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易科泰呼吸代謝測量技術：昆蟲對殺蟲劑的響應
發布時間： 2023-07-19 點擊次數： 1453次昆蟲與殺蟲劑，是一場人類與昆蟲的戰爭。長期使用殺蟲劑易使昆蟲產生不同程度的抗藥性、甚至產生交互抗性，從而不利于生態環境的保護和農業生產成本的降低。目前已知昆蟲對殺蟲劑的響應包括生態行為、發育、生理代謝、基因表達、神經系統、表型適應等方面，但昆蟲響應殺蟲劑更深入的機制目前仍不清楚。易科泰昆蟲呼吸代謝和行為監測技術是深入評估殺蟲劑對昆蟲新陳代謝研究的創新型方案。
案例一：玉米象甲蟲抗藥性與適應性代價
殺蟲劑抗藥性研究不僅在害蟲管理方案中具有實際重要性，而且作為害蟲新適應的表型及其相關的生理（和遺傳）變化的進化模型也很重要。一般假設認為，昆蟲具備了抗藥性，往往是以其生理適合度（fitness）降低為代價的，一旦具備了對殺蟲劑的抗藥性，其對環境適合度往往會降低。
氧氣攝入代表了昆蟲生理過程能量需求，可通過昆蟲的呼吸速率（單位時間二氧化碳產生量VCO2或氧氣消耗量VO2）來評估昆蟲種群對不同環境條件的適應性。昆蟲呼吸速率的變化有助于檢測與無殺蟲劑環境中的殺蟲劑抗藥性相關的可能適應性代價，而脂肪體形態的改變表明在接觸有毒化合物時，生物體脂肪體形態能量儲備的可用性和動員力。
巴西維索薩聯邦大學Raul Narciso C. Guedes教授團隊研究了殺蟲劑敏感的（來自Sete Lagoas）和抗藥性種群（來自Jacarezinho和Juiz de Fora）成體玉米象發育速率、呼吸速率和脂肪體細胞形態學等指標。實驗中的呼吸速率測試使用了SSI昆蟲呼吸代謝系統，結果顯示（上圖右），來自Jacarezinho的玉米象呼吸速率顯著高于其它兩個種群。來自Jacarezinho和Juiz de Fora的殺蟲劑抗性種群之間的適應性差異可能是由于其抗藥性的遺傳起源差異。
研究認為，當前研究結果證實殺蟲劑抗性與脂肪體細胞形態和呼吸速率之間存在關聯，導致更高的儲存能量，可以很容易地動員起來用于殺蟲劑抗性。此外，對抗性殺蟲劑的高能量需求可能會帶來額外的能量代價，即在沒有殺蟲劑的情況下阻止抗性表型的固化，除非其儲存能量儲備和動員能量儲備的能力足以滿足潛在的相互沖突的生理過程（例如抗性和發育）。
案例二：大豆夜蛾毒殺后的運動行為、呼吸代謝、食物消耗等研究
毒死蜱（Chlorpyrifos）是一種中等毒性和廣譜有機磷殺蟲劑，已被用于控制谷物、棉花、水果、蔬菜、谷物和觀賞植物的害蟲。毒死蜱抑制乙酰膽堿酯酶，神經元突觸中乙酰膽堿的增加。毒死蜱還影響其他神經遞質、酶和細胞信號通路，其劑量低于抑制乙酰膽堿酯酶的劑量。
巴西維索薩聯邦大學Angelica Plata-Rueda博士等科研人員評估了攝入暴露于毒死蜱后大豆夜蛾的毒性、存活率和副作用（運動行為、呼吸速率、食物消耗和中腸組織病理學）。 研究中使用SSI昆蟲呼吸代謝測量技術、VISIR動物視頻行為分析技術進行大豆夜蛾的呼吸速率、運動行為狀態監測分析。
毒死蜱（LC50=0.58g L-1和LC90=0.85g L-1，LC50為半致死濃度，LC90為90%致死濃度）對大豆夜蛾有毒殺效應，并且LC50毒死蜱下夜蛾存活率從對照99%降低到30%。研究認為，該殺蟲劑降低了大豆夜蛾的呼吸速率、 食物消耗量，改變了行為反應以及中腸組織病變損傷。
北京易科泰生態技術有限公司與美國Sable能量代謝技術公司等合作提供專業的能量代謝與行為監測分析技術方案，如SSI昆蟲呼吸代謝測量系統、VISIR動物視頻行為監測分析系統。
參考文獻
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.