蛋白质和碳水化合物是昆虫食物中的两种基本营养物质。蛋白质是昆虫生长所需的氨基酸来源,而碳水化合物则是昆虫活动的能量来源。食物中这两种营养对昆虫的生长发育和繁殖有重要的作用。在自然界中,植食性昆虫会面临营养多变的环境,即植物的不同种类、不同组织以及不同的发育时间都会影响其中蛋白质和碳水化合物等营养成分的变化。因此,在多数情况下,大部分植食性昆虫面对如此复杂的营养环境时需要有寻找并且获得合适的营养物质的策略,以使自身的生长发育达到一个最优的状态。几何营养模型（Geometric Framework Model）的发明大大促进了昆虫营养生理调控机制的研究,该模型主要考察昆虫对不同营养的协调以及自身生长发育的平衡。基于该模型已经明确了多种昆虫对于碳氮营养的调节规律及碳氮营养对于其生活史策略的影响。然而,昆虫参与碳氮调节的分子机制研究较少,相关基因功能也鲜见报道。本研究以植食性粘虫为研究对象,通过几何营养模型确定了粘虫高龄幼虫取食碳氮营养的最佳比例。此外,确定了在两种饲养密度下,不同碳氮比例及不同碳氮浓度的饲料对于粘虫相关生长发育指标的影响。最后,通过转录组测序分析了转录水平的基因差异,利用CRISPR/Cas9等分子生物学手段分析了相关基因的功能。取得的主要研究结果如下:1.基于几何营养模型分析了粘虫的碳氮营养调节以及基因转录水平的差异。利用选择实验和非选择实验,明确了粘虫可以通过选择取食而达到最佳的取食指标,同时,其对于蛋白质的摄入调控更强。此外,在接近取食指标附近的食物处理下粘虫的生长发育达到最优,而取食偏离最佳取食指标的食物时生长发育相对较差。虫体内脂肪含量增长结果显示,粘虫雌虫体内积累更多的脂肪含量。转录组分析结果显示,粘虫在高蛋白质食物下调节了更少的基因,而在高碳水化合物食物下调节了更多的基因,同时筛选到粘虫PEPCK基因在不同饲料处理下表达量存在显著差异。2.基于CRISPR/Cas9技术验证粘虫PEPCK基因在碳氮营养调节中的作用。通过q PCR技术进一步验证了PEPCK基因的表达情况,即高蛋白质食物下粘虫PEPCK基因显著高表达,高碳水化合物食物下显著低表达。该粘虫PEPCK基因属于细胞质亚型,同时在脂肪体内显著高表达。敲除掉PEPCK基因之后,粘虫在p35:c7和p21:c21食物下取食量显著升高。然而,蛹体内相对氮元素含量显著降低,而相对脂肪含量显著升高。此外,部分氨基酸转运蛋白在脂肪体内显著高表达,表明这些氨基酸转运蛋白可能会协助生糖氨基酸进入脂肪体内参与糖异生作用。3.基于几何营养模型模拟田间多变的营养环境测定不同碳氮比例及浓度下粘虫的生理响应。粘虫在不同碳氮浓度下,最佳取食点存在差异,但是最终的碳氮比都接近1:1。高浓度食物下粘虫取食量显著降低,而低浓度食物下取食量显著升高,但是最终的营养摄入并没有达到同一个水平。此外,高浓度高蛋白质食物下产卵量较高而蛹体内脂肪含量较低,高浓度高碳水化合物食物下产卵量较低而蛹体内脂肪含量较高。4.基于单头和十头饲养密度探究粘虫对碳氮营养调节的差异及NPY在其中的作用。两种饲养密度下,粘虫有不同的营养调节策略。尤其在p7:c35的食物下,群养处理组粘虫可能会感知食物较差的营养状况,减少食物的取食量。此外,单养条件下粘虫体色较浅,有更大的翅负荷和卵巢发育,而群养条件下粘虫体色较深,有更小的翅负荷和卵巢发育。神经肽NPY基因可以调控昆虫取食行为。敲除掉粘虫NPY基因之后,两种密度下粘虫在各个饲料处理中的取食量均显著降低。然而,在p35:c7和p7:c35两种食物下,粘虫死亡率显著升高。综上所述,本研究系统明确了植食性粘虫的碳氮营养调节规律及基因转录水平的响应,揭示了不同碳氮比例下粘虫有不同的调节机制。对粘虫PEPCK基因的功能验证,部分阐释了粘虫碳氮营养调节的分子机制。对两种饲养密度下粘虫的碳氮营养调节研究,揭示了昆虫不同生物型之间存在不同的碳氮营养调节策略。对粘虫NPY基因的功能研究表明该基因在不同碳氮比例饲料下引起的粘虫生理响应不同,给害虫防治分子靶标的挖掘提供了新的参考指标。