生物信息素研究进展及研究方法概述.ppt

生物信息素研究进展,及研究方法概述,目录,为什么要研究生物信息素， 它的实用价值是什么？,农业，林业上利用人工合成的生物信息素类似物来捕杀害虫,利用昆虫性信息素的防治： 灵敏度高、选择性强、对天敌无害、不造成环境的污染,传统农药： 农药残留危害健康、环境问题、长期使用害虫产生抗药性。,作用过程,外分泌腺,环境介质,目标生物 嗅觉器官,细胞电位变化,,,,信息素生物合成的调节机制,昆虫神经肽作用于昆虫生长发育、蜕皮变态、 滞育、代谢、生殖等每一个发育过程。滞育激素 （DH）和信息素合成激活肽（PBAN）是最重要的两个神经肽，具有独特的生理功能。PBAN由信息素腺体产生，碳数为33~34，具有中心氨基酸链(Phe-Ser-Pro-Arg-Leu-NH2)的肽链。肽链的C末端部分是其生物活性的基本单元，N末端本身无活性，但对整个作用能力来说它是必不可少的。对于很多种雌性蛾类，PBAN调控着性信息素的生物合成，其作用可能控制着性信息素生物合成过程中酰基的还原。,PBAN的作用过程是一个多种因子互相传导的复杂过程，其调控作用的生物化学机制因不同的昆虫种类而可能有所差异，或因不同的生长发育 阶段而不同。斜纹夜蛾的PBAN在其幼虫阶段，能诱导黑化激素的产生，控制幼虫阶段的体色变化；在成虫阶段又诱导性信息素的形成。同时，PBAN的生物活性又受一些调控因子的影响。其细胞外Ca2+是PBAN的活性因子；钙离子通道的阻止剂（如La3+,Mn2+）可以抑制PBAN的活性，有研究表明斜纹夜蛾体内的钙离子和调钙蛋白（钙离子结合蛋白）是神经肽活动的诱导因子，磷酸蛋白磷酸酶可能参与了PBAN的换能活动；而调钙蛋白抑制剂（如W-7，三氟啦嗪），氟化钠及磷酸酯酶抑制剂均能抑制其信息素的产生。,昆虫对信息化合物的感受机制,昆虫对信息化合物的感受机制 ，目前流行的是刺激物 - 受体蛋白镶嵌理论 简单地说 ，信息化合物分子到达感受树突外膜 ，与外膜蛋白受体结合 ，引起膜蛋白的变化而使膜通透性发生改变 ，膜电位也发生改变 ，从而产生一个神经电位。随着神经电位的产生，外部信息就被转换成神经电信号，在外周神经系统向中枢神经系统传递的过程中进行整合编码，最后大脑破译密码后作出是否产生行为反应的判断。这一过程就是所谓的嗅觉编码,昆虫对信息化合物的嗅觉编码主要有两种:交叉纤维型 和标定线路型。目前对昆虫的嗅觉编码的研究只限于少数鳞翅目蛾类、鞘翅目的马铃薯 甲虫及膜翅目的蜜蜂 ,而且对此项的研究只是初步的了解。,信息素的化学合成,昆虫性信息素的合成。昆虫性信息素的合成方法分为生物合成和化学合成、目前市场上应用较多的信息素是通 过化学合成获得。根据昆虫信息素结构特点，选择原料易得、条件适宜、产率高的合成路线，合成所需目标产物、衍生物及其各种异构体。目前化学合成方法主要有溶液法和固相法两类。 溶液法有炔烃偶联法、Witting缩合反应合成法、有机金属试剂法、此外还有d-重排、天然产物利用等。 固相合成昆虫性信息素、 一般采用Grignard炔烃偶联法、Witting试剂法以及炔烃格氏试剂法等—。,目前全世界鉴定和合成了的昆虫性信息素及其类似物 已达几千余种，国外有上百种昆虫性信息素已商品化，致力于开发性信息素的公司已超过15家—在已鉴定出来的昆虫性信息素中，鳞翅目昆虫占大多数—这些性信息素在结构上有较大的相似性，多数为长链不饱和醇、醋酸脂、醛或酮类 、链长一般为 10~18碳 、其中以C12、C14、C16为最多。除双键外，多数在链的一端有一个功能团。,性信息素生物活性的鉴定,触角电位技术,昆虫触角存在多种多样的化学感器，别是毛形感器和锥形感器,主要感受环境中的化学气味。气味通过感器上的微孔进入感器淋巴液中,与淋巴液内的气味结合蛋白(odorbinding protein,OBP)相结合,形成气味-OBP复合体,复合体再与感受细胞的树突膜相互作用,产生动作电位。动作电位信号通过轴突传入昆虫中枢神经系统,引起昆虫的行为反应。,基于昆虫对信息化合物的感受机制,触角基部和端部之间有很多这样的感受细胞,蛾类昆虫的每根触角上就有约55000个这种细胞。当受到活性气味化合物刺激时,大量的感受细胞会产生相应的电生理反应,从而在触角基部和端部记录,可得到一个总的电位变化,这就是所谓的触电位图。这个电位的变化幅度与化合物的种类和浓度相关。因此,记录的触角电位图可作为评价昆虫嗅觉反应能力的标准方法,触角上的每个感受细胞可以被看作1个电源和1个电阻,一般电源电压非常微弱,几个微伏(μV)到几个毫伏(mV),而电阻很大,有几兆欧(MΩ)。,风洞试验,风洞是一种常用的、有效的昆虫性信息素的生物测定方法，为一种模拟昆虫田间飞行活动的一个物理空间模型，从而可以详细地监测昆虫受信息素或其他味剂诱导的飞行行为。风洞在昆虫化学通讯行为研究中的有效性和实用性已得到了广泛的证实。 风洞还可用来推测有效行为化合物组分及比例、测定他感作用物质的行为功能、以及推测昆虫向气味源定向飞行及感受的机制。,田间试验,在野外测定信息素引起昆虫等靶标行为或生理反应的试验。,性信息素化学结构鉴定,现在通过采用气相色谱分析、液相色谱分析等精密仪器的分析方法，推断出性信息素的基本结构；再结合红外、紫外、核磁共振、气质谱联用 、触角电位测定等仪器进一步分析、确定其化学结构。,e.g. 蛾类性信息素具有挥发性 ,其化学结构的鉴定 用气质联用 ( GC-MS) 进行分析十分有效。如夜蛾科类比较大型的雌蛾一头可有 10～100 ng 的主要成分 ,在气相色谱触角电位监测 检出仪 ( GC-EAD) 和 GC-MS 联用分析时 ,一头雌蛾 性信息素腺的抽取量一般就可得到该虫的性信息素 成分的多寡和主次反应峰及这些成分的化学结构信 息 ,虽尚远不能完成信息素的鉴定 ,但已可提供性信 息素成分的寻找、合成及诱芯制作时性信息素成分 的比例等诸多信息。包括化学源和电子轰击源在内 的气质联用分析一般在分子量、双键数及功能基上 没有问题 ,但是双键位置的直接鉴定比较困难。 双键化合物通常用二甲基二硫醚 (dimethyl disulfide , DMDS) 衍生化后才能用 GC-MS 分析双键的位置 ,但此法不适用于共轭双键及分子 中两个以上的双键的定位 ,必须部分还原后再用 DMDS法鉴定。共轭双键化合物可用 MTAD 衍生化 再用 GC-MS分析进行双键定位,昆虫性信息素防治田间害虫的方法,捕杀法,大量捕杀法是在田间设置一定量的诱捕器，用以大量诱杀某一性别的成虫，降低成虫的自然交配率，从而达到减少次代幼虫的虫口密度、保护农作物免受危害的目的。,迷向法,迷向法是在一定范围内大量释放性信息素，使雄成虫、雌成虫的触角一直处于高浓度的性信息素包围之中，或大量释放性信息素的同系物、抑制剂，用以干扰雌、雄成虫间正常的化学通讯，使之无法定向找到雌成虫或雄成虫交尾而达到控制其交配繁殖的目的。,昆虫信息素相关剂型研究,为使昆虫信息素在田间施用时能正确发挥作用，使昆虫信息素能以一定的速度释放到空间，并能稳定地保持相当时间，这就要有各种缓释剂型。最常用的是以天然橡胶或塑料为载体的剂型。 例如用于测报的各种性信息素诱芯。为了用于交配干扰法，研究了塑料夹片剂型和微胶囊剂型。,参考文献,韦卫，《蛾类性信息素研究进展》，昆虫学报，2006 赵新成，《昆虫神经生物学研究技术触角电位图记录》，昆虫知识，2004 范晓军，《昆虫性信息素研究进展 》，安徽农业科学,2010 施海燕，《斜纹夜蛾性信息素的研究进展》，植物保护，2004 赵新成，《实夜蛾属和铃夜蛾属昆虫性信息素通讯系统的研究进展》，昆虫学报，2003,感谢观赏 !,作者 - 胡庆娆,