雄性棉铃虫感受性信息素的分子和神经机制研究进展

棉铃虫Helicoverpa armigera主要借助于性信息素通讯完成雌雄识别,实现交配和种群繁衍。关于棉铃虫感受性信息素机制的研究一直是我国化学生态学领域的热点和重心,研究结果有助于开发和改进棉铃虫防治的性引诱剂。本文将对棉铃虫雄虫感受雌虫释放的性信息素的机制进行综述,以期为深入研究棉铃虫及其他相关昆虫的性信息素感受的分子和神经机理提供参考。棉铃虫雌虫性信息素腺体合成和释放多种长链、饱和或非饱和的脂肪醛和醇等化合物,其中Z11-16:Ald为主要性信息素成分,Z9-16∶Ald和Z9-14∶Ald为次要性信息素成分,不同组分按一定比例混合可明显增强对雄性棉铃虫的引诱效果,而化合物Z11-16∶OH和高剂量的Z9-14∶Ald对性信息素引诱活性具有明显的抑制效果。相应地,雄性棉铃虫触角上A, B和C 3种类型的毛形感器能够感受这些信息化合物。A类型毛形感器内表达受体OR13感受Z11-16∶Ald,B类型毛形感器内表达OR14b感受Z9-14∶Ald,C类型毛形感器内表达OR6和OR16感受Z9-16∶Ald, Z9-14∶Ald, Z11-16:Ac和Z11-16∶OH。受体的表达位置和功能与不同类型毛形感器的电生理反应特性相一致。钙离子成像证明在棉铃虫触角叶内的3个扩大型神经纤维球接受这些气味信息,其中神经纤维球云状体接受Z11-16∶Ald,背中间后侧纤维球接受Z9-16∶Ald,背中间前侧纤维球接受Z9-14∶Ald, Z11-16∶Ac和Z11-16∶OH。这些研究成果在感器、受体和脑中枢水平上揭示了棉铃虫感受性信息素的机制,在这些研究基础上,我们认为需要深入开展以下方面的研究：(1)进一步鉴定相关性信息素受体的功能和定位;(2)深入研究脑内嗅觉高级中枢对性信息素信息的处理和整合神经机制;(3)明确棉铃虫性信息素感受受到寄主植物、光周期、温度、湿度等环境因素的影响及机制。     

雄性棉铃虫和烟青虫对雌性信息素的触角电生理反应

利用触角电位图(Electroantennogram,EAG)技术,比较研究了二近缘种棉铃虫、烟青虫对其性信息素主要成分Z—11—16：Ald、Z—9—16：Ald的触角电生理反应。剂量反应曲线表明,对Z—11—16：Ald,棉铃虫和烟青虫均有明显的EAG反应,且随浓度的增加而增强,但棉铃虫比烟青虫的反应较强;对Z—9—16：Ald,烟青虫有很强的EAG反应,棉铃虫的反应则很弱;对Z—11—16：Ald和Z—9—16：Ald以97：3和7：93比例形成的混合物,棉铃虫、烟青虫均有EAG反应,但二者之间没有显著差异[动物学报49(6)：795～799,2003]。     

昆虫神经生物学研究技术:触角电位图记录

触角电位图记录是昆虫神经生物学中用于昆虫嗅觉、信息素生物测定研究的重要技术之一。该技术具有敏感性、选择性高及操作简单易行等优点。该文以荷兰Syntech公司的产品为例详细介绍了此技术原理、装置、操作及应用     

昆虫触角叶的结构

触角叶是昆虫脑内初级嗅觉中心,通过触角神经与触角联系。触角叶主要由嗅觉受体神经元、局域中间神经元、投射神经元和远心神经元构成。这些神经元的形态多样,其形态变化与其功能和昆虫嗅觉行为相关。这些神经元在触角叶内交织形成神经纤维网,在突触联系紧密的地方形成纤维球,纤维球通常排列在触角叶外周。通常,昆虫触角叶内纤维球的数量、大小和位置相对固定,并且几乎每个小球都可以被识别和命名。不同种类、性别和品级的昆虫中,纤维球的数量、大小和排列方式各不相同。触角叶结构神经元组成和纤维球的多样性,与各种昆虫嗅觉行为的特异性相对应。     

实夜蛾属和铃夜蛾属昆虫性信息素通讯系统的研究进展

实夜蛾属Heliothis和铃夜蛾属Helicoverpa昆虫的性信息素通讯系统主要包括雌蛾的性信息素合成和雄蛾对性信息素接收两个方面,每方面都有分子、细胞、系统水平上进行协同作用的生物过程。性信息素生物合成激活肽（PBAN）与其受体作用,启动信号转导系统,从而激活合成性信息素的酶系统来合成性信息素,利用化学和生物测定的方法鉴定出具有诱蛾活性的性信息素腺体组分及行为功能;性信息素分子与性信息素结合蛋白（PBP）的复合体同受体相互作用,启动信号转导系统,诱导产生神经信号,从而引起一系列性行为反应。这些生物过程受到各种内部和外部因素的影响。     

蛾类昆虫性信息素通讯系统的遗传与进化

性信息素通讯是普遍而又古老的化学通讯的一种形式。多数鳞翅目蛾类依靠高度种特异性的性信息素通讯寻找配偶以及实现种间生殖隔离。种特异性信息素通讯系统的遗传与进化过程往往是物种形成的组成部分。虽然现在还没有直接证据表明性信息素通讯系统分化可以促使新物种的形成,但是关于性信息素通讯系统的多态性、遗传变异以及遗传机制的研究表明性信息素信号容易发生漂变,而性信息素的接受系统可以适应漂变的性信息素信号。本文对蛾类性信息素通讯系统的遗传与进化的研究进展作了评述,并对性信息素通讯系统进化与物种形成之间的关系进行了讨论。     

利用单感器记录与神经元示踪结合对棉铃虫主要性信息素感器内神经元投射的鉴定

【目的】鉴定雄性棉铃虫Helicoverpa armigera成虫触角性信息素感器嗅觉受体神经元的功能、形态及中枢投射路径。【方法】利用单感器记录技术记录棉铃虫嗅觉受体神经元对性信息素的反应,同时采用荧光染料作为示踪剂染色标记嗅觉受体神经元;使用免疫组织化学方法处理相应的脑组织,标记脑内触角叶的神经纤维球结构;用激光扫描共聚焦显微镜获取图像数据,使用图形软件ZEN和Amira 4.1.1进行三维结构重建。【结果】记录到雄性棉铃虫成虫触角上长毛形感器对主要性信息素成分Z11-16∶Ald产生明显的电生理反应,并成功染色标记了该感器内的嗅觉受体神经元。染色标记显示该感器内具有两个嗅觉受体神经元,其轴突通过触角神经分别投射触角叶内的云状体神经纤维球和普通神经纤维球。【结论】单感器记录与神经元示踪两技术结合能够用于鉴定昆虫触角嗅觉受体神经元的功能、形态和投射至神经纤维球的路径。与赖氨酸钴方法比较,使用荧光染料法进行神经元示踪,操作更简便,且易于进行三维空间分析,为调查棉铃虫其他嗅觉神经元的投射路径以明确外周气味受体感受与中枢系统的联系提供了有力技术支持。     

果蝇幼虫气味编码的分子基础

全球农业经济的损失主要来自昆虫幼虫的取食,而昆虫幼虫的取食主要是依靠气味介导的嗅觉作用。耶鲁大学的昆虫嗅觉神经生物学家对黑腹果蝇Drosophila melanogaster幼虫嗅觉分子基础进行了研究。RT—PCR扩增出23个气味受体基因,其中13个基因,同成虫触角和下颚须内的气味受体基因相同,     

绿盲蝽腹神经节的解剖结构

【目的】揭示绿盲蝽Apolygus lucorum腹神经节的组成结构。【方法】采用免疫组织化学染色方法,利用突触蛋白抗体对绿盲蝽成虫的腹神经节进行免疫标记,激光共聚焦扫描显微镜扫描照相获得原始数据,用图像分析软件进行标记,构建三维结构模型。【结果】绿盲蝽成虫腹神经节位于腹神经索的末端,与其前方的后胸神经节和中胸神经节紧密融合,形成后部神经节。与脑和胸神经节类似,腹神经节由周围的细胞体和内部的神经髓构成。腹神经节的神经纤维束主要包括位于腹侧的两条纵向神经连索和向两侧发出的9束神经纤维。9束神经纤维连接着9个神经原节,即富含突触联系的神经髓。这些神经原节紧密融合,无明显的边界,最后两节形成膨大的末端腹神经节。两侧的神经原节由横向的神经连锁连接起来。腹神经节外周的细胞体数量较多,排列紧密,大小一致,仅在前端背侧中间和后端腹侧中间位置分别有2个和5个体积较大的细胞体。【结论】本研究结果明确了绿盲蝽腹神经节的结构,为进一步研究昆虫的行为调控及神经系统发育和演化奠定一定的形态学基础。     

绿盲蝽中枢神经系统的解剖结构

【目的】阐述绿盲蝽Apolygus lucorum中枢神经系统的组成,辨识各组成部分的神经节解剖结构及其形态,计算中枢神经系统各神经节结构体积大小、解析其空间分布关系以及连接模式。【方法】采用免疫组织化学方法,使用突触蛋白抗体对绿盲蝽中枢神经系统神经髓进行染色标记,利用共聚焦激光扫描显微镜获取中枢神经系统各结构数码图像,使用三维图像分析软件对绿盲蝽中枢神经系统进行分析,并构建三维模型。【结果】绿盲蝽中枢神经系统从前往后分别由脑神经节、咽下神经节、前胸神经节和后部神经节组成。脑、咽下神经节和前胸神经节3个神经节融合在一块,形成脑-咽下神经节-前胸神经节复合体,并通过长的神经连索与后部神经节相连,从外观上看似由2个大的神经节构成,这种神经节愈合形式尚未在昆虫中发现过。前胸神经节与后部神经节分离,二者由长的神经连索连接起来。除前胸神经节由单独的神经原节构成外,其他3个神经节又由多个神经原节融合而成。脑包括前脑、中脑和后脑3部分。咽下神经节包括上颚神经节、下颚神经节和下唇神经节。后部神经节包括中胸、后胸和腹部神经节3部分。【结论】明确了绿盲蝽中枢神经系统的神经节构成,发现了绿盲蝽中枢神经系统各神经节的高度融合特性。该项研究结果为研究绿盲蝽中枢神经系统的发育、重塑和系统演化奠定了形态学基础,为研究中枢神经元形态、分布以及其对昆虫生理和行为的功能调控机制提供了结构框架。