昆虫感受气味物质的分子机制

在昆虫触角中,位于嗅觉感器神经树突膜上的气味受体蛋白与同源配位体相互作用将化学信号转换为神经活动.在与气味受体相互作用前,这些疏水性的配位体必须进入和穿过含有高度聚集气味降解酶的水环境,气味分子和气味结合蛋白OBP相互作用,在水腔和感器的表皮毛壁的交界面上与气味分子结合,通过扩散穿过水腔,将气味运送到神经细胞膜受体.接收后传入中枢神经系统.中枢神经系统对所有感官器官接收信号进行整合,最后使效应器官产生行为反应.对昆虫感受气味物质的分子机制进行了探讨.     

昆虫对气味信息素的感受机制

昆虫触角拥有灵敏的嗅觉系统,用以感知环境中对其生存繁衍至关重要的气味信息。气味信息素经感受器上的小孔进入,与血淋巴内的气味结合蛋白结合后,导致其结构变化,从而完成信息素到受体的传递。由信息素受体组成的离子通道在与信息素结合后,可以直接或经由环核苷酸途径打开离子通道,引起昆虫神经冲动,从而传递气味信号。文章介绍了昆虫嗅觉感受器结构的构造特点,总结了气味信息素与气味结合蛋白的结合和释放机制,说明了神经电冲动的产生过程,概述了激活离子通道的整个过程,展望了信息素与离子通道作用机制研究在害虫防治和实践中的应用前景。     

昆虫化感器中的OBP

昆虫利用嗅觉感器来感知环境中的气味物质,在昆虫的感器淋巴内存在着复杂的成份。其中较重要的是一些气味剂结合蛋白和酶类,它们在昆虫的嗅觉过程中起着非常重要的作用。本文综述昆虫气味剂结合蛋白的研究进展,主要集中在以下几方面：ＯＢＰ的结构,ＯＢＰ的特征,ＯＢＰ的表达时间和定位,ＯＢＰ的功能。     

中华蜜蜂工蜂和雄蜂的触角感受器差异

【目的】了解中华蜜蜂工蜂和雄蜂触角感受器的类型、形状和数量,以探明工蜂和雄蜂在信息交流和对化学气味敏感性程度差异的原因,为丰富蜜蜂行为学和蜜蜂生物学提供参考资料。【方法】采用扫描电镜技术,观察工蜂和雄蜂触角切片,对比分析其感受器类型、数量的差异。【结果】工蜂和雄蜂的触角均呈膝状,鞭节、柄节总长度、粗细差异两者均不显著,但工蜂的鞭节由10节组成,而雄蜂的鞭节由11节组成;触角感器有板形感器(Spl)、刺形感器(Sch)、B9hm氏鬃毛、毛形感器(Str)、锥形感器(Sba)和钟形感器(Sca),雄蜂触角板形感器与工蜂触角板形感器的形状大小无差异,但雄蜂触角板形感器的数量显著多于工蜂;叶状刚毛着生于鱼鳞状表皮上,且只存在于雄蜂触角中。【结论】中华蜜蜂工蜂和雄蜂触角感受器的类型和数量差异可能是雄蜂和工蜂对不同气味敏感程度不同的原因之一。     

昆虫外周嗅觉系统研究进展

嗅觉作为昆虫感知外界环境的主要手段之一,在觅食、防御、交配、繁殖、信息交流及栖息地选择等方面起着十分重要的作用。研究环境中或来自生物体的气味分子作用于昆虫感觉器官引起昆虫产生行为反应的机制,有助于人们了解昆虫的寄主识别、种间互作和种内交流等行为及制定害虫治理和益虫保护等策略。本文对昆虫嗅觉系统中气味分子的传导过程,及外周嗅觉系统相关蛋白的功能及研究现状进行综述。气味分子通过嗅觉感受器进入外周嗅觉系统,进而转化为电信号进入中枢神经系统进行加工处理。气味结合蛋白与气味分子进行结合,并将其运输到气味受体;化学感受蛋白也能够与气味分子结合,但其在昆虫体内具有更为广泛的功能;气味受体具有识别气味结合蛋白或化学感受蛋白传递而来的气味分子的功能,并将这种化学信号转化为电信号;离子受体在外周嗅觉系统具有和气味受体相似的作用,但其气味反应谱更窄;感觉神经元膜蛋白在气味分子的传递过程中可能起到的重要作用;气味降解酶也存在多种降解气味分子的假说。通过对昆虫外周嗅觉系统的研究进展进行梳理,为今后研究昆虫外周嗅觉系统提供参考。     

华山松大小蠹感受器的类型和分布

【目的】揭示华山松大小蠹感受器的超微结构和分布规律,为进一步探索华山松大小蠹对寄主树木的识别机制和行为调控提供理论依据。【方法】对华山松大小蠹雌雄成虫及幼虫全身的感受器进行扫描电镜和透射电镜观察。【结果】华山松大小蠹成虫头部是感受器分布集中的部位,成虫的前足、鞘翅和膜翅也有化学感受器的分布,主要有毛形感器、刺形感器、锥形感器、栓锥形感器、B?hm氏鬃毛、钟形感器和芽形感器7种类型;幼虫全身分布B?hm氏鬃毛、锥形感器、栓锥形感器。触角毛形感器是单层壁孔感器,孔状结构连接内腔神经;触角刺形感器是3～4层壁无孔感器;锯齿形毛状结构内部无神经等结构。【结论】位于触角的毛形感器是华山松大小蠹识别寄主树木的主要嗅觉感受器类型;刺形感器不是感受气体物质的嗅觉感受器;锯齿形毛状结构是防止虫体受到机械伤害的微毛,不具备感受器功能。     

甜菜夜蛾触角气味受体基因OR18的克隆和表达定位

【目的】从甜菜夜蛾（Spodoptera exigua）成虫触角中克隆气味受体基因,研究受体基因在虫体不同组织和触角不同感受器中的表达分布,从而探讨受体基因的功能。【方法】通过PCR结合RACE技术克隆气味受体基因的全长序列,利用实时定量PCR检测其在不同组织中的表达,采用原位杂交确定其在触角不同感受器中的分布。【结果】通过同源克隆的方法从甜菜夜蛾触角中获得1条740 bp的基因片段,通过RACE技术获得全长序列并命名为SexiOR18（GenBank登录号JN873314）。SexiOR18 cDNA全长1 618 bp,开放阅读框长度为1 194 bp,编码398个氨基酸。序列比对和进化树分析结果显示SexiOR18与其它鳞翅目昆虫尤其是夜蛾科昆虫的OR18具有很高的相似性。实时定量PCR检测结果显示,SexiOR18主要在成虫触角中表达,且在雌虫中的表达量显著高于雄虫,SexiOR18在成虫其它组织和幼虫触角中无明显表达。原位杂交结果显示,SexiOR18主要在毛形感器和锥形感器下表达,而在腔锥形感器和刺形感器下没有表达。【结论】SexiOR18在感受性信息素和普通气味的毛型感器和锥形感器中都有分布,推测其可能参与了性信息素和普通气味分子的识别。     

双翅目昆虫触角感受器种类与功能研究进展

双翅目是昆虫第四大目,与人类关系较为密切,物种多样,生态类型丰富.触角是昆虫的主要嗅觉感受器官,在昆虫觅食、求偶、交配、聚集、产卵等生活史过程中发挥着获取信息的重要作用.笔者通过检索Web of Science外文数据库和万方、维普和知网中文数据库,发现目前关于双翅目触角感受器超显微结构的观察研究涉及32个科248种昆虫,主要集中在与人类农业生产和生活息息相关的害虫,如蚊科、实蝇科、蠓科、厕蝇科、瘿蚊科、丽蝇科、蝇科、狂蝇科等,而近些年对双翅目天敌昆虫如寄蝇科和食蚜蝇科的研究也倍受关注.此外,笔者汇总整理研究表明,双翅目昆虫的感受器共13种,常见的有毛形感受器、锥形感受器、腔锥形感受器、刺形感受器、棒状感受器5种,还有部分感受器是双翅目某些科特有的,如环丝是瘿蚊科昆虫特有的感受器.另外,双翅目昆虫触角感受器的特征在科、属、种分类阶元中存在差异;对比我国不同地区的橘小实蝇成虫触角感受器类型,发现该害虫不同地理种群的触角感受器类型和特征存在差异.例如,我国台湾的橘小实蝇成虫触角着生栓锥形感受器和棒状感器,然而我国大陆的橘小实蝇未发现以上2种感器,并且大陆的橘小实蝇触角着生台湾种群没有的刺形感受器、腔锥型感受器或柱形感受器;广州的橘小实蝇锥形感受器基部未呈现弯曲状态,然而福建和吉林长春的橘小实蝇锥形感受器存在基部弯曲的亚型.笔者还综述了双翅目昆虫各种感受器类型在形态和功能方面的研究概况,探讨了触角感受器在害虫防治和昆虫系统发育研究中的应用前景.     

蝇蛹金小蜂雌虫触角、产卵器及腹部感受器的扫描电镜观察

应用扫描电镜对蝇蛹金小蜂 Pachycrepoideus vindemmiae Rondani雌虫触角、产卵器及腹部末端上的感受器(简称感器）进行了观察.结果表明,雌蜂触角上有8种感受器类型,分别为B?hm氏鬃毛、板形感器、锥形乳头状感器、薄壁化学感器、厚壁化学感器、毛形感器、刺形感器和感觉孔;腹部上发现3种感受器类型：毛形感器、刺形感器和芽孢形感器;产卵器上分布了4种感器类型：毛形感器、刺形感器、芽孢形感器和分泌孔.本研究还对感器的形态、数量及分布进行了描述.     

松六齿小蠹成虫触角感器的扫描电镜观察

【目的】研究松六齿小蠹成虫触角感受器的形态、数量和分布特征,为明确松六齿小蠹触角感器的功能和寄主树木选择提供理论依据。【方法】运用扫描电子显微镜,对松六齿小蠹雌雄成虫触角外部形态与感器进行超微形态观察。【结果】松六齿小蠹雌、雄成虫的触角感器分为毛形感器(Ⅰ型和Ⅱ型)、锯齿形感器、刺形感器、芽形感器、锥形感器和槽纹感器等6类。其中毛形感器数量最多,约占总数的85%;锯齿形感器的分布最广,在触角各节均有分布。触角锤头部感器的种类和数量最多,6种感器均有分布,占全部感器数量的92.3%;柄节的感器数量最少,仅占3.4%。【结论】松六齿小蠹雌、雄成虫触角的形态及感器类型和分布无明显差异,其中毛形感器Ⅰ、槽纹感器为化学感器,具有感知嗅觉的作用;毛形感器Ⅱ、锯齿形感器为机械感器。     

气候因素对金龟子发生的影响

金龟子是一类重要的有害昆虫,研究了气候因素对金龟子发生的影响,结果表明,华北大黑鳃金龟发生虫量与降水量的关联度要大于与气温的关联度,特别是4月份的累计降水量与虫量的多少有很大的关联度。     

不同波长LED灯对铜绿丽金龟和暗黑鳃金龟的田间诱捕效果

【目的】 筛选对铜绿丽金龟和暗黑鳃金龟具有明显诱捕效果的光波波长,研究成虫夜间活动节律,优化金龟成虫的灯诱防控技术。【方法】 2014~2015年评价19种不同波长(375~748 nm)LED灯对2种金龟成虫的田间诱捕效果,2019年分时段监测385 nm、395 nm的LED灯以及黑光灯(365 nm±50 nm)的诱捕数量。【结果】 2014~2015年,395 nm的LED灯对铜绿丽金龟的诱捕效果显著高于其他18种波长,395 nm的LED灯对暗黑鳃金龟的诱捕数量同样最多,但与418 nm之间差异不显著。2019年385 nm的LED灯诱捕到的铜绿丽金龟、暗黑鳃金龟成虫数量均显著高于395 nm的LED灯,但与黑光灯之间无显著差异。2种金龟成虫的上灯高峰均在20:00~24:00,占整个夜晚(18:00~翌日06:00)诱捕量的68.9%~76.7%。【结论】 诱捕铜绿丽金龟和暗黑鳃金龟的最优波长是385 nm,最佳时段为20:00~24:00。     

北京市门头沟区金龟总科种类调查

记述了北京西部门头沟地区的金龟种类和分布。调查遍及门头沟地区15个地区乡镇林业站和4个林场,共采集金龟类标本253号。经鉴定有58种,隶属于9个科。其中8种为北京地区新纪录：锈红金龟Ocho-daeus ferrugineus Eschscholtz;短亮凯蜣螂Caccobius brevis Waterhouse;掘嗡蜣螂Onthophagus fodiens Water-house;五台婆鳃金龟Brahmina wutaiensis Zhang et Wang;脊臀绢金龟Trichoserica heydeni Reitter;拟凸眼绢金龟Ophthalmoserica rosinae Pic;莫陶锹甲Dorcus montivagus Lewis;齿棱颚锹甲Prismognathus davidis（Hope,1840）。     

Molecular and in vitro biochemical assessment of chemosensory protein 10 from brown planthopper Nilaparvata lugens at acidic pH

Chemosensory proteins (CSPs) are important molecular components of the insect olfactory system, which are involved in capturing, binding, and transporting hydrophobic odour molecules across the sensillum in sensillar lymph in regulating insect behavior. This protein family (CSPs) is also involved in many other systems that are not linked to olfactory receptors in olfactory sensilla. The brown planthopper (BPH) is a monophagous pest of rice that causes damage by sucking phloem sap and transmitting a number of diseases caused by viruses. In this study, fluorescence competitive binding assay and fluorescence quenching assay at acidic pH were performed as well as homology modelling to describe the binding affinity of NlugCSP10. Fluorescence competitive binding assay (FCBA) demonstrated that NlugCSP10 bound strongly to nonadecane, farnesene, and 2-tridecanone at acidic pH. The results of FCBA indicated that NlugCSP10 bound different ligands at the physiological pH (5.0) of the bulk sensillum lymph. Fluorescence quenching assay demonstrated that NlugCSP10 generated a stable complex with 2-tridecanone, while two ligands nonadecane and farnesene collided due to molecular collisions. The interaction of selected ligands with the modelled structure of NlugCSP10 was also analyzed, which found the key amino acids (Gln23, Gln24, Gln25, Asn27, Met33, Ser34, Ile35, Tyr36, Asn42, Met43, Val45, Asn46, Asn93, Arg96, Ala97, Lys99, and Ala100) in NlugCSP10 that were involved in binding of volatile compounds. The present study contributes to the binding profile of NlugCSP10 that promotes the development of behaviorally active ligands based on BPH olfactory system.     

昆虫性信息素结合蛋白功能研究进展

嗅觉系统在昆虫的生命活动中具有重要的功能作用。通过嗅觉蛋白来识别环境中以及种内所释放的化学信号物质,进而指导昆虫完成求偶,躲避天敌等生命活动。近些年来,随着转录组测序技术的日益发展,许多昆虫的嗅觉家族相关基因已被鉴定。而性信息素结合蛋白(pheromone binding protein, PBPs)因其功能的特殊性与重要性,一直以来备受研究者的关注。目前,丰富的科学手段,例如电压钳,RNAi,EAG等已为嗅觉蛋白功能做出了不同的阐述,并有一些新的发现,但目前尚存在一些问题亟待解决。笔者根据国内外近些年的研究进展,从昆虫性信息素结合蛋白的理化性质、不同组织表达模式及其与其他嗅觉相关蛋白之间的关系等方面进行了综述。     

桉蝙蛾幼虫触角及胸腹体表感器形态及分布特征

  目的  基于感器形态、类型、数量、分布特征,探究桉蝙蛾幼虫触角及体表感器与其蛀道生活的适应性。  方法  利用扫描电镜观察桉蝙蛾4龄幼虫触角、胸部及腹部体表感器的形态特征并分类,结合测量、统计分析和等比例绘图,分析感器数量和分布特征。  结果  桉蝙蛾幼虫触角感器主要分布在鞭节末端,共有8对感器,分别是3对刺形感器、4对锥形感器和1对栓锥形感器,推测其感器类型能满足幼虫感受化学及机械刺激的需求。胸腹部体表的感器类型是Bohm’s鬃毛及刺形感器;其中刺形感器分3个亚型,基部至中部均为螺旋状;刺形感器Ⅱ型最独特,外壁具有刺状突起,推测其在幼虫的机械伸缩及防御上起作用。  结论  桉蝙蛾幼虫触角及体表感器类型与其蛀道生活相适应,该结果为桉蝙蛾幼虫寄主选择与适应研究提供基础。      

松墨天牛对雪松挥发物的触角电位和嗅觉反应

用改进的水蒸气蒸馏法提取健康雪松枝条精油,结合气相色谱—质谱(GC-MS)联用仪进行定量和定性分析,共鉴定出20种化合物,主要为萜烯类化合物。利用嗅觉仪和触角电位(EAG)仪比较分析了松墨天牛成虫对健康雪松枝条挥发物的嗅觉反应和触角电位反应,及其对健康木挥发物的日龄变化规律。结果表明,交配前雄虫对挥发物的敏感性较雌虫强,15日龄前雌、雄虫的EAG反应值随日龄的增加而升高,未交配天牛对健康木挥发物表现为正趋性,已交配天牛则表现为负趋性;雌虫12日龄和雄虫9日龄正趋性最强,说明不同日龄的松墨天牛成虫对雪松挥发物具有不同的敏感性和选择性。雌、雄天牛之间在EAG和嗅觉反应方面无明显差异,两者对寄主挥发物的行为感受机制相同。