解密昆虫互作的能量机制——易科泰昆虫能量代谢测量技术

       在全.球气候变化与农业生态安全面临严峻挑战的背景下，昆虫能量代谢测量技术通过实时监测耗氧量、二氧化碳排放及呼吸商等参数，精准量化昆虫在种内或种间互作（如寄生、共生、竞争）中的能量分配与生理适应机制。其作用在于揭示互作引发的代谢动态变化（如寄生导致宿主呼吸激增、取食行为与能量消耗的协同），评估环境胁迫（温度、农药）对能量策略的影响；前景则聚焦于多技术融合（结合行为监测、红外热成像）和高通量系统应用，推动从微观生理到宏观生态的跨尺度研究，为害虫防控、共生进化及气候变化响应提供核心理论支撑。

北京易科泰依托20余年技术积淀，为客户提供全面定制化的昆虫能量代谢测量技术方案：

●  测量对象覆盖从果蝇、蚜虫等细小昆虫，到蜜蜂、蚱蜢、鳞翅目等中大型昆虫，以及线虫、蜘蛛等土壤无脊椎动物，支持卵-幼虫-蛹-成虫全生命周期的昆虫呼吸代谢测量

●  可选模块式或便携式结构，具备高度可扩展性、多样化配置方案

●  基于开放式、封闭式、Stop-flow等不同测量技术，适应不同预算、不同昆虫大小、不同研究需求，可选配单通道或多通道测量系统

易科泰昆虫能量代谢测量设备应用案例：

昆虫与植物互作——幼虫宿主塑造帝王蝶飞行能耗

图1. 成虫的能量代谢特征与宿主乳草的关系；强心苷与代谢率、肌肉特征的关联

       帝王蝶的北美种群具有长达数千公里的季节性迁徙行为，是昆虫中迁徙距离最长的物种之一。人类为了保护这一濒危物种，会在其迁徙路线种植幼虫取食的多种乳草。宾夕法尼亚州立大学昆虫系的科研团队研究了8种不同乳草培养下帝王蝶飞行肌肉发育、能量代谢等参数的变化，其中热带乳草和华丽乳草组成虫的飞行代谢率（FMR）显著高于草原乳草组；华丽乳草组成虫静止代谢率（RMR）显著高于草原乳草、轮生乳草和普通乳草组。帝王蝶幼虫宿主乳草种类通过改变帝王蝶的飞行肌肉占比和强心苷积累，显著影响成年帝王蝶的能量代谢特征，比如热带乳草和华丽乳草虽然能促进更高的肌肉发育，但会导致更高的能量消耗，可能对长距离迁徙不利；而普通乳草、草原乳草等则支持更经济的能量需求，更适合帝王蝶种群的迁徙。

昆虫与微生物互作——常驻微生物群对果蝇营养表型的影响

图2. 不同处理间耗氧率、产CO₂率及呼吸商（RQ）的差异

       动物常驻微生物群（尤其是肠道菌群）对宿主营养加工、代谢信号及健康至关重要，但哺乳动物菌群复杂（数百种，多不可培养），研究难度大。英国约克大学生物学系的研究团队以果蝇为样品探究常驻微生物群对果蝇营养表型（生长、营养状态、代谢）的影响。其中无菌果蝇幼虫发育时间显著延长，而存活率、成年体重、雌性产卵量无显著差异。无菌果蝇的耗氧率和产CO₂率显著低于常规果蝇，雌性高于雄性；雌雄呼吸商均接近1，表明主要呼吸燃料为葡萄糖。其中无菌果蝇幼虫发育延长可能因微生物缺失导致营养获取效率降低，而成年体型无差异说明幼虫临界体重后的生长不受影响，提示微生物作用主要在临界体重前阶段。这表明果蝇常驻微生物群虽非生存必需，但通过促进幼虫生长、调节碳水化合物分配及能量稳态，显著影响宿主营养表型，揭示动物营养表型需结合宿主-微生物群相互作用机理。

全.球变暖影响昆虫与植物互作——温度对觅食行为及飞行代谢率的影响

图3. 温度对熊蜂访花率、访花时间、飞行代谢率的影响

       昆虫中传粉者对野生植物群落和农业生产力至关重要，但全.球范围内其丰度和多样性正下降。气候变暖是传粉昆虫的主要威胁之一，可影响昆虫发育、形态、代谢及行为。瑞典科学团队从温度变化入手，研究气候变暖条件下熊蜂觅食行为及代谢机制的变化。实验结果显示飞行代谢率随温度升高而显著降低。其中高温下熊峰的飞行代谢率降低可能是因为肌肉预热耗能减少，使熊蜂能更快飞行、更多访花而不增加能耗；但高温也会引发热应激，导致单蜂觅食次数减少。这种觅食行为的改变可能会破坏植物-传粉者互作，虽然高温下熊蜂访花更频繁，但可能因访花时间短导致花粉传递不足；且单蜂觅食次数减少、更多工蜂参与觅食可能降低蜂群效率（如哺育），间接影响植物授粉成功率。

易科泰提供专业全面的昆虫生理生态研究技术方案：

●  SSI模块式昆虫能量代谢测量技术方案

模块化设计，可精确测定昆虫耗氧量和二氧化碳产量，适用于昆虫生态学、遗传学、毒理学等多领域研究

●  FMS&Foxbox便携式昆虫能量代谢技术方案

小型箱式设计，便于野外快速部署，支持现场代谢监测

●  高通量昆虫能量代谢测量技术方案

专为微小生物（昆虫、虫蛹、蛾、线虫、土壤动物等） 设计，高通量测定呼吸速率和代谢水平

●  MAVEN™高通量果蝇等昆虫代谢监测高端技术

支持同时监测16只果蝇，单次测量最快15秒完成，适用于生态学、遗传学等多学科研究。

●  易科泰VISIR昆虫行为观测分析技术

融合可见光+红外热成像技术，精准记录昆虫行为轨迹、体温变化、支持高通量样本监测

●  高光谱成像技术

捕捉昆虫高光谱特征，助力实现物种自动化识别/行为模式（如觅食）和生理状态分析/健康状况评估。

●  昆虫-植物互作研究检测技术

整合高光谱成像、红外热成像、叶绿素荧光成像、电生理测量等多维度方法,监测植物对昆虫侵害的生理生化响应/分析昆虫的行为与生态适应性/为害虫防控、抗虫育种提供科学依据

1. 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.

2. 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.

3. 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.