环境温度与能量代谢研究案例

作者：张馨予

环境温度与能量代谢研究案例

能量代谢是机体生命活动的基本特征，机体的能量代谢受很多因素影响，其中内在因素有肌肉活动、精神活动等，外在因素中环境温度是一个重要因素，不管过高的温度还是过低的温度，对生物体的能量代谢过程都会产生影响，而且影响机制极为复杂。多年来众多学者做了很多相关实验对此展开了研究，下面是几个发表在Nature或其子刊上的研究实例，供参考（文献全文和产品详细资料请联系我公司）。

这方面研究往往涉及一个临界温度的概念：临界温度，在生态学中指生物进行正常生命活动（生长、发育和生殖等）所需的环境温度的上限或下限，也就是动物能够生长发育的极限高温和极限低温，通常称为临界高温（critical thermal maxi-mum，CTMax）和临界低温（critical thermal mini-mum，CTMin），环境温度高于或低于临界温度，动物发育将停滞或进入休眠状态，所以临界温度是反映动物（尤其是非恒温动物）耐热性和耐寒性的常用指标，也是动物热生物学的重要特征之一，在一定程度上反映了该物种的特性，也反映着这一特定物种对地理环境和季节变化的适应能力。

※美国威廉斯堡威廉和玛丽学院生物系（Department of Biology, College of William and Mary）的Donna G. Folk等以黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）为实验对象，比较了高击倒温度品系（简写为HN，High Knockdown lines (‘High TKD’)），低击倒温度品系（简写为LN，Low knockdown lines (‘Low TKD’)）和对照品系（简写为CN，Control lines）的临界高温、临界低温和击倒温度（knockdown temperature），并且使用美国 SSI 公司（Sable Systems International）的呼吸代谢测量系统测量果蝇的呼吸速率，同时使用SSI公司的AD-1（升级后的新型号是AD-2）昆虫活动记录仪测量果蝇的活动状态，呼吸速率数据和活动状态数据相结合来确定温度对实验对象来说是否达到临界点。

上图X轴是温度值，Y轴黑线是SSI呼吸测量系统测得的昆虫呼吸速率（单位体重单位时间CO2释放量）；红线是SSI的AD-1昆虫活动记录仪测得的活动状态。从图表可以看到临界高温是在41℃左右

※南非斯泰伦博斯大学入侵生物学中心保护生态与昆虫学系（Department of Conservation Ecology and Entomology, Centre for Invasion Biology, Stellenbosch University）的Leigh Boardman等在研究苹果异胫小卷蛾（Thaumatotibia leucotreta）耐寒性和氧气供应量的关系时，使用美国 SSI 公司（Sable Systems International）的呼吸代谢测量系统包括AD-2昆虫活动记录仪测量昆虫的厌氧代谢及其活动状态。实验揭示出虽然氧气供应量影响到了昆虫的厌氧代谢，但是并未影响到昆虫的耐寒性。

上面图表揭示的是在不同氧气分压条件下，通过热限呼吸法（thermolimit respirometry (TLR) ）确定的临界低温（critical thermal minima，反映生物耐寒性的重要指标）。

上图揭示的是临界氧分压（critical oxygen partial pressure (Pcrit) (A)）和昆虫CO2消耗速率（rate of CO2 release (V CO2)）的变化关系。

※中科院动物研究所昆虫与啮齿动物综合治理国家重点实验室刘柱东等利用美国 SSI 公司（Sable Systems International）的呼吸代谢测量系统，研究了高温条件（35℃）下烟青虫（Helicoverpa assulta（Hübner））夏滞育率、蛹重及代谢速率的变化关系，结果显示高温能诱导烟青虫进入夏滞育，并且夏滞育蛹能通过维持低的代谢水平来适应炎热的夏天，具有一定的生态适应意义。

上图是处于不同蛹龄的滞育期虫蛹和非滞育期虫蛹的呼吸速率动态关系。

※美国蒙大拿州密苏拉州蒙大纳大学蒙大拿州合作野生动物研究室（Montana Cooperative Wildlife Research Unit, University of Montana）的Riccardo Ton等，在研究鸟类胚胎发育过程中环境温度的影响时，使用美国 SSI 公司（Sable Systems International）的Foxbox便携式呼吸测量系统测量鸟卵的能量代谢，最终的实验结果表明环境温度在鸟类胚胎发育过程中的作用比以前认为的大得多。

上图是9种鸟类单位质量代谢率（mass-specific metabolic rate (mL O2 h−1)）处理组和对照组之间的平均差异。