解密昆蟲互作的能量機制—易科泰昆蟲能量代謝測量技術(shù)的應用案例分享

      在全球氣候變化與農(nóng)業(yè)生態(tài)安全面臨嚴峻挑戰(zhàn)的背景下，昆蟲能量代謝測量技術(shù)通過實時監(jiān)測耗氧量、二氧化碳排放及呼吸商等參數(shù)，精準量化昆蟲在種內(nèi)或種間互作（如寄生、共生、競爭）中的能量分配與生理適應機制。其作用在于揭示互作引發(fā)的代謝動態(tài)變化（如寄生導致宿主呼吸激增、取食行為與能量消耗的協(xié)同），評估環(huán)境脅迫（溫度、農(nóng)藥）對能量策略的影響；前景則聚焦于多技術(shù)融合（結(jié)合行為監(jiān)測、紅外熱成像）和高通量系統(tǒng)應用，推動從微觀生理到宏觀生態(tài)的跨尺度研究，為害蟲防控、共生進化及氣候變化響應提供核心理論支撐。

北京易科泰依托 20 余年技術(shù)積淀，為客戶提供全面定制化的昆蟲能量代謝測量技術(shù)方案：

• 測量對象覆蓋從果蠅、蚜蟲等細小昆蟲，到蜜蜂、蚱蜢、鱗翅目等中大型昆蟲，以及線蟲、蜘蛛等土壤無脊椎動物，支持卵-幼蟲-蛹-成蟲全生命周期的昆蟲呼吸代謝測量
• 可選模塊式或便攜式結(jié)構(gòu)，具備高度可擴展性、多樣化配置方案
• 基于開放式、封閉式、Stop-flow等不同測量技術(shù)，適應不同預算、不同昆蟲大小、不同研究需求，可選配單通道或多通道測量系統(tǒng)

易科泰昆蟲能量代謝測量設(shè)備應用案例：

昆蟲與植物互作——幼蟲宿主塑造帝王蝶飛行能耗       帝王蝶的北美種群具有長達數(shù)千公里的季節(jié)性遷徙行為，是昆蟲中遷徙距離最長的物種之一。人類為了保護這一瀕危物種，會在其遷徙路線種植幼蟲取食的多種乳草。賓夕法尼亞州立大學昆蟲系的科研團隊研究了8種不同乳草培養(yǎng)下帝王蝶飛行肌肉發(fā)育、能量代謝等參數(shù)的變化，其中熱帶乳草和華麗乳草組成蟲的飛行代謝率（FMR）顯著高于草原乳草組；華麗乳草組成蟲靜止代謝率（RMR） 顯著高于草原乳草、輪生乳草和普通乳草組。帝王蝶幼蟲宿主乳草種類通過改變帝王蝶的飛行肌肉占比和強心苷積累，顯著影響成年帝王蝶的能量代謝特征，比如熱帶乳草和華麗乳草雖然能促進更高的肌肉發(fā)育，但會導致更高的能量消耗，可能對長距離遷徙不利；而普通乳草、草原乳草等則支持更經(jīng)濟的能量需求，更適合帝王蝶種群的遷徙。

昆蟲與微生物互作——常駐微生物群對果蠅營養(yǎng)表型的影響       動物常駐微生物群（尤其是腸道菌群）對宿主營養(yǎng)加工、代謝信號及健康至關(guān)重要，但哺乳動物菌群復雜（數(shù)百種，多不可培養(yǎng)），研究難度大。英國約克大學生物學系的研究團隊以果蠅為樣品探究常駐微生物群對果蠅營養(yǎng)表型（生長、營養(yǎng)狀態(tài)、代謝）的影響。其中無菌果蠅幼蟲發(fā)育時間顯著延長，而存活率、成年體重、雌性產(chǎn)卵量無顯著差異。無菌果蠅的耗氧率和產(chǎn)CO₂率顯著低于常規(guī)果蠅，雌性高于雄性；雌雄呼吸商均接近 1，表明主要呼吸燃料為葡萄糖。其中無菌果蠅幼蟲發(fā)育延長可能因微生物缺失導致營養(yǎng)獲取效率降低，而成年體型無差異說明幼蟲臨界體重后的生長不受影響，提示微生物作用主要在臨界體重前階段。這表明果蠅常駐微生物群雖非生存必需，但通過促進幼蟲生長、調(diào)節(jié)碳水化合物分配及能量穩(wěn)態(tài)，顯著影響宿主營養(yǎng)表型，揭示動物營養(yǎng)表型需結(jié)合宿主 - 微生物群相互作用機理。

全球變暖影響昆蟲與植物互作——溫度對覓食行為及飛行代謝率的影響       昆蟲中傳粉者對野生植物群落和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力至關(guān)重要，但全球范圍內(nèi)其豐度和多樣性正下降。氣候變暖是傳粉昆蟲的主要威脅之一，可影響昆蟲發(fā)育、形態(tài)、代謝及行為。瑞典科學團隊從溫度變化入手，研究氣候變暖條件下熊蜂覓食行為及代謝機制的變化。實驗結(jié)果顯示飛行代謝率隨溫度升高而顯著降低。其中高溫下熊峰的飛行代謝率降低可能是因為肌肉預熱耗能減少，使熊蜂能更快飛行、更多訪花而不增加能耗；但高溫也會引發(fā)熱應激，導致單蜂覓食次數(shù)減少。這種覓食行為的改變可能會破壞植物 - 傳粉者互作，雖然高溫下熊蜂訪花更頻繁，但可能因訪花時間短導致花粉傳遞不足；且單蜂覓食次數(shù)減少、更多工蜂參與覓食可能降低蜂群效率（如哺育），間接影響植物授粉成功率。
 
易科泰提供專業(yè)全面的昆蟲生理生態(tài)研究技術(shù)方案：

• SSI 模塊式昆蟲能量代謝測量技術(shù)方案

模塊化設(shè)計，可精確測定昆蟲耗氧量和二氧化碳產(chǎn)量，適用于 昆蟲生態(tài)學、遺傳學、毒理學 等多領(lǐng)域研究

• FMS & Foxbox 便攜式昆蟲能量代謝技術(shù)方案

小型箱式設(shè)計，便于野外快速部署，支持現(xiàn)場代謝監(jiān)測

• 高通量昆蟲能量代謝測量技術(shù)方案

專為微小生物（昆蟲、蟲蛹、蛾、線蟲、土壤動物等） 設(shè)計，高通量測定呼吸速率和代謝水平

• MAVEN™高通量果蠅等昆蟲代謝監(jiān)測高端技術(shù)

支持同時監(jiān)測 16 只果蠅，單次測量最快 15 秒完成，適用于生態(tài)學、遺傳學 等多學科研究。

• 易科泰VISIR昆蟲行為觀測分析技術(shù)

融合可見光+紅外熱成像技術(shù)，精準記錄昆蟲行為軌跡、體溫變化、支持高通量樣本監(jiān)測

• 高光譜成像技術(shù)

捕捉昆蟲高光譜特征，助力實現(xiàn)物種自動化識別/行為模式（如覓食）和生理狀態(tài)分析/健康狀況評估。

• 昆蟲 - 植物互作研究檢測技術(shù)

整合高光譜成像、紅外熱成像、葉綠素熒光成像、電生理測量等多維度方法,監(jiān)測植物對昆蟲侵害的生理生化響應/分析昆蟲的行為與生態(tài)適應性/為害蟲防控、抗蟲育種提供科學依據(jù)
 
 參考文獻：

• Pocius V M, Cibotti S, Ray S, et al. Impacts of larval host plant species on dispersal traits and free-flight energetics of adult butterflies[J]. Communications Biology, 2022, 5(1): 469.
• Ridley E V, Wong A C N, Westmiller S, et al. Impact of the resident microbiota on the nutritional phenotype of Drosophila melanogaster[J]. PloS one, 2012, 7(5): e36765.
• Jaske B and Pfeiffer K (2025) Temperature-induced shifts and temperature compensation in the tuning of motion-sensitive neurons of bumblebees, Journal of Neurophysiology, Online publication date: 1-Jun-2025.