生物信息素研究進(jìn)展及研究方法概述

1、生物信息素研究進(jìn)展,及研究方法概述,目錄,為什么要研究生物信息素， 它的實(shí)用價(jià)值是什么？,農(nóng)業(yè)，林業(yè)上利用人工合成的生物信息素類似物來捕殺害蟲,利用昆蟲性信息素的防治： 靈敏度高、選擇性強(qiáng)、對(duì)天敵無害、不造成環(huán)境的污染,傳統(tǒng)農(nóng)藥： 農(nóng)藥殘留危害健康、環(huán)境問題、長(zhǎng)期使用害蟲產(chǎn)生抗藥性。,作用過程,外分泌腺,環(huán)境介質(zhì),目標(biāo)生物嗅覺器官,細(xì)胞電位變化,,,,信息素生物合成的調(diào)節(jié)機(jī)制,昆

2、蟲神經(jīng)肽作用于昆蟲生長(zhǎng)發(fā)育、蛻皮變態(tài)、 滯育、代謝、生殖等每一個(gè)發(fā)育過程。滯育激素 （DH）和信息素合成激活肽（PBAN）是最重要的兩個(gè)神經(jīng)肽，具有獨(dú)特的生理功能。PBAN由信息素腺體產(chǎn)生，碳數(shù)為33~34，具有中心氨基酸鏈(Phe-Ser-Pro-Arg-Leu-NH2)的肽鏈。肽鏈的C末端部分是其生物活性的基本單元，N末端本身無活性，但對(duì)整個(gè)作用能力來說它是必不可少的。對(duì)于很多種雌性蛾類，PBAN調(diào)控著性信息素的生物合成，其作用可能

3、控制著性信息素生物合成過程中?；倪€原。,PBAN的作用過程是一個(gè)多種因子互相傳導(dǎo)的復(fù)雜過程，其調(diào)控作用的生物化學(xué)機(jī)制因不同的昆蟲種類而可能有所差異，或因不同的生長(zhǎng)發(fā)育 階段而不同。斜紋夜蛾的PBAN在其幼蟲階段，能誘導(dǎo)黑化激素的產(chǎn)生，控制幼蟲階段的體色變化；在成蟲階段又誘導(dǎo)性信息素的形成。同時(shí)，PBAN的生物活性又受一些調(diào)控因子的影響。其細(xì)胞外Ca2+是PBAN的活性因子；鈣離子通道的阻止劑（如La3+,Mn2+）可以抑制PBAN的活

4、性，有研究表明斜紋夜蛾體內(nèi)的鈣離子和調(diào)鈣蛋白（鈣離子結(jié)合蛋白）是神經(jīng)肽活動(dòng)的誘導(dǎo)因子，磷酸蛋白磷酸酶可能參與了PBAN的換能活動(dòng)；而調(diào)鈣蛋白抑制劑（如W-7，三氟啦嗪），氟化鈉及磷酸酯酶抑制劑均能抑制其信息素的產(chǎn)生。,昆蟲對(duì)信息化合物的感受機(jī)制,昆蟲對(duì)信息化合物的感受機(jī)制 ，目前流行的是刺激物 - 受體蛋白鑲嵌理論 簡(jiǎn)單地說 ，信息化合物分子到達(dá)感受樹突外膜 ，與外膜蛋白受體結(jié)合 ，引起膜蛋白的變化而使膜通透性發(fā)生改變

5、，膜電位也發(fā)生改變 ，從而產(chǎn)生一個(gè)神經(jīng)電位。隨著神經(jīng)電位的產(chǎn)生，外部信息就被轉(zhuǎn)換成神經(jīng)電信號(hào)，在外周神經(jīng)系統(tǒng)向中樞神經(jīng)系統(tǒng)傳遞的過程中進(jìn)行整合編碼，最后大腦破譯密碼后作出是否產(chǎn)生行為反應(yīng)的判斷。這一過程就是所謂的嗅覺編碼,昆蟲對(duì)信息化合物的嗅覺編碼主要有兩種:交叉纖維型 和標(biāo)定線路型。目前對(duì)昆蟲的嗅覺編碼的研究只限于少數(shù)鱗翅目蛾類、鞘翅目的馬鈴薯 甲蟲及膜翅目的蜜蜂 ,而且對(duì)此項(xiàng)的研究只是初步的了解。,信息素的化學(xué)合成,昆蟲性信息素的合

6、成。昆蟲性信息素的合成方法分為生物合成和化學(xué)合成、目前市場(chǎng)上應(yīng)用較多的信息素是通 過化學(xué)合成獲得。根據(jù)昆蟲信息素結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇原料易得、條件適宜、產(chǎn)率高的合成路線，合成所需目標(biāo)產(chǎn)物、衍生物及其各種異構(gòu)體。目前化學(xué)合成方法主要有溶液法和固相法兩類。 溶液法有炔烴偶聯(lián)法、Witting縮合反應(yīng)合成法、有機(jī)金屬試劑法、此外還有d-重排、天然產(chǎn)物利用等。 固相合成昆蟲性信息素、 一般采用Grignard炔烴偶

7、聯(lián)法、Witting試劑法以及炔烴格氏試劑法等—。,目前全世界鑒定和合成了的昆蟲性信息素及其類似物 已達(dá)幾千余種，國(guó)外有上百種昆蟲性信息素已商品化，致力于開發(fā)性信息素的公司已超過15家—在已鑒定出來的昆蟲性信息素中，鱗翅目昆蟲占大多數(shù)—這些性信息素在結(jié)構(gòu)上有較大的相似性，多數(shù)為長(zhǎng)鏈不飽和醇、醋酸脂、醛或酮類 、鏈長(zhǎng)一般為 10~18碳 、其中以C12、C14、C16為最多。除雙鍵外，多數(shù)在鏈的一端有一個(gè)功能團(tuán)。,性信息素生物活性的鑒定,

8、觸角電位技術(shù),昆蟲觸角存在多種多樣的化學(xué)感器，別是毛形感器和錐形感器,主要感受環(huán)境中的化學(xué)氣味。氣味通過感器上的微孔進(jìn)入感器淋巴液中,與淋巴液內(nèi)的氣味結(jié)合蛋白(odorbinding protein,OBP)相結(jié)合,形成氣味-OBP復(fù)合體,復(fù)合體再與感受細(xì)胞的樹突膜相互作用,產(chǎn)生動(dòng)作電位。動(dòng)作電位信號(hào)通過軸突傳入昆蟲中樞神經(jīng)系統(tǒng),引起昆蟲的行為反應(yīng)。,基于昆蟲對(duì)信息化合物的感受機(jī)制,觸角基部和端部之間有很多這樣的感受細(xì)胞,蛾類昆蟲的每根

9、觸角上就有約55000個(gè)這種細(xì)胞。當(dāng)受到活性氣味化合物刺激時(shí),大量的感受細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電生理反應(yīng),從而在觸角基部和端部記錄,可得到一個(gè)總的電位變化,這就是所謂的觸電位圖。這個(gè)電位的變化幅度與化合物的種類和濃度相關(guān)。因此,記錄的觸角電位圖可作為評(píng)價(jià)昆蟲嗅覺反應(yīng)能力的標(biāo)準(zhǔn)方法,觸角上的每個(gè)感受細(xì)胞可以被看作1個(gè)電源和1個(gè)電阻,一般電源電壓非常微弱,幾個(gè)微伏(μV)到幾個(gè)毫伏(mV),而電阻很大,有幾兆歐(MΩ)。,風(fēng)洞試驗(yàn),風(fēng)洞是一種常用

10、的、有效的昆蟲性信息素的生物測(cè)定方法，為一種模擬昆蟲田間飛行活動(dòng)的一個(gè)物理空間模型，從而可以詳細(xì)地監(jiān)測(cè)昆蟲受信息素或其他味劑誘導(dǎo)的飛行行為。風(fēng)洞在昆蟲化學(xué)通訊行為研究中的有效性和實(shí)用性已得到了廣泛的證實(shí)。 風(fēng)洞還可用來推測(cè)有效行為化合物組分及比例、測(cè)定他感作用物質(zhì)的行為功能、以及推測(cè)昆蟲向氣味源定向飛行及感受的機(jī)制。,田間試驗(yàn),在野外測(cè)定信息素引起昆蟲等靶標(biāo)行為或生理反應(yīng)的試驗(yàn)。,性信息素化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定,現(xiàn)在通過采用氣相色

11、譜分析、液相色譜分析等精密儀器的分析方法，推斷出性信息素的基本結(jié)構(gòu)；再結(jié)合紅外、紫外、核磁共振、氣質(zhì)譜聯(lián)用 、觸角電位測(cè)定等儀器進(jìn)一步分析、確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)。,e.g. 蛾類性信息素具有揮發(fā)性 ,其化學(xué)結(jié)構(gòu)的鑒定 用氣質(zhì)聯(lián)用 ( GC-MS) 進(jìn)行分析十分有效。如夜蛾科類比較大型的雌蛾一頭可有 10～100 ng 的主要成分 ,在氣相色譜觸角電位監(jiān)測(cè) 檢出儀 ( GC-EAD) 和 GC-MS 聯(lián)用分析時(shí) ,一頭雌蛾 性信息

12、素腺的抽取量一般就可得到該蟲的性信息素 成分的多寡和主次反應(yīng)峰及這些成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)信 息 ,雖尚遠(yuǎn)不能完成信息素的鑒定 ,但已可提供性信 息素成分的尋找、合成及誘芯制作時(shí)性信息素成分 的比例等諸多信息。包括化學(xué)源和電子轟擊源在內(nèi) 的氣質(zhì)聯(lián)用分析一般在分子量、雙鍵數(shù)及功能基上 沒有問題 ,但是雙鍵位置的直接鑒定比較困難。 雙鍵化合物通常用二甲基二硫醚 (dimethyl disulfide , DMDS) 衍生化

13、后才能用 GC-MS 分析雙鍵的位置 ,但此法不適用于共軛雙鍵及分子 中兩個(gè)以上的雙鍵的定位 ,必須部分還原后再用 DMDS法鑒定。共軛雙鍵化合物可用 MTAD 衍生化 再用 GC-MS分析進(jìn)行雙鍵定位,昆蟲性信息素防治田間害蟲的方法,捕殺法,大量捕殺法是在田間設(shè)置一定量的誘捕器，用以大量誘殺某一性別的成蟲，降低成蟲的自然交配率，從而達(dá)到減少次代幼蟲的蟲口密度、保護(hù)農(nóng)作物免受危害的目的。,迷向法,迷向法是在一定范圍內(nèi)大量釋放性信息素，使

14、雄成蟲、雌成蟲的觸角一直處于高濃度的性信息素包圍之中，或大量釋放性信息素的同系物、抑制劑，用以干擾雌、雄成蟲間正常的化學(xué)通訊，使之無法定向找到雌成蟲或雄成蟲交尾而達(dá)到控制其交配繁殖的目的。,昆蟲信息素相關(guān)劑型研究,為使昆蟲信息素在田間施用時(shí)能正確發(fā)揮作用，使昆蟲信息素能以一定的速度釋放到空間，并能穩(wěn)定地保持相當(dāng)時(shí)間，這就要有各種緩釋劑型。最常用的是以天然橡膠或塑料為載體的劑型。 例如用于測(cè)報(bào)的各種性信息素誘芯。為了用于交