易科泰呼吸代谢测量技术：昆虫对杀虫剂的响应

       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 制乙酰胆碱酯酶，神经元突触中乙酰胆碱的增加。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 制乙酰胆碱酯酶的剂量。然而，这些影响的程度和机制尚不完全清楚。

       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世界知名的美国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.

       第五届全国植物逆境生物学学术研讨会于2023年5月19-22日在陕西杨凌顺利召开。来自全国各地的植物逆境生物学专家学者汇聚一堂，就国内外逆境生物学的发展趋势和研究现状分享交流、共话发展。北京易科泰生态技术有限公司作为国家高新技术企业，长期致力于生态-农业-健康研究监测，技术推广、研发与服务，应邀参加本次会议，为各位科研人员展示并提供了国际先进的相关仪器与植物逆境生物学研究全面解决方案，并就有关技术与各位专家学者进行现场交流探讨，受到广泛好评与认可。

本次大会我们展出了以下技术方案：

PhenoTron®-HSI多功能高光谱成像系统

PhenoTron®复式植物表型分析平台、智能LED光源与生长室

SpectraPen手持式光谱测量仪（包括叶夹式和试管式等）

FluorPen手持式叶绿素荧光仪/藻类荧光测量仪

FluorCam叶绿素荧光/多光谱荧光成像技术

Specim高光谱成像技术

Thermo-RGB红外热成像技术

野外高通量植物表型成像分析系统

Ecodrone®无人机高光谱-激光雷达-红外热成像遥感系统

       易科泰生态技术公司设有EcoTech®实验室、生态健康研究中心及SpectrAPP®光谱成像创新应用项目，欢迎合作！

详情可咨询

易科泰市场部

电话：010-82611269/1572

邮箱：info@eco-tech.com.cn      

       第三届植物生态学前沿论坛暨JPE编委会议于2023年5月26-29日在甘肃兰州顺利召开。来自全国各地的生态学专家学者汇聚一堂，就国内外植物生态学领域的前沿热点研究分享交流、共话发展。北京易科泰生态技术有限公司作为国家高新技术企业，长期致力于生态-农业-健康研究监测，技术推广、研发与服务，应邀参加本次会议，为各位科研人员展示并提供了国际先进的相关仪器与生态学研究全面解决方案，并就有关技术与各位专家学者进行现场交流探讨，受到广泛好评与认可。

本次大会我们展出了以下技术方案：

PhenoTron®-HSI多功能高光谱成像系统

FluorPen手持式叶绿素荧光仪/藻类荧光测量仪

FluorCam叶绿素荧光/多光谱荧光成像技术

野外高通量植物表型成像分析系统

Ecodrone®无人机高光谱-激光雷达-红外热成像遥感系统

       易科泰生态技术公司设有EcoTech®实验室、生态健康研究中心及SpectrAPP®光谱成像创新应用项目，欢迎合作！

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邮箱：info@eco-tech.com.cn   

       近日，易科泰模块式植物表型系统已完成安装调试和理论及操作培训，正式交付四川省农业科学院水稻高粱研究所，应用于水稻、高粱等农作物的耐高温、耐旱育种研究。

该模块式表型系统具备：

1.     FluorCam叶绿素荧光成像单元：

       内置Fv/Fm、Kausky诱导效应、Quenching、Light curve等程序，可对植株、叶片、果实进行脉冲调制式叶绿素荧光成像测量，得到50多个叶绿素荧光参数，反应植物光合代谢状态对环境变化的响应。同时具备PAR吸收和NDVI测量功能，描述植物的可见光利用效率和光合活性。此外还具备GFP测量功能。上述测量功能都可得到参数数值、动态变化曲线、参数2D图像，灵敏、早期和全面的反应植物生理状态对生物胁迫和非生物胁迫的响应，极大的加速抗逆作物育种进程。

对桂树叶片进行干旱处理（离体12小时），将其和对照叶片（新鲜摘取）同时进行测量：

左图：左侧为对照，右侧为干旱处理叶片，肉眼无法看到明显差异；

中图：NPQ图像，干旱叶片的参数值为0.46，对照为0.82，差异显著；干旱导致叶片光保护能力损伤，因而NPQ显著降低；

右图：PAR吸收图像，干旱处理结果值为0.83（右侧），对照值为0.90（左侧），干旱胁迫导致植物光吸收能力下降。

左图：运行Light Curve光响应曲线测量程序，ETR（电子传递速率）曲线显示干旱叶片光饱和点低于对照，认为其光合能力下降

右图：FluorCam软件可对图像结果的像素参数值进行定量分析，右图为干旱和对照叶片在各个qN范围内的面积对比

2.     多光谱荧光成像单元

       多光谱荧光成像功能所得到520、740、440、690nm荧光值及其相互比值，反应植物叶绿素含量的变化及次生代谢物的积累，从而评估植物的胁迫程度及防御机制的激活。

多光谱荧光测量，自左向右分别是F740/F440、F740/F520、F520、F440成像：左侧为对照，右侧为干旱叶片，都呈现明显差异。

3.     PhenoPlot®轻便型作物/植物表型成像分析系统

       该系统由轻便型扫描台架和成像单元组成，成像单元沿台架进行样带式扫描成像，高度可调，可用于实验室和野外原位（in-situ）成像测量分析。PhenoPlot®可选配叶面温度、叶面湿度、茎流、茎杆生长、果实生长、叶片叶绿素荧光监测、高光谱成像测量等功能，本系选配的为RGB和红外热成像扫描成像功能。

       植物在高温、干旱等环境变化下，基于气孔开闭、蒸腾作用等的水分利用机制对其抗逆能力至关重要，并直接影响叶片表面温度。红外热成像则可对植物叶片、植株、冠层等温度进行2D成像测量，作为温度调节机制和水分利用效率评估的重要参数。系统同时具备RGB成像功能，用于红外热成像图的植物蒙板以及形态分析。

PhenoPlot®  RGB成像、红外热成像、形态学和温度分析功能展示。样品为木耳菜。

左图：正常光强（a）和高光处理（b）下拟南芥红外热成像测量结果；材料为不同浓度NaCl处理3天后的拟南芥。高光和正常光照下，样品温度2D图像和参数值都呈现明显差异，同时NaCl浓度越高，植株表面平均温度越高。

右图：不同浓度盐处理的拟南芥在突然高光下的温度变化。NaCl浓度越高，温度上升越急剧，稳定状态下的温度越高。

引自：Orzechowska, A.; Trtílek, M.; Tokarz, K.M.; Szyma´nska, R.; Niewiadomska, E.; Rozp ˛adek, P.; W ˛ator, K. Thermal Analysis of Stomatal Response under Salinity and High Light. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22,4663. https://doi.org/10.3390/ ijms22094663

4.      PlanTherm PT100植物热耐受性测量仪

       该系统基于离子渗透法，通过同步测量升温过程中的植物离子析出（电导）拐点与叶绿素荧光动态曲线，能够简便、快速、全面地评估植物的热耐受性。应用离子渗透法评估植物的热耐受特性起始于1930年并且应用广泛，PT100的创新之处在于：测量细胞膜稳定性指标电导率的拐点温度的同时，测量表征光合系统稳定性的叶绿素荧光强度拐点。对比传统方法测量过程为几个小时，PT100实验过程只需25分钟；而且，PT100的连续测量方式更为稳定和准确。