测系统：高通量高分辨率媒介生物呼吸表型监测系统是一款多通道（16、32通道可选）、高分辨率及自动化的媒介生物呼吸表型监测仪器，能够监测媒介个体或群体的实时O2消耗、CO2产量、水汽代谢、活动强度等参数，可广泛用于小型昆虫从虫卵、幼体到成虫的全龄段呼吸与活动模式、代谢机理和控制策略研究。应用案例：案例一：气候变化对甲虫（滞育）能量代谢的影响了解气候变化对能量代谢的影响是气候变化生物学研究的重要方面。加州大学伯克利分校综合生物学系的研究人员利用Sable便携式FOXBOX呼吸代谢监测系统研究了将代谢可塑性纳入休眠越冬昆虫冬季能量利用模型的重要性。 研究表明2月至5月随着环境温度的升高，甲虫呼吸代谢率逐渐增加，导致代谢强度逐渐增加，但热敏感性没有相应变化。加州大学的研究人员认为代谢率随时间的增加很可能是滞育导致的发育可塑性的结果。不同温度适应处理后的甲虫比恒定温度适应处理后的甲虫具有更高的代谢强度，并且热敏感性较低。热状况近似于内华达山脉东部高海拔地区雪以下（恒定）或除雪后（可变）的土壤温度，因此积雪的自然变化很可能会引起这些甲虫的代谢率的变化反应。案例二：农药暴露对棉铃虫代谢的影响 甲氧虫酰肼（MF）为蜕皮激素激动剂，它能引起鳞翅目幼虫停止取食，加快蜕皮进程，使害虫在成熟前因提早蜕皮而致死。江西农业大学昆虫研究所使用用于小动物呼吸测量的Sable 系统对暴露于甲氧虫酰肼中的棉铃虫呼吸代谢进行测量，结果表明在LC10和LC25的MF下暴露长达6小时后，处理后的幼虫表现出相对于对照的呼吸速率显着降低。案例三：螨虫寄生对果蝇呼吸代谢的影响 加拿大阿尔伯塔大学的研究人员利用MAVEn果蝇代谢监测系统研究了螨虫寄生对果蝇呼吸代谢的影响。实验结果表明：M. subbadius螨虫优先感染标准代谢率较高的果蝇宿主，并且感染会导致宿主呼吸频率增加，所以已经携带螨虫的苍蝇在随后的接触中可能会吸引更多的螨虫，形成了一种潜在的正反馈循环。不过这种增加并不是严格线性的，存在一个阈值（2只螨虫），超过该阈值感染就会产生更实质性的影响。且在感染强度实验中，体重也与二氧化碳的产生呈正相关，这与之前的同类研究结论相符。  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. 北京易科泰生态技术有限公司与美国Sable等国际知名能量代谢测量技术公司合作，为国内生物能量代谢学、昆虫科学、动物养殖学、鱼类代谢与行为学、人类代谢医学等研究提供全面的能量代谢研究技术方案：1) 大鼠、小鼠等实验动物能量代谢测量技术2) 畜禽能量代谢测量技术3) 果蝇能量代谢测量技术4) 斑马鱼能量代谢测量技术5) 人体能量代谢测量技术6) 动物活动与生理指标（体温、心率等）监测技术7) 测量参数包括：氧气消耗量（VO2）、二氧化碳产量（VCO2）、呼吸商（RQ）、能耗（EE，包括REE、AEE、TEE等）、热传导速率（Ct）、日代谢率（DEE）、最大代谢率（MRmax）、呼吸水分丧失（EWL）、能耗效率、EWL/RMR(表示肺的氧气摄取能力)等。呼吸代谢测量技术在昆虫领域的研究与应用 新陈代谢（metabolism）是生命的最基本特征，昆虫从食物中获取能量，在体内通过呼 吸作用释放出来，转化为生命活动所需的ATP等。昆虫呼吸代谢的变化不仅可以作为代表性 的生理指标，还可以研究整个昆虫种群的能量流动，更在害虫防治方面也有重要应用价值。北京易科泰生态技术有限公司与美国Sable等国际知名能量代谢测量技术公司合作，为国内 昆虫科学领域的研究人员研究提供全面的定制化能量代谢研究技术方案： b)模块式昆虫呼吸测量系统： 针对特殊实验环境和野外实验需求，北京易科泰提供 了 SableFOXBOX 与 FMS 便携式昆虫呼吸测量系统，其 已经受到国内外各类昆虫领域科学家的极度青睐。通过将 气流控制、CO2、O2、H2O （仅 FMS 含有）等代谢气体 的测量分析、数据采集贮存、智能化触摸屏等功能完美地 集合在一个便携式箱体内，满足了多用途客户的多功能、智能化和便携性需求。 Sable 模块式多通道昆虫呼吸代谢测量系统由多个独立 的 CO2分析仪、O2分析仪、H2O 分析仪、昆虫运动行为检 测模块、多通道气路转换器、气流控制器、数据采集器及程 序软件、定制化呼吸室等组成。可根据研究内容和预算选择 不同的功能模块，满足多样的定制化科研需求。用于精确测 量各种昆虫呼出二氧化碳量及耗氧量等，并可计算呼吸商、基础代谢率等生理指标参数。 c)高通量媒介生物呼吸表型监测系统： 代谢机理和控制策略研究。 高通量高分辨率媒介生物呼吸表型监测系 统是一款多通道（16、32通道可选）、高分辨率 及自动化的媒介生物呼吸表型监测仪器，能够监 测媒介个体或群体的实时 O2消耗、CO2产量、水汽代谢、活动强度等参数，可广泛用于小型昆 虫从虫卵、幼体到成虫的全龄段呼吸与活动模式、 案例一：气候变化对甲虫（滞育）能量代谢的影响 了解气候变化对能量代谢的影响是气候变化生物学研究的重要方面。加州大学伯克利分 校综合生物学系的研究人员利用 Sable 便携式 FOXBOX 呼吸代谢监测系统研究了将代谢可 塑性纳入休眠越冬昆虫冬季能量利用模型的重要性。 图 1.甲虫代谢与温度的关系（A ），热敏感性（B ），代谢强度（C ） Temperature (C) 图 2.甲虫的代谢率在可变温度和恒定温度驯化处理中越冬的汇总每月测量值（A ），代谢率 -温度关系的热 敏感性（B ）和代谢强度（C ） 研究表明 2月至 5月随着环境温度的升高，甲虫呼吸代谢率逐渐增加，导致代谢强度逐 渐增加，但热敏感性没有相应变化。加州大学的研究人员认为代谢率随时间的增加很可能是 滞育导致的发育可塑性的结果。不同温度适应处理后的甲虫比恒定温度适应处理后的甲虫具 有更高的代谢强度，并且热敏感性较低。热状况近似于内华达山脉东部高海拔地区雪以下（恒 定）或除雪后（可变）的土壤温度，因此积雪的自然变化很可能会引起这些甲虫的代谢率的 变化反应。 案例二：农药暴露对棉铃虫代谢的影响 图 3.棉铃虫暴露于甲氧虫酰肼后的状态和呼吸速率变化 甲氧虫酰肼（MF ）为蜕皮激素激动剂，它能引起鳞翅目幼虫停止取食，加快蜕皮进程，使害虫在成熟前因提早蜕皮而致死。江西农业大学昆虫研究所使用用于小动物呼吸测量的 Sable 系统对暴露于甲氧虫酰肼中的棉铃虫呼吸代谢进行测量，结果表明在 LC10和 LC25的 MF 下暴露长达 6小时后，处理后的幼虫表现出相对于对照的呼吸速率显着降低。 案例三：螨虫寄生对果蝇呼吸代谢的影响 图 4.实验使用的 MAVEn 果蝇代谢监测系统——高通量高分辨率媒介生物呼吸表型监测系统（左图）；感 染螨虫后果蝇的呼吸代谢率与螨虫数量（右上）/自身质量（右下）的关系 加拿大阿尔伯塔大学的研究人员利用 MAVEn 果蝇代谢监测系统研究了螨虫寄生对果 蝇呼吸代谢的影响。实验结果表明：M. subbadius 螨虫优先感染标准代谢率较高的果蝇宿主，并且感染会导致宿主呼吸频率增加，所以已经携带螨虫的苍蝇在随后的接触中可能会吸引更 多的螨虫，形成了一种潜在的正反馈循环。不过这种增加并不是严格线性的，存在一个阈值 （2只螨虫），超过该阈值感染就会产生更实质性的影响。且在感染强度实验中，体重也与 二氧化碳的产生呈正相关，这与之前的同类研究结论相符。 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. 北京易科泰生态技术有限公司与美国 Sable 等国际知名能量代谢测量技术公司合作，为国内 生物能量代谢学、昆虫科学、动物养殖学、鱼类代谢与行为学、人类代谢医学等研究提供全面的 能量代谢研究技术方案： 1)大鼠、小鼠等实验动物能量代谢测量技术 2)畜禽能量代谢测量技术 3)果蝇能量代谢测量技术 4)斑马鱼能量代谢测量技术 5)人体能量代谢测量技术 6)动物活动与生理指标（体温、心率等）监测技术 7)测量参数包括：氧气消耗量（VO2）、二氧化碳产量（VCO2）、呼吸商（RQ ）、能耗（EE ，包括 REE 、AEE 、TEE 等）、热传导速率（Ct ）、日代谢率（DEE ）、最大代谢率（MRmax ）、呼 吸水分丧失（EWL ）、能耗效率、EWL/RMR(表示肺的氧气摄取能力 )等。