植食性昆蟲嗅覺識(shí)別植物揮發(fā)物機(jī)制的研究進(jìn)展

呂金言，孟昭軍

（東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)經(jīng)營(yíng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150040）

0 引言

自然界中，植食性昆蟲通常利用寄主植物釋放的化學(xué)物質(zhì)來(lái)確定自己的飛行方向，準(zhǔn)確找到寄主，進(jìn)行交配、產(chǎn)卵、躲避天敵等生理活動(dòng)[1]。其中，昆蟲的嗅覺、觸覺、視覺和味覺都起到重要作用[2]。大多數(shù)植食性昆蟲主要依靠嗅覺來(lái)定位和區(qū)別寄主及非寄主植物，大量對(duì)植物揮發(fā)性化學(xué)信號(hào)高度敏感的嗅覺感器參與昆蟲的覓食等行為[3]。植物揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic chemicals,VOCs)是昆蟲進(jìn)行寄主搜索及定位生境的重要化學(xué)信息紐帶，在植物與昆蟲相互依存的關(guān)系中發(fā)揮關(guān)鍵作用[4-5]。有學(xué)者將信息論結(jié)合生態(tài)學(xué)與進(jìn)化理論，說明VOCs可通過植物與草食動(dòng)物之間的信息協(xié)調(diào)形成穩(wěn)定的信息結(jié)構(gòu)[6]。研究植食性昆蟲嗅覺對(duì)寄主VOCs的感受機(jī)制，有助于揭示昆蟲與寄主植物協(xié)同進(jìn)化關(guān)系，為篩選植物抗性品種及開發(fā)害蟲綠色防控技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 植物揮發(fā)物種類及其特性

植物是生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中為其他各營(yíng)養(yǎng)級(jí)提供能量的生產(chǎn)者，為克服無(wú)法移動(dòng)的限制并滿足自身繁殖需要，植物與昆蟲經(jīng)過長(zhǎng)期的協(xié)同進(jìn)化形成了復(fù)雜緊密的關(guān)系，植物為昆蟲提供食物及生活場(chǎng)所，昆蟲幫助植物進(jìn)行傳粉、防御等[7-8]。據(jù)估計(jì)，世界上至少有2萬(wàn)種植物和昆蟲有著密切的相互依存關(guān)系，這些植物在生長(zhǎng)發(fā)育過程中產(chǎn)生約5萬(wàn)～10萬(wàn)種次生化合物，這些化合物中的大部分對(duì)植物正常生長(zhǎng)發(fā)育影響不大，但研究表明它們?cè)谥参锱c昆蟲的相互作用中非常重要[9]。植物揮發(fā)性次生物質(zhì)是一些分子量在100～200，由植物葉、花、芽表面散發(fā)的短鏈碳?xì)浠衔?，包括烴類、醇類、醛類、萜類化合物等[10]（表1）；其組分易隨植物的年齡、生理狀態(tài)、空間分布、外界溫度、土壤、光照等因素的影響而改變，從而影響植食性昆蟲識(shí)別其寄主植物[11]。植物揮發(fā)物不僅能顯示植物的身份特征，還能反映出植物在不同環(huán)境條件下、不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期，甚至不同器官的生理狀態(tài)[12]。

表1 特異性氣味和一般氣味種類及特性

VOCs能直接影響昆蟲求偶、繁殖等行為[17]，在植物與昆蟲的協(xié)同進(jìn)化中起關(guān)鍵作用，是植物同植食性昆蟲建立二級(jí)營(yíng)養(yǎng)關(guān)系的信息化合物[18]。絕大多數(shù)昆蟲，尤其是夜間活動(dòng)的植食性昆蟲通常依靠感知VOCs來(lái)發(fā)現(xiàn)、定位和選擇寄主或規(guī)避非寄主[19]，昆蟲可利用寄主植物釋放的化學(xué)信號(hào)確定飛行方向；而植物也可產(chǎn)生大量的次生代謝物質(zhì)來(lái)抵御昆蟲的取食，彼此間形成了多種互相適應(yīng)和防御機(jī)制，昆蟲的行為與植物揮發(fā)物在相互作用下不斷進(jìn)化[20]。

2 植食性昆蟲對(duì)植物揮發(fā)物的響應(yīng)

2.1 單食性昆蟲與多食性昆蟲對(duì)植物揮發(fā)物的識(shí)別

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已有多位學(xué)者探究寄主植物揮發(fā)物與昆蟲行為關(guān)系。單食性昆蟲可通過嗅覺識(shí)別特異性揮發(fā)物來(lái)確定其寄主，如專食性蓮草直胸跳甲(Agasicles hygrophila)[21]對(duì)兩種特異性寄主植物揮發(fā)物D、Z以99:1比例的混合物反應(yīng)較強(qiáng)，增加揮發(fā)物劑量會(huì)使雌蟲的產(chǎn)卵量顯著增大。多食性昆蟲則利用揮發(fā)物各組分含量的不同區(qū)分寄主植物和非寄主植物[22]，如(Z)-3-己烯-1-醇能對(duì)未交配云斑天牛(Batocera lineolata)雌、雄成蟲產(chǎn)生明顯的行為引誘作用，而芳樟醇對(duì)其有顯著的驅(qū)避作用，從而完成寄主的選擇[23]；此外，云杉八齒小蠹(Ips typographus)[24]、東方云杉卷葉蛾(Choristoneura fumiferana)[25]、星 天 牛 (Anoplophora chinensis)[26]等通過觸角識(shí)別的植物揮發(fā)物種類均已被鑒定。對(duì)昆蟲有生物活性的揮發(fā)物鑒定后，常結(jié)合室內(nèi)、外行為選擇實(shí)驗(yàn)測(cè)試、驗(yàn)證其引誘或驅(qū)避效果，并確定其最佳配比及施用方法，用于害蟲引誘劑或驅(qū)避劑的篩選與制備，如對(duì)茶小綠葉蟬(Empoasca onukii)成蟲有顯著驅(qū)避作用的二甲基二硫醚(DMDS)、1，8-桉葉素和烯丙基甲基硫醚混合，可制備二元驅(qū)避劑[27]；而壬醛可能成為對(duì)多種天牛有效的引誘劑成分[28-29]。

2.2 不同發(fā)育狀態(tài)下昆蟲對(duì)植物揮發(fā)物的識(shí)別

昆蟲嗅覺識(shí)別能力具有一定的可塑性，即依靠不同的生理狀態(tài)，如日齡、節(jié)律等對(duì)相同氣味作出不同的反應(yīng)，從而完成特定的行為[30]。Wu等[31]研究發(fā)現(xiàn)，小菜蛾(Plutella xylostella)不同日齡成蟲對(duì)Z11-16:Ac和三種異硫氰酸鹽的EAG反應(yīng)差異顯著，而體型大小對(duì)其反應(yīng)無(wú)影響，驗(yàn)證了昆蟲的生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)影響其對(duì)化學(xué)信息物質(zhì)的識(shí)別。Pan等[32]鑒定出丙烯酸丁酯、丙酸丁酯和丁酸丁酯是能引起綠盲蝽(Apolygus lucorum)電生理反應(yīng)的活性揮發(fā)物，并發(fā)現(xiàn)其寄主植物棗樹和葡萄的活性揮發(fā)物排放量9月明顯高于8月，棉花的活性揮發(fā)物排放量在9月有所下降，證明季節(jié)動(dòng)態(tài)下，VOCs釋放量的變化可調(diào)節(jié)綠盲蝽對(duì)寄主植物的取食，并引導(dǎo)其在不同寄主植物上的產(chǎn)卵。此外，同種昆蟲雌雄蟲對(duì)同一揮發(fā)物的反應(yīng)可能存在差異，Li[33]利用GC-EAD和GC-MS篩選和鑒定出煙草植物揮發(fā)物順-3-己烯-1-醇對(duì)馬鈴薯塊莖蛾(Phthorimaeaoperculella)雌雄蛾的定向行為均有顯著的引誘作用；草地貪夜蛾(Spodoptera frugiperda)雌蛾對(duì) 1 μg/μL 的氧化芳樟醇具有明顯的選擇偏好性，而雄蛾則顯著排斥10 μg/μL的氧化芳樟醇[34]。

2.3 不同環(huán)境條件下昆蟲對(duì)植物揮發(fā)物的識(shí)別

通常雌蟲感受寄主植物揮發(fā)物而確定寄主，雄蟲則主要通過雌蟲釋放的性信息素找到配偶，以完成生殖行為，而環(huán)境中VOCs的存在可影響其對(duì)性信息素的識(shí)別。在寄主植物棉花存在的條件下，?；页嵋苟?Spodoptera littoralis)雌蛾的求偶起始時(shí)間明顯提前，求偶持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，而非寄主植物云杉推遲了雌蛾求偶行為并縮短其持續(xù)時(shí)間[35]。因此，田間應(yīng)用中，一些植物揮發(fā)物與昆蟲性信息素混合可產(chǎn)生更高效的引誘效果[36]。另外，研究表明與郊區(qū)相比，一些城市中心的葉甲類害蟲危害更為嚴(yán)重，作為嗅覺線索的植物揮發(fā)物受大氣中臭氧(O3)等空氣污染物影響，VOCs的釋放量因O3而減少，意味著昆蟲可以檢測(cè)到的嗅覺信息減少，從而改變昆蟲的生命活動(dòng)[37]。例如，O3大大減弱了十字花科植物揮發(fā)物對(duì)小菜蛾幼蟲的吸引力，推測(cè)O3迅速降解了VOCs，且降解程度隨O3含量增加而增加，證明大氣環(huán)境條件干擾昆蟲確定寄主的位置，在VOCs介導(dǎo)植物與昆蟲的相互作用方面具有生態(tài)學(xué)意義[38]。

3 植食性昆蟲觸角嗅覺感器及其神經(jīng)元在識(shí)別植物揮發(fā)物上的作用

3.1 植食性昆蟲觸角嗅覺感器及其功能

昆蟲觸角表面著生多種嗅覺感器，是其識(shí)別寄主植物揮發(fā)物的重要工具，可利用掃描電鏡對(duì)其進(jìn)行鑒定。不同種昆蟲嗅覺感器類型及數(shù)量均有較大差異，以毛形感器、錐形感器、刺形感器、腔錐形感器、鱗形感器和栓錐形感器等常見[39]，不同類型的嗅覺感器可感受不同的化合物成分，如錐形感器可檢測(cè)到酯類、醇類和醛類氣味，毛形感器常識(shí)別昆蟲性信息素，腔錐形感器可探測(cè)酸類等植物揮發(fā)物[40]。單感器記錄(SSR)表明，臍橙螟(Amyelois transitella)長(zhǎng)毛感器對(duì)(Z,Z)-11,13-十六碳二烯醛產(chǎn)生反應(yīng)[41]；煙青蟲(Helicoverpa assult)位于3種短錐形感器和4種長(zhǎng)錐形感器的神經(jīng)元可對(duì)壬醛和庚醛產(chǎn)生響應(yīng)[42]；麥長(zhǎng)管蚜(Sitobion avenae)觸角中由板狀感器、腔錐形感器組成的第六節(jié)原生感覺圈對(duì)6-甲基-5-庚烯-2-酮能產(chǎn)生較高的反應(yīng)，且6-甲基-5-庚烯-2-酮在較低劑量(0.01 μg/L)時(shí)就能產(chǎn)生明顯的刺激波峰[43]。

3.2 植食性昆蟲觸角嗅覺受體神經(jīng)元及其功能

昆蟲感器感受環(huán)境中的VOCs后，將感受到的化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，電信號(hào)首先經(jīng)嗅覺受體神經(jīng)元(olfactory receptor neurons,ORNs)傳遞到大腦中的初級(jí)嗅覺中樞觸角葉(antennal lobe,AL)，匯聚來(lái)的電信號(hào)經(jīng)初步整合加工后投射至高級(jí)神經(jīng)中樞，最終使昆蟲產(chǎn)生相應(yīng)的行為反應(yīng)[44]。Suk[45]對(duì)小菜蛾雌蛾的毛形感器進(jìn)行了單感器記錄，鑒定出幾類ORNs，一類特異性識(shí)別十字花科寄主揮發(fā)物芳樟醇、非寄主揮發(fā)物(E)-β-法呢烯等，而其他幾類ORNs對(duì)非寄主揮發(fā)物倍半萜烯、(E)-β-法呢烯、大根香葉烯等反應(yīng)[46]。ORNs為雙極神經(jīng)元，其細(xì)胞體和樹突位于觸角嗅覺感器內(nèi)，其主要功能是將觸角感器感受到的氣味信息傳送到觸角葉內(nèi)[47]，在高粱金龜子(Pachnoda interrupta)的盤型感器中，大多數(shù)ORNs對(duì)異戊酸、乙酰乙酯、4-乙基苯酚等化合物響應(yīng)[48]。

3.3 植食性昆蟲嗅覺感覺神經(jīng)元及其功能

昆蟲觸角嗅覺感器內(nèi)含單個(gè)或多個(gè)嗅覺感覺神經(jīng)元(olfactory sensory neurons,OSNs)，往往具有不同的反應(yīng)特征，參與昆蟲對(duì)化學(xué)刺激的反應(yīng)[49]。神經(jīng)元軸突延伸到AL，AL被分隔成腎小球，在大多數(shù)昆蟲中，每個(gè)腎小球接收來(lái)自單一類型OSN的感覺輸入，該OSN表達(dá)同源的氣味受體[50]。如金雀花蛾(Cydia succedana)兩種主要的觸角OSNs能從其他揮發(fā)物中特異識(shí)別寄主植物主要揮發(fā)物月桂烯和羅勒烯；同時(shí)有一類OSNs對(duì)很多非寄主植物揮發(fā)物有特異性響應(yīng)，如(E)-β-環(huán)狀烯、正壬醇、香葉醇等，由此可以加強(qiáng)其對(duì)寄主和非寄主的區(qū)分[51]。同種雌雄昆蟲OSNs類型及數(shù)量也存在一定差異，如胡蘿卜木虱(Trioza apicalis)[52]、紫花象甲(Sitona disonideus)[53]、Protapion trifolii[54]等特異性識(shí)別寄主或非寄主植物揮發(fā)物的OSNs類型均被鑒定。馬百偉等[55]利用SSR結(jié)合神經(jīng)元示蹤技術(shù)，記錄到棉鈴蟲(Helicoverpa armigera)雄成蟲觸角上長(zhǎng)毛形感器對(duì)性信息素成分Z11-16:Ald的電生理反應(yīng)顯著，并成功染色標(biāo)記了該感器內(nèi)兩個(gè)OSNs，其軸突通過觸角神經(jīng)分別投射AL內(nèi)的普通神經(jīng)纖維球和云狀體神經(jīng)纖維球，該技術(shù)有助于鑒定昆蟲觸角OSNs的形態(tài)、功能及投射路徑，提供新的研究思路。

4 植食性昆蟲觸角嗅覺相關(guān)蛋白在識(shí)別植物揮發(fā)物上的作用

昆蟲對(duì)氣味分子的識(shí)別過程中，外周嗅覺系統(tǒng)對(duì)氣味分子進(jìn)行結(jié)合和轉(zhuǎn)運(yùn)，引起電信號(hào)的產(chǎn)生、傳遞與整合，通過軸突傳至昆蟲中樞神經(jīng)系統(tǒng)，進(jìn)而引發(fā)昆蟲對(duì)外界環(huán)境的改變做出應(yīng)答[56-57]。完整的嗅覺識(shí)別過程由多種嗅覺相關(guān)蛋白的參與及相互協(xié)作完成，這些蛋白包括氣味結(jié)合蛋白(odorant binding proteins,OBPs)、化學(xué)感受蛋白(chemosensory proteins,CSPs)、氣味受體(odorant receptors,ORs)和感覺神經(jīng)元膜蛋白(sensory neuron membrane proteins,SNMPs)等[58]。明確這些嗅覺相關(guān)蛋白的結(jié)構(gòu)及其功能，將為進(jìn)一步研究昆蟲嗅覺的編碼機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

4.1 OBPs結(jié)構(gòu)及其功能

OBPs是一類存在于嗅覺感器淋巴液內(nèi)的親水性小分子蛋白(14k～17 kDa)，其特征是氨基酸序列中含有6個(gè)保守的半胱氨酸位點(diǎn)，它們之間可形成3對(duì)二硫鍵以維持其蛋白結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，其與氣味分子的結(jié)合是昆蟲通過嗅覺系統(tǒng)感知外界環(huán)境的基礎(chǔ)，在昆蟲與外界的信息交流中發(fā)揮重要作用[59-60]。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，很多昆蟲OBP基因已被鑒定，且學(xué)者們對(duì)其功能開展后續(xù)研究，如紅脊長(zhǎng)蝽(Tropidothorax elegans)觸角中有14個(gè)OBP基因高表達(dá)，均屬classic OBPs[61]；Li[62]鑒定出桃蛀果蛾(Carposina sasakii)12 個(gè)CsasOBP基因，氨基酸序列比對(duì)證明6個(gè)保守半胱氨酸的存在；免疫印跡結(jié)果顯示，日本松墨天牛(Monochamus alternatus)MaltOBP1在雌雄蟲觸角中高表達(dá)[63]。

一些昆蟲OBPs可以特異性識(shí)別植物揮發(fā)物、昆蟲性信息素成分，如Zhang[64]在大腸桿菌中表達(dá)了二點(diǎn)委夜蛾(Athetis lepigone)兩種AlepGOBP蛋白，研究發(fā)現(xiàn)AlepGOBP2與性信息素(Z7-12:Ac、Z9-14:Ac)及玉米植物揮發(fā)物[羅勒烯、(E)-β-法尼烯]高度結(jié)合；熒光競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合分析表明，柑橘木虱(Diaphorina citri)DcitOBP6與β-石竹烯具有更強(qiáng)的結(jié)合能力[65]；Jing[66]發(fā)現(xiàn)松蛀螟(Conogethes pinicolalis)PBP2與E10-16:Ald的結(jié)合最強(qiáng)，GOBP1與Z10-16:Ald的結(jié)合最強(qiáng)，并揭示了PBP2和GOBP1中與大多數(shù)被測(cè)揮發(fā)物相互作用的潛在活性位點(diǎn)，證明兩者可能在松蛀螟識(shí)別性信息素和寄主揮發(fā)物方面發(fā)揮相似作用。關(guān)鍵結(jié)合位點(diǎn)的確定可為篩選昆蟲引誘劑提供良好的分子靶標(biāo)，如β-紫羅酮和β-石竹烯與綠盲蝽氣味結(jié)合蛋白AlucOBP22高度結(jié)合，且AlucOBP22的疏水氨基酸殘基參與了配體與萜類化合物的特異性結(jié)合[67]；蘋果小吉丁蟲(Agrilus mali)AmalOPB8具有較大的配體結(jié)合光譜和與植物揮發(fā)物結(jié)合的靈活性[68]。此外，OBPs還可保護(hù)氣味分子不被氣味降解酶降解；刺激受體后使氣味分子失活，避免嗅覺神經(jīng)元的過度興奮；清除有毒物質(zhì)等[69]。最新研究顯示，在昆蟲口器、足、中腸、腺體等器官中OBPs同樣高表達(dá)，暗示其可能具有其他不同的生理功能[70]，如中華蜜蜂(Apis cerana)足中特異性高表達(dá)的AcerOBP15可能參與其采集花蜜時(shí)的味覺識(shí)別[71]。

4.2 CSPs結(jié)構(gòu)及其功能

與OBPs相比，CSPs是分子量更小，組織分布更廣泛的可溶性蛋白，其序列在不同的昆蟲中相似性很高，存在明顯的高度保守結(jié)構(gòu)域[72]，可結(jié)合多種化學(xué)物質(zhì)并傳遞到嗅覺和味覺受體，其識(shí)別植物揮發(fā)物的嗅覺功能研究也在不斷開展，如美洲牧草盲蝽(Lygus lineolaris)2個(gè)CSPs（LlinCSP4和LlinCSP8）在觸角中特異性表達(dá)[73]；斜紋夜蛾(Spodoptera litura)中腸中高表達(dá)的SlitCSP3、SlitCSP8和SlitCSP11，隨著寄主植物種類的改變，表達(dá)量也發(fā)生變化，表明它們可能具有結(jié)合寄主植物揮發(fā)物的功能[74]。CSPs可影響植食性昆蟲的覓食、產(chǎn)卵等生理活動(dòng)，如花絨寄甲(Dastarcus helophoroides)幼蟲嗅覺基因表達(dá)量最高的是DhelCSP3，推測(cè)其嗅覺功能在幼蟲覓食的過程中發(fā)揮關(guān)鍵性作用[75]；在柑橘木虱成蟲觸角中高度表達(dá)的DcitCSP1對(duì)ρ-傘花烯、E-β-羅勒烯等萜類化合物具有較高的結(jié)合力[76]；化學(xué)感受蛋白的免疫細(xì)胞化學(xué)定位結(jié)果表明，東亞飛蝗(Locusta migratoria)LmigCSP-II在成蟲翅的毛形感器中表達(dá)，并參與接觸性化學(xué)感受的過程[77]；Li[78]研究發(fā)現(xiàn)，煙粉虱(Bemisia tabaci)CSP2可與硝基苯酚(DMNT)等植物揮發(fā)物結(jié)合，且DMNT可以阻止煙粉虱寄主選擇和產(chǎn)卵。

4.3 ORs結(jié)構(gòu)及其功能

昆蟲氣味受體包括7個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域，其N端和C端分別位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)和細(xì)胞質(zhì)外[79]，具有識(shí)別氣味結(jié)合蛋白傳遞來(lái)的氣味分子的功能，并介導(dǎo)氣味分子與嗅覺感受器內(nèi)神經(jīng)元的特異性結(jié)合，將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)[80-81]。安興奎[82]、李彬[83]等發(fā)現(xiàn)，綠盲蝽氣味受體AlucOR91對(duì)(-)-4-萜品醇、1-十一醇、十二醇、1-十五烷醇、異樟醇產(chǎn)生響應(yīng)，AlucOR57對(duì)苯甲醛、氧化石竹烯、庚醛等物質(zhì)有反應(yīng)，推測(cè)兩種OR可能與寄主植物定位和選擇產(chǎn)卵場(chǎng)所有關(guān)；粘蟲[84](Mythimna separata)MsepOR13對(duì)低至1×10-9mol/L的植物揮發(fā)物丁香酚產(chǎn)生反應(yīng)，因其高度敏感性推測(cè)出MsepOR13在其嗅覺系統(tǒng)中可能發(fā)揮重要作用；暗黑鰓金龜(Holotrichia parallela)HparOR27已被鑒定對(duì)己醛、月桂酸和十四烷三種寄主植物揮發(fā)物有反應(yīng)[85]；草地螟(Loxostege sticticalis)LstiOR5在幼蟲的觸角神經(jīng)元中高表達(dá)，且通過識(shí)別多種植物揮發(fā)物參與到寄主選擇的過程中[86]。

4.4 SNMPs結(jié)構(gòu)及其功能

SNMPs位于嗅覺神經(jīng)元細(xì)胞的樹突膜上，代表性的SNMPs有C端和N端兩個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域[87-88]。一些研究表明，SNMPs不僅是檢測(cè)昆蟲性信息素必不可少的特異性膜蛋白[89]，還可能參與識(shí)別植物揮發(fā)物的過程，如在黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)中，SNMP1與識(shí)別法尼醇的OR83c相關(guān)[90]；沙漠蝗(Schistocerca gregaria)的觸角上有33個(gè)ORs與SgreSNMP1共表達(dá)[91]；轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析表明，在棉鈴蟲幼蟲取食擬南芥、棉花、玉米等不同寄主植物后，HarSNMP2和HarSNMP3的表達(dá)水平存在顯著差異，表明它們可能參與了棉鈴蟲的取食行為[92]；免疫細(xì)胞化學(xué)定位實(shí)驗(yàn)表明，蔥蠅(Delia antiqua)的DantSNMP1僅在毛形感器中表達(dá)，表明該蛋白可能參與昆蟲嗅覺中信息素的接收[93]。研究表明，鱗翅目昆蟲中SNMP1普遍在成蟲觸角上特異性表達(dá)，SNMP2在多種組織中廣泛表達(dá)，而SNMP3在幼蟲中腸中特異性表達(dá)；RNA干擾和行為分析表明，家蠶(Bombyx mori)SNMP1在信息素檢測(cè)中起關(guān)鍵作用[94]；而OBPs、SNMPs和OR/Orco復(fù)合物在氣味檢測(cè)過程中的蛋白-蛋白相互作用及動(dòng)態(tài)特性等仍需進(jìn)一步的研究和探索[95]。

5 展望

綜上所述，研究昆蟲的嗅覺系統(tǒng)有助于闡明昆蟲個(gè)體間的化學(xué)通訊機(jī)制，了解昆蟲對(duì)寄主的識(shí)別、選擇機(jī)制，深入理解昆蟲的行為，可應(yīng)用于許多重要農(nóng)林害蟲的防治[96]。許多學(xué)者選擇多種已知化合物進(jìn)行昆蟲觸角電位反應(yīng)，篩選出該昆蟲觸角存在應(yīng)激反應(yīng)及反應(yīng)強(qiáng)度較高的化合物，然后進(jìn)行行為選擇實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證其對(duì)昆蟲生物活性的強(qiáng)弱，用于昆蟲引誘劑或驅(qū)避劑的研發(fā)及害蟲防治。而從實(shí)際角度出發(fā)，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境同自然條件間存在較大差異，會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果在田間的應(yīng)用效果，因此，實(shí)驗(yàn)室研究應(yīng)追求更加真實(shí)地模擬自然環(huán)境，以減少由室內(nèi)、外差異造成的影響[97]。而最新研究提出VOCs可能是干擾而不是引導(dǎo)昆蟲覓食等行為[98]，因此植食性昆蟲與植物揮發(fā)物復(fù)雜的相互作用關(guān)系還需進(jìn)一步的發(fā)現(xiàn)和探索。

植物揮發(fā)物的揮發(fā)性較強(qiáng)，其樣品從收集到測(cè)定易受到多種因素影響，進(jìn)一步準(zhǔn)確鑒定出樣品中對(duì)害蟲有引誘或驅(qū)避作用的成分、含量、比例較困難。此外，在自然界中，性信息素通常會(huì)和植物揮發(fā)物同時(shí)存在，VOCs可以作為許多昆蟲尋找配偶的額外線索，增加性信息素的吸引力或提高昆蟲的選擇能力，對(duì)昆蟲求偶行為有一定的促進(jìn)作用[99]。如水楊酸甲酯或苯甲醛分別與性信息素5:1混用均可以明顯提高對(duì)禾谷縊管蚜(Rhopalosiphum padi)的引誘能力[100]；而水楊酸甲酯能明顯降低粉紅天社蛾(Thaumetopoea pityocampa)雌蛾性信息素對(duì)雄蛾的引誘效果[101]等。綜合利用植物揮發(fā)物和性信息素有利于昆蟲定位寄主植物，刺激雌蟲性信息素的釋放，使各種昆蟲更容易搜尋到交配對(duì)象[102]。將VOCs與性信息素混合使用可成為害蟲綜合防治的新思路，但昆蟲性信息素微量分泌，提取比較困難，人工合成成本高，造成田間應(yīng)用量較低。因此，需要尋找更科學(xué)、實(shí)用的信息素采集、測(cè)定、提取等方法。

近年來(lái)，越來(lái)越多的昆蟲嗅覺蛋白基因被鑒定，昆蟲嗅覺識(shí)別分子機(jī)制研究不斷深入，新的研究方法與技術(shù)將不斷應(yīng)用到昆蟲化學(xué)生態(tài)的研究中，研制先進(jìn)、科學(xué)、實(shí)用的儀器設(shè)備會(huì)持續(xù)受到關(guān)注。如Lu[103]設(shè)計(jì)了一種嗅覺生物傳感器，將桔小實(shí)蠅(Bactrocera dorsalis)OBPs固定在叉指電極上以檢測(cè)信息化學(xué)物質(zhì)；在成功分離純化后，用特殊設(shè)計(jì)的聚乙二醇(PEG)固定化OBPs，制備了一種性能良好的傳感膜，可以靈敏地檢測(cè)OBPs與昆蟲寄主植物釋放的不同信息化學(xué)物質(zhì)如乙酸異戊酯、β-紫羅蘭酮和苯甲醛之間的相互作用。