昆虫不连续气体交换

许多昆虫呼吸时气体交换是不连续的循环式进行的。根据气门开闭,一个典型的不连续气体交换循环（discontinuous gas exchangecycle, DGC）可以明显分为3个阶段: 关闭阶段,极少或没有气体交换;颤动阶段,气门迅速微开和关闭,O₂进入气管,少量CO₂释放;最后是开放阶段,大量的CO₂释放。该文综述了DGC特征及昆虫活动、温度、体重对DGC的影响,并讨论了DGC与呼吸失水、缺氧或高CO₂浓度环境有关的进化适应意义。     

温度对意大利蝗呼吸代谢的影响

【目的】意大利蝗Calliptamus italicus L.是新疆荒漠、半荒漠草原的主要危害种类,前期研究表明其发生与新疆气候变暖显著相关,本研究进一步探讨气候变暖条件下意大利蝗的呼吸代谢适应机制。【方法】应用多通道昆虫呼吸仪测定了15, 20, 25, 30和35℃不同温度条件下意大利蝗成虫的呼吸率、代谢率、CO₂释放率、Q₁₀(每升高10℃呼吸率的变化幅度)及呼吸商并分析其变化特征。【结果】15℃时意大利蝗成虫的呼吸率、代谢率、CO₂释放率均显著低于其他温度（P<0.01）, 35℃时3项指标值显著高于其他温度（P<0.01）,表明低于15℃和高于35℃的温度条件都对意大利蝗的呼吸代谢产生明显影响;在20~30℃之间,意大利蝗的呼吸率、代谢率及CO2释放率变化幅度小且平稳,差异均不显著（P>0.01）,表明该温度范围是意大利蝗生长发育的适宜温度条件。不同温度下意大利蝗呼吸率的Q₁₀值显示, 20~30℃温度范围内的 Q₁₀值最小,为1.03, 15~25℃的Q10值为1.43, 25~35℃的Q10值最大,为2.42,说明意大利蝗的呼吸代谢活动对温度变化敏感,并表明20~30℃是意大利蝗生长发育的适宜范围。各温度条件下意大利蝗呼吸商的差异不显著（P>0.01）,平均为0.9450,判断意大利蝗呼吸代谢消耗的底物主要为糖类物质。【结论】意大利蝗生长发育的适宜温度范围是20~30℃,预示着在气候持续变暖背景下,意大利蝗仍将是新疆草原最重要的生物灾害之一。     

西伯利亚蝗气门结构及呼吸代谢对高温胁迫的响应

【目的】掌握西伯利亚蝗Gomphocerus sibiricus的气门结构和呼吸代谢应对高温胁迫的响应策略。【方法】运用扫描电镜观察西伯利亚蝗气门超显微结构,多通道昆虫呼吸仪测定18~42℃处理下西伯利亚蝗的O_2吸收率、CO_2释放率、代谢率和呼吸商。【结果】西伯利亚蝗共有10对气门,胸部2对,腹部8对,呈圆形或椭圆形,内侧着生有筛板,呈刺凸状,分布密集。18~42℃范围内,随温度升高,西伯利亚蝗呼吸代谢呈先上升后下降的趋势。18℃时西伯利亚蝗雌雄成虫的O_2吸收率、CO_2释放率和代谢率值显著小于其他温度下的相应值(P<0.05),雌虫分别为0.0022 m L/min、0.0019 m L/min和0.0210 m L/(g·min),雄虫分别为0.0016 m L/min、0.0016 m L/min和0.0236 m L/(g·min);21~27℃范围内,西伯利亚蝗雌雄成虫的呼吸代谢变化平稳,超过30℃呼吸代谢各指标值迅速上升,至36℃时雌雄成虫的O_2吸收率和代谢率值均显著大于其他温度下的相应值(P<0.05);雌虫分别为0.0071 m L/min和0.0592 m L/(g·min),雄虫分别为0.0089 m L/min和0.1108 m L/(g·min),39℃时CO_2释放率显著大于其他温度下的相应值(P<0.05),雌雄成虫分别为0.0074 m L/min和0.0067 m L/min。【结论】依据西伯利亚蝗呼吸代谢随温度变化特征可以判断,随气候持续变暖,西伯利亚蝗仍将是新疆高山、亚高山草原的重要致灾类群。     

水分胁迫对重庆石灰岩地区不同龄级柏木(Cupressus funebris Endl.)幼苗气体交换的影响

通过盆栽水分胁迫试验,采用美国Li-COR公司生产的Li-6400便携式光合测定分析仪,对比研究了水分胁迫对重庆石灰岩地区不同龄级柏木幼苗气体交换的影响。结果表明:水分胁迫降低了两种年龄柏木幼苗的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度,1年生幼苗的净光合速率下降的幅度大于5年生幼苗。1年生幼苗的胞间CO2浓度随着水分胁迫强度的增加而升高,而气孔限制值下降,5年生幼苗在重度干旱前,胞间CO2浓度随着水分胁迫强度的增加而降低,气孔限制值上升,但重度干旱后,趋势与1年生幼苗相同,由这些指标的变化趋势分析得出,1年生幼苗的净光合速率的下降是由非气孔限制因素引起的,而5年生幼苗在重度干旱前净光合速率的下降是由气孔限制因素引起,而在重度干旱后转为非气孔因素。1年生幼苗的水分利用效率随着水分胁迫的加剧而降低,5年生幼苗水分利用效率呈上升趋势,说明5年生幼苗更能适应干旱胁迫。干旱胁迫降低了一年生柏木幼苗的表观量子产额、羧化效率以及最大净光合速率即光合能力,但光补偿点、CO2补偿点、光呼吸和暗呼吸却随着水分胁迫的加剧而升高。对于5年生幼苗,干旱胁迫对其表观量子效率、光补偿点、光呼吸及光合能力的影响基本与一年生幼苗一致。但羧化效率、CO2补偿点呈先降后升的趋势,而暗呼吸却先升后降,说明适度的干旱(未遭受重度干旱之前)提高了柏木的CO2利用能力,但因呼吸消耗较多的光合产物还是导致了其光合能力的降低,但降低的程度较一年生幼苗小,表现为对干旱环境更好的适应能力。     

9个山茶品种对高温胁迫的光合生理响应及其耐热性综合评价

【目的】山茶的花型和花色丰富、花期长,其耐热性日益受到关注,筛选合适的评价方法和指标可为山茶属植物耐热性鉴定、种质发掘和新品种选育提供理论依据。【方法】以耐热性较强的单体红山茶和‘串花瀑布’为对照,7个自育束花茶花新品种为试验对象,采用瓶插方法,在短期(5 h)和长期(7 d)高温(42℃/35℃)处理后,考察各品种形态及光合生理标指标的变化,并综合评价其耐热性。【结果】(1)‘垂枝粉玉’和‘串花瀑布’在高温胁迫下叶绿素含量、类胡萝卜素含量、叶绿素a/b、净光合速率(P_n)和气孔导度(G_s)均上升,PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、PSⅡ潜在活性(F_v/F_o)和电子传递速率(ETR)维持在较高水平,且长期高温胁迫后均未出现热害。‘金叶粉玉’、‘上植华章’和‘玫瑰春’在高温胁迫下P_n和G_s均显著降低,而C_i升高,‘金叶粉玉’和‘上植华章’的F_v/F_m     

淹水胁迫对不结球白菜根系生长与呼吸酶活性的影响

采用双套盆法,以不结球白菜‘新矮青’和‘新夏青2号’品种为材料,研究了不同时间(1、3、5、恢复7d后)和不同程度淹水处理(根淹、半淹)后不结球白菜根系生长及呼吸代谢的变化规律。结果显示:(1)与对照相比,淹水胁迫下,不结球白菜幼苗根系鲜重、根系长度、根系活力显著下降,且半淹处理的下降幅度大于根淹处理。(2)淹水胁迫下,乳酸脱氢酶(LDH)、乙醇脱氢酶(ADH)活性较对照显著升高,而苹果脱氢酶(MDH)、琥珀酸脱氢酶(SDH)活性显著降低,且半淹处理的降幅大于根淹,淹水5d后与淹水1d后有显著性差异。(3)淹水胁迫下,‘新矮青’乳酸发酵途径弱于‘新夏青2号’,乙醇发酵则相反,导致后者根系中乳酸积累多于前者,细胞质酸化较严重,降低了对淹水胁迫的耐性。研究表明,不结球白菜幼苗期受到淹水胁迫时,其有氧呼吸明显受阻,无氧呼吸代谢被促进,而且随着淹水时间的延长及淹水深度的加深,根系呼吸代谢受到的抑制程度越严重,最终导致根系生长受到抑制。     

外源脯氨酸对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片AsA-GSH循环和光合荧光特性的影响

以抗热性较弱的黄瓜品种‘新泰密刺'为试材,在人工气候箱内采用营养液栽培法,研究了外源脯氨酸(Pro)预处理对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片抗坏血酸-谷胱甘肽循环和光合荧光特性的影响.结果显示:(1)与清水处理相比,高温胁迫4 h和8 h时,Pro预处理黄瓜幼苗叶片单脱氢抗坏血酸还原酶(MDAR)活性、GSH(还原型谷胱甘肽)/GSSG(氧化型谷胱甘肽)比值及GSH含量显著升高;(2)在高温胁迫8 h时,Pro预处理幼苗的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)及PSⅡ的最大光化学效率(F_v/F_m)、光化学淬灭系数(q_P)均显著升高,而蒸腾速率(T_r)和非光化学淬灭系数(NPQ)降低.研究表明,外源Pro预处理可显著提高高温胁迫下黄瓜幼苗叶片抗坏血酸-谷胱甘肽循环清除H_2O_2能力和叶片光合能力,有效缓解高温胁迫对黄瓜叶片抗氧化系统和光合系统的伤害,从而增强植株的耐热性.     

转GST和CAT1基因水稻根系抗氧化系统对干旱高温胁迫的响应(英文)

以携带谷胱甘肽转移酶(GST)和过氧化氢酶(CAT1)的转基因水稻和非转基因水稻(Oryza sativa L.) 品种'中花11'的根系为材料, 比较分析了二者在PEG 6000、38℃及PEG 6000和38℃复合胁迫下抗氧化系统特别是抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统的变化.结果显示, 6% PEG处理时,转基因水稻的CAT、GST、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽还原酶(GR)和脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)的活性都显著高于非转基因水稻;38℃处理时,前者的CAT、GST、SOD和GR的活性则显著低于后者;6% PEG和38℃复合处理时,前者的CAT、GST、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和DHAR的活性也都显著高于后者,但前者的SOD和GR活性则显著低于后者.6%PEG 诱导的转基因水稻根系的抗坏血酸氧还状态显著低于非转基因水稻,但二者的谷胱甘肽氧还状态无显著差异; 而6% PEG和38℃同时处理时,转基因水稻的谷胱甘肽氧还状态则显著高于非转基因水稻,但二者的抗坏血酸氧还状态差异不显著.研究发现,干旱和高温复合胁迫时,转基因水稻和非转基因水稻的抗氧化组分的变化均不等于这2种单一胁迫的叠加;GST和CAT1基因的转入对水稻抗氧化系统内源功能相关组分尤其是抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统产生了一定的影响,两种水稻的根系可能利用不同的抗氧化组分调节机制对这些胁迫做出应答.     

氧化胁迫对酿酒酵母NAD(H)激酶突变体呼吸链活性的影响

【目的】了解酿酒酵母线粒体NAD(H)激酶Pos5p对呼吸链活性的维持是否与其抗氧化功能有关。【方法】比较在不同类型的氧化胁迫试剂作用下,野生菌BY4742、POS5基因缺失体pos5Δ及其回补体pos5Δ/POS5-YEp的呼吸链各个酶复合体的活性变化及细胞内活性氧水平变化。【结果】在非胁迫条件下,pos5Δ的各个复合体活性明显低于BY4742,而pos5Δ/POS5-YEp的活性有所恢复,这与它们的胞内活性氧水平相一致。在甲萘醌胁迫下,BY4742和pos5Δ的各个复合体活性都发生不同程度的下降,但pos5Δ/POS5-YEp的活性都升高。在H2O2、马来酸二乙酯胁迫下,除个别复合体外,BY4742、pos5Δ和pos5Δ/POS5-YEp的呼吸链复合体活性都降低,尤以pos5Δ的活性降低最为严重,BY4742的活性降低则较少,而pos5Δ/POS5-YEp在H2O2胁迫下的活性降低得到了缓解。说明甲萘醌、H2O2和马来酸二乙酯胁迫会造成酿酒酵母呼吸链各个复合体发生损伤,而过表达Pos5p则有助于缓解甲萘醌和H2O2引起的损伤。【结论】Pos5p对呼吸链的作用与其抗氧化功能有相关性。     

5-氨基乙酰丙酸(ALA)对盐胁迫下葡萄叶片中AsA-GSH循环的影响

以两个耐盐程度不同的葡萄品种‘夏黑’(耐盐性较弱)和‘里扎马特’(耐盐性较强)为材料,分析了不同浓度ALA对不同浓度盐胁迫下葡萄叶片中AsA-GSH循环的影响。研究表明:喷施75 mg·L-1 ALA可显著提高2 g·kg-1盐胁迫下‘夏黑’葡萄叶片中抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)的活性以及还原型抗坏血酸(As A)、还原型谷胱甘肽(GSH)含量和AsA/DHA、GSH/GSSG比值,显著降低氢抗坏血酸(DHA)与氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量;而喷施150 mg·L-1 ALA可显著提高4 g·kg-1盐胁迫下‘里扎马特’葡萄叶片中APX、GR、MDHAR、DHAR的活性以及AsA、GSH含量和AsA/DHA、GSH/GSSG比值,显著降低DHA与GSSG含量。     

意大利蝗交配行为观察

通过昆虫行为观测仪与室外饲养观察,分析意大利蝗Calliptamus italicus的交配行为,阐明交配经历和温度对意大利蝗交配持续时间的影响。结果发现:(1)意大利蝗的交配行为包括相遇和交配两个阶段。相遇行为包括避让、打斗和交配3种类型,其中打斗多发生在雄雄相遇、雄虫与一对正在交配成虫相遇情况。避让和交配则多发生在雌雌相遇、雌雄相遇、雌虫与一对正在交配成虫相遇情况。雄虫在交配过程中占据主动。意大利蝗的交配行为包括曲腹、爬背、抱对和交配4个过程,平均时间为11.25±1.40 min。(2)雌雄虫初次交配的持续时间(12.88±0.67 min)显著长于雌雄虫均有交配经历的时间(10.47±0.39 min)(P0.05);初次交配雌虫和有交配经历雄虫的交配持续时间(11.00±0.75 min),与初次交配雄虫和有交配经历雌虫的时间(12.12±0.67 min)无显著差异(P0.05)。(3)随温度升高意大利蝗的交配持续时间缩短,27℃时交配持续时间最长(15.93±2.25 min),且与36℃、42℃时的时间差异显著(P0.05),42℃时的交配持续时间最短,为6.01±0.43 min,与36℃时的时间(7.47±0.52 min)差异不显著(P0.05)。     

意大利蝗的胚胎发育及卵滞育发生的胚胎发育阶段

【目的】明确意大利蝗Calliptamus italicus (L.)胚胎发育及卵滞育发生的胚胎发育阶段。【方法】2013-2014年间,通过室外胚胎发育进度检测和室内孵化培养观察,研究其胚胎发育等级、滞育和越冬的胚胎阶段及自然越冬滞育的解除。【结果】意大利蝗的胚胎发育可划分为18个阶段;意大利蝗胚胎有反向移转、转旋和顺向移动3种胚胎转动方式;意大利蝗卵滞育发生的胚胎发育阶段为第Ⅻ阶段。自然条件下,意大利蝗卵发育至次年1月21日,仅部分卵解除滞育,解除滞育卵的发育历期最长;随着越冬时间的延长,解除滞育的卵逐渐增多,其发育历期逐渐缩短;直至次年3月29日卵基本完全解除滞育。意大利蝗雌成虫所产的早中期卵（7月27日-8月16日所产卵）以胚胎发育第Ⅻ阶段（滞育发生的胚胎发育阶段）越冬,于翌年4月16日（侯地温平均值：7.59℃,最高温：15.95℃,最低温：2.67℃）继续发育;雌成虫所产的晚期卵（8月28日-9月4日所产卵）,自11月4日（侯地温平均值：7.32℃,最高温：9.00℃,最低温：5.18℃）开始以胚胎第Ⅹ阶段越冬,于翌年3月29日（侯地温平均值：3.78℃,最高温：10.27℃,最低温：0.14℃）继续发育。【结论】意大利蝗雌成虫所产的早中期和晚期卵,其越冬胚胎发育阶段、开始越冬时间及越冬后继续发育的时间均不同。     

意大利蝗卵发育过程中血蓝蛋白基因表达分析

【目的】意大利蝗Calliptamus italicus是新疆草原的主要优势危害种,以卵在土壤中越冬。呼吸代谢可反映蝗卵的生理状态,呼吸蛋白对于呼吸系统不完善的蝗卵尤为重要。本研究旨在明确意大利蝗卵发育过程中血蓝蛋白基因的表达情况。【方法】采用实时荧光定量PCR方法检测不同发育阶段的蝗卵以及1龄蝗蝻的血蓝蛋白2个亚基基因Hc1和Hc2的表达量。【结果】根据解剖形态观察,将意大利蝗越冬卵的整个发育过程分为10个阶段,包括9个卵发育阶段(C-Ⅰ-C-Ⅹ)和1龄蝗蝻阶段(C-Ⅹ)。Hc1和Hc2在越冬蝗卵各发育阶段以及1龄蝗蝻中均有表达。其中,在蝗卵早期发育阶段(C-Ⅰ, C-Ⅱ和C-Ⅲ),Hc1表达量逐渐增加,C-Ⅲ阶段表达量显著高于C-Ⅰ和C-Ⅱ阶段;滞育阶段(C-Ⅳ, C-Ⅴ和C-Ⅵ),胚胎发育停滞,Hc1表达量较C-Ⅲ,C-Ⅶ和C-Ⅷ阶段低;滞育后发育阶段(C-Ⅶ和C-Ⅷ),蝗卵解除滞育,快速发育,Hc1表达量较早期发育阶段和滞育阶段高,其中,C-Ⅷ阶段Hc1表达量最高(212.3156±10.5470),显著高于其他所有阶段;1龄蝗蝻(C-Ⅹ)的Hc1表达量最低,为0.4017±0.1010。Hc2表达量在C-Ⅴ阶段最高(679.7511±54.5719),显著高于其他所有阶段;除C-Ⅴ阶段外,其他各阶段之间Hc2表达量差异均不显著。Hc1在蝗卵滞育后阶段高表达,而Hc2在蝗卵滞育阶段高表达。【结论】血蓝蛋白亚基基因Hc1和Hc2在整个意大利蝗卵发育过程均有表达,且具有阶段特异性。Hc1与Hc2协同作用为蝗卵发育供氧,其中,Hc1主要负责蝗卵滞育后发育期间的氧气运载,而Hc2主要维持滞育期间的氧气运载,且载氧效率较低。研究结果可为进一步探讨意大利蝗卵的抗逆机制提供科学依据。     

意大利蝗存储蛋白Hex2基因的克隆与表达分析(英文)

【目的】昆虫存储蛋白(hexamerin)是在昆虫体内独立发生普遍存在的一种特异性淋巴蛋白,在昆虫的生长发育过程中起重要作用。【方法】克隆意大利蝗Calliptamus italicus的存储蛋白Hex2基因,并利用qRT-PCR方法分析其在不同组织和不同发育阶段的表达模式。【结果】克隆到意大利蝗存储蛋白Hex2基因Cit Hex2,其cDNA全序列长2 610 bp,开放阅读框(ORF)长为2 022 bp,3'非翻译区(UTR)长为124 bp,碱基序列与其他蝗虫的Hex2基因核苷酸一致性为80%~84%。Cit Hex2编码673个氨基酸,预测分子量和等电点分别为78.7 k Da和6.01。氨基酸分析表明,Cit Hex2富含较高的芳香族氨基酸,其中苯丙氨酸和酪氨酸共占15.8%。定量分析结果表明,Cit Hex2在意大利蝗的整个发育阶段都有表达,且在每个龄期的蜕皮前后均有表达量的变化;在检测的所有组织中,雌性个体的表达量较高。【结论】Cit Hex2参与意大利蝗的发育过程,与其生殖有关。     

高温胁迫下西伯利亚蝗体内抗逆物质含量变化

【目的】新疆气候变暖是导致西伯利亚蝗Gomphocerus sibiricus (L.)持续严重发生的重要原因之一,前期研究表明近40年来西伯利亚蝗严重发生与新疆同期气候变暖有显著相关性,本研究进一步探讨了温度升高条件下西伯利亚蝗的生理生化适应机理。【方法】采用生理生化研究方法,研究了24, 27, 30, 33, 36, 39和42℃下西伯利亚蝗体内海藻糖、甘油、油酸、亚油酸和亚麻酸5种抗逆物质的积累与变化过程。【结果】在24~42℃范围内,西伯利亚蝗体内5种物质的积累量随温度的升高呈现出先增后减的变化趋势。海藻糖、甘油、油酸、亚油酸和亚麻酸含量在30℃时含量最高,分别为18.691 μg/g, 261.432 μg/g, 79.063 mg/g, 78.664 mg/g和227.593 mg/g;42℃高温时为最低,含量依次为18.218 μg/g, 104.588 μg/g, 4.343 mg/g, 3.039 mg/g和11.067 mg/g。5种抗逆物质积累的速率不同,其中随温度升高亚油酸含量增、减速率最快,分别为832.189%和63.988%,海藻糖含量增、减速率最慢,分别为 0.893%和0.224%。【结论】在24~30℃之间,随着温度升高,西伯利亚蝗可以通过积累体内抗逆物质,尤其通过快速积累不饱和脂肪酸以提高自身对阶段性高温的耐受能力;超过30℃,蝗虫体内抗逆物质积累下降,死亡率增加,虫体对高温胁迫失去耐受力。这预示着在气候变暖趋势下,西伯利亚蝗仍将是新疆草原最重要的生物灾害之一。     

Respiration in bumblebee queens: effect of life phase on the discontinuous ventilation cycle

Evidence for discontinuous ventilation cycles (DVC) has been obtained for many insects under various experimental conditions. Here, we show that DVC's exist for queens of the bumblebee Bombus terrestris in different phases of their life cycle: before entering diapause (pre-diapause queens) and when a colony has been established (post-diapause queens). Pre- and post-diapause queens experience distinct environmental conditions (ambient O₂ and CO₂ concentrations) which is reflected in their DVC: both ventilation frequency and amount of carbon dioxide emitted change with differences in ambient CO₂ concentration.     

苹果绵蚜蚜小蜂发育历期、发育起点温度和有效积温的研究

本文以苹果绵蚜为繁殖寄主,研究了苹果绵蚜蚜小蜂在不同温度下的发育历期、发育起点温度和有效积温。结果显示:苹果绵蚜蚜小蜂的发育历期随温度的升高而缩短,最适发育温度为21℃-27℃。山东地区越冬代苹果绵蚜蚜小蜂打破滞育的发育起点温度为雌蜂8.58℃,雄蜂8.22℃;有效积温为雌蜂148.72日度,雄蜂154.68日度。非越冬代苹果绵蚜蚜小蜂在卵-羽化阶段发育起点温度为雌蜂5.62℃,雄蜂5.55℃;有效积温为雌蜂284.40日度,雄蜂为295.61日度。并推测了2008年济南地区苹果绵蚜蚜小蜂发生代数和越冬代羽化时间,与实测情况基本相符。     

Discontinuous gas exchange patterns of beet armyworm pupae, Spodoptera exigua (Lepidoptera: Noctuidae): effects of Bacillus thuringiensis Cry1C toxin, pupal age and temperature

Abstract. Changes in the discontinuous gas exchange cycle of pupal beet armyworm, Spodoptera exigua (Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae), exposed or not to Cry1C Bacillus thuringiensis toxin, are examined against developmental age (1–7 days) and at different temperatures (10–25 °C) using flow through respirometry. Both exposed and nonexposed pupae exhibit discontinuous gas exchange, but only at 10 °C; the frequency of cyclic release of CO₂ increases with increasing temperatures. The three phases of the discontinuous gas exchange cycle are distinct for both treatment groups. However, the duration of each phase is significantly greater for pupae exposed previously to toxin. The closed phase is 40 ± 14% longer, the flutter phase 23 ± 19% longer, and the open phase is 28 ± 12% longer when pupae were exposed to toxin. Respiratory water loss is 4.5 ± 1.3% for toxin exposed pupae and 2.1 ± 2.4% for unexposed pupae. Furthermore, the exposed pupae have significantly greater cuticular permeability (26.01 ± 1.9 µg cm⁻² h⁻¹ mmHg⁻¹) than the nonexposed pupae (9.64 ± 0.9 µg cm⁻² h⁻¹ mmHg⁻¹). However, in both strains, cuticular transpiration (>93%) far exceeds respiratory transpiration. Overall, total water loss is significantly greater in pupae whose larvae are exposed to toxin compared with pupae from nontreated larvae. Toxin exposed pupae have a mean cycle duration of 60 ± 2.5 min whereas that of nonexposed pupae is 42 ± 1.8 min.(ml g⁻¹ h⁻¹) of the open phase is greater earlier in pupal life followed by a minimum at mid-pupal stage and an increase at late-pupal development in both treatment groups. Combining all 7 days, closed, flutter and open phase (ml g⁻¹ h⁻¹), pupae exposed to toxin produce significantly more CO₂ during each phase. On average, toxin exposed pupae produce 52 ± 12, 43 ± 10 and 15 ± 37% more CO₂ than the untreated pupae during the closed, flutter and open phases, respectively. Therefore, the present study reinforces the need to use insects of similar developmental age in studies of insect respiration patterns and energy metabolism.     

Modulation of cyclic CO2 release in response to endogenous changes of metabolism during pupal development of Zophobas rugipes (Coleoptera: Tenebrionidae)

Understanding the mechanisms of gas exchange regulation in insects currently is a hot topic of insect physiology. Endogenous variation of metabolism during pupal development offers a great opportunity to study the regulation of respiratory patterns in insects. Here we show that metabolic rates during pupal development of the tenebrionid beetle Zophobas rugipes reveal a typical U-shaped curve and that, with the exception of 9-day-old pupae, the time between two bursts of CO₂ (interburst phase) was the only parameter of cyclic CO₂ gas exchange patterns that was adjusted to changing metabolic rates. The volume of CO₂ released in a burst was kept constant, suggesting a regulation for accumulation and release of a fixed amount of CO₂ throughout pupal development. We detected a variety of discontinuous and cyclic gas exchange patterns, which were not correlated with any periods of pupal development, suggesting a high among individual variability. An occasional occurrence of continuous CO₂ release patterns at low metabolic rates was very likely caused by single defective non-occluding spiracles.