易科泰呼吸代谢测量技术：昆虫对杀虫剂的响应
时间：2023-08-01 阅读：49
昆虫与杀虫剂，是一场人类与昆虫的战争。长期使用杀虫剂易使昆虫产生不同程度的抗药性、甚至产生交互抗性，从而不利于生态环境的保护和农业生产成本的降低。目前已知昆虫对杀虫剂的响应包括生态行为、发育、生理代谢、基因表达、神经系统、表型适应等方面，但昆虫响应杀虫剂更深入的机制目前仍不清楚。易科泰昆虫呼吸代谢和行为监测技术是深入评估杀虫剂对昆虫新陈代谢研究的创新型方案。
案例一：玉米象甲虫抗药性与适应性代价
杀虫剂抗药性研究不仅在害虫管理方案中具有实际重要性，而且作为害虫新适应的表型及其相关的生理（和遗传）变化的进化模型也很重要。一般假设认为，昆虫具备了抗药性，往往是以其生理适合度（fitness）降低为代价的，一旦具备了对杀虫剂的抗药性，其对环境适合度往往会降低。
氧气摄入代表了昆虫生理过程能量需求，可通过昆虫的呼吸速率（单位时间二氧化碳产生量VCO2或氧气消耗量VO2）来评估昆虫种群对不同环境条件的适应性。昆虫呼吸速率的变化有助于检测与无杀虫剂环境中的杀虫剂抗药性相关的可能适应性代价，而脂肪体形态的改变表明在接触有毒化合物时，生物体脂肪体形态能量储备的可用性和动员力。
巴西维索萨联邦大学Raul Narciso C. Guedes教授团队研究了杀虫剂敏感的（来自Sete Lagoas）和抗药性种群（来自Jacarezinho和Juiz de Fora）成体玉米象发育速率、呼吸速率和脂肪体细胞形态学等指标。实验中的呼吸速率测试使用了SSI昆虫呼吸代谢系统，结果显示（上图右），来自Jacarezinho的玉米象呼吸速率显著高于其它两个种群。来自Jacarezinho和Juiz de Fora的杀虫剂抗性种群之间的适应性差异可能是由于其抗药性的遗传起源差异。
研究认为，当前研究结果证实杀虫剂抗性与脂肪体细胞形态和呼吸速率之间存在关联，导致更高的储存能量，可以很容易地动员起来用于杀虫剂抗性。此外，对抗性杀虫剂的高能量需求可能会带来额外的能量代价，即在没有杀虫剂的情况下阻止抗性表型的固化，除非其储存能量储备和动员能量储备的能力足以满足潜在的相互冲突的生理过程（例如抗性和发育）。
案例二：大豆夜蛾毒杀后的运动行为、呼吸代谢、食物消耗等研究
毒死蜱（Chlorpyrifos）是一种中等毒性和广谱有机磷杀虫剂，已被用于控制谷物、棉花、水果、蔬菜、谷物和观赏植物的害虫。毒死蜱抑制乙酰酯酶，神经元突触中乙酰的增加。毒死蜱还影响其他神经递质、酶和细胞信号通路，其剂量低于抑制乙酰酯酶的剂量。然而，这些影响的程度和机制尚不清楚。
巴西维索萨联邦大学Angelica Plata-Rueda博士等科研人员评估了摄入暴露于毒死蜱后大豆夜蛾的毒性、存活率和副作用（运动行为、呼吸速率、食物消耗和中肠组织病理学）。 研究中使用SSI昆虫呼吸代谢测量技术、VISIR动物视频行为分析技术进行大豆夜蛾的呼吸速率、运动行为状态监测分析。
毒死蜱（LC50=0.58g L-1和LC90=0.85g L-1，LC50为半致死浓度，LC90为90%致死浓度）对大豆夜蛾有毒杀效应，并且LC50毒死蜱下夜蛾存活率从对照99%降低到30%。研究认为，该杀虫剂降低了大豆夜蛾的呼吸速率、 食物消耗量，改变了行为反应以及中肠组织病变损伤。
北京易科泰生态技术有限公司与的美国Sable能量代谢技术公司等合作提供专业的能量代谢与行为监测分析技术方案，如SSI昆虫呼吸代谢测量系统、VISIR动物视频行为监测分析系统。
参考文献
1. Angelica Plata-Rueda, Carlos Henrique Martins de Menezes, et al., Side-effects caused by chlorpyrifos in the velvetbean caterpillar Anticarsia gemmatalis (Lepidoptera: Noctuidae), Chemosphere,Volume 259,2020.
2. Eugênio E.Oliveira,R N C.Guedes, Marcos R.Tótola, PauloDe MarcoJr. Competition between insecticide-susceptible and -resistant populations of the maize weevil, Sitophilus zeamais. Chemosphere,Volume 69, Issue1, August 2007, Pages 17-24.
3. Guedes R N C, Oliveira E E, Guedes N M P, et al. Cost and mitigation of insecticide resistance in the maize weevil, Sitophilus zeamais[J]. Physiological Entomology, 2006, 31(1):30-38.