淺談蚊子嗅覺系統(tǒng)機(jī)制

1、淺談蚊子嗅覺系統(tǒng)機(jī)制摘要:由于蚊子傳播瘧疾、登革熱、黃熱病等多種疾病,嚴(yán)重威脅著人類的健康及生活?，F(xiàn)有的化學(xué)防治手段不但效果不理想 ,而且導(dǎo)致蚊子抗性增強(qiáng) ,環(huán)境污染 ,并 危害到其它生物種群。蚊子的行為很大程度上依賴于它們的嗅覺系統(tǒng),因而根據(jù)蚊子的嗅覺系統(tǒng)的研究來利用化學(xué)生態(tài)手段去防治蚊子成了近期的研究熱點(diǎn)。這一方法不但對(duì)環(huán)境更加友好 ,而且對(duì)蚊子專一性強(qiáng) ,避免傷害其它生物。本 文根據(jù)近期關(guān)于蚊子嗅覺系統(tǒng)的研究，尤其針對(duì)蚊子氣味結(jié)合蛋白（OBP）氣味受 體（,0R蛋白和驅(qū)蚊胺（DEET）勺最新研究結(jié)果進(jìn)行了簡單介紹關(guān)鍵詞 :蚊子 ;嗅覺;氣味結(jié)合蛋白 ;氣味受體蛋白 ;驅(qū)蚊胺1，蚊子的危害

2、 世界上最危險(xiǎn)的動(dòng)物是什么 ?是蚊子。它們傳播的瘧疾、登革熱、黃熱病、 日本腦炎等每年威脅著幾億人的健康并導(dǎo)致上百萬人口的死亡。例如，在2006年,WHO估計(jì)由岡比亞按蚊傳播的瘧疾導(dǎo)致了2.5億人感染，近百萬人死亡 ,絕大部分是非洲的兒童。即使在發(fā)達(dá)的美國 ,由蚊子攜帶的西尼羅河 病毒也引起恐慌。在 1999年紐約發(fā)生了首例西尼羅河病毒人類感染。在2008年全年美國已經(jīng)有超過 1370 例人類感染西尼羅河病毒 ,而且感染的病例幾乎覆蓋 美國本土。蚊子不僅僅威脅人類的健康 ,而且對(duì)于禽業(yè)、畜牧業(yè)等產(chǎn)業(yè)也危害極 大,例如西尼羅河病毒就會(huì)導(dǎo)致鳥類、馬匹大量死亡。而現(xiàn)有的許多化學(xué)殺蟲劑 效果不佳 ,它

3、們不僅導(dǎo)致環(huán)境的污染 ,對(duì)其它無害生物也有極強(qiáng)的毒害作用 ,而且還 會(huì)導(dǎo)致蚊子抗性增強(qiáng)。開發(fā)更為有效、對(duì)環(huán)境更友好的蚊子防治手段就成為當(dāng) 務(wù)之急。2，蚊子嗅覺系統(tǒng)的研究意義昆蟲的行為很大程度上依賴于嗅覺系統(tǒng)。例如雌蛾發(fā)育成熟后會(huì)釋放性信 息素來吸引雄蛾 ,而雄蛾會(huì)利用嗅覺系統(tǒng)跟蹤性信息素來找到雌蛾交配。目前大量的昆蟲信息素已經(jīng)開發(fā)出來并成功的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)害蟲防治中。例如利用昆蟲 性信息素來誘殺害蟲 ,干擾它們的交配行為 ,以及監(jiān)測昆蟲種群密度等等。這一化 學(xué)生態(tài)防治手段不僅效果顯著 ,而且對(duì)環(huán)境污染很小 ,也避免危及其他生物。那么 我們是否可以借鑒昆蟲信息素來開發(fā)蚊子防治的新方法呢 ?雖然雌雄蚊

4、子之間目 前尚沒有關(guān)于性信息素的報(bào)道 ,但同其它昆蟲一樣 ,蚊子的行為也非常依賴嗅覺系 統(tǒng)。例如 ,雌蚊在交配后需要利用嗅覺系統(tǒng)感應(yīng)宿主的化學(xué)氣味來定位并完成吸 血補(bǔ)充能量 ;吸血后又要利用嗅覺系統(tǒng)感應(yīng)環(huán)境中的化學(xué)氣味來尋找產(chǎn)卵地點(diǎn)。 所以對(duì)于蚊子嗅覺系統(tǒng)的研究不但有助于更好地理解其作用的機(jī)理 ,掌握蚊子行 為的喜好 ,而且有助于找出新的防治手段去干擾其行為 ,監(jiān)控其種群密度 ,以便對(duì)其 進(jìn)行防治。例如設(shè)置陷阱誘殺蚊子或者開發(fā)有效的驅(qū)蚊劑對(duì)其進(jìn)行驅(qū)逐,甚至令蚊子嗅覺系統(tǒng)中的關(guān)鍵蛋白喪失功能 ,從而更好地保護(hù)我們?nèi)祟愖陨淼陌踩c健 康。3，蚊子嗅覺器官 蚊子的嗅覺系統(tǒng)包括觸角與下顎須 ,觸角與下

5、顎須上又有很多很小但形態(tài)各 異的嗅覺感應(yīng)器 (簡稱嗅器 ),例如已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的蚊子的嗅器就有尖端毛狀、平端毛 狀、錐形、腔錐形等。這些嗅器是蚊子感知周圍環(huán)境中化學(xué)氣味小分子的功能 單位。嗅器表皮上有很多細(xì)小的孔洞 ,化學(xué)氣味小分子就利用這些空洞進(jìn)入嗅 器。在嗅器中有嗅覺神經(jīng)樹突分布 ,在神經(jīng)樹突表面分布著許多嗅覺受體蛋白 (,ORs)這些受體蛋白感知到化學(xué)氣味小分子后將信息傳遞到昆蟲大腦。大腦綜合 了各種信息后發(fā)出指令 ,從而影響到蚊子的行為。但這些受體蛋白周圍分布著淋 巴液,處在一個(gè)水相的環(huán)境 ,而許多的化學(xué)氣味小分子疏水性、揮發(fā)性很強(qiáng) ,這就決 定它們?cè)谶M(jìn)入嗅器后很難溶于淋巴液從而被受體蛋白感

6、應(yīng)到。這時(shí)就需要一類 被稱作氣味結(jié)合蛋白(OBPs的小分子蛋白來幫助。氣味結(jié)合蛋白特異的分布在昆 蟲觸角嗅器的淋巴液中 ,并以高濃度的形式存在。當(dāng)它們遇到氣味小分子 ,它們可 以特異的將其包藏于結(jié)合位點(diǎn) ,幫助它們?nèi)苡诹馨鸵?。?dāng)這些蛋白氣味小分子復(fù) 合體接近受體蛋白附近時(shí)，由于嗅覺神經(jīng)樹突表面pH值較低的緣故，氣味結(jié)合蛋 白的結(jié)構(gòu)會(huì)隨之發(fā)生從而將化學(xué)氣味小分子釋放出來傳遞給受體蛋白。受體蛋 白激活后就會(huì)將這一信息傳遞給大腦。當(dāng)這一過程完成后 ,殘留的氣味化學(xué)小分 子需要失活使得受體蛋白可以進(jìn)而檢測到新的氣味信號(hào)。這一過程需要?dú)馕斗?子降解酶(ODEs來完成。盡管氣味降解酶已經(jīng)在多音大蠶蛾等昆蟲

7、中發(fā)現(xiàn) (Vogtetal.,1988),克隆并研究(IshidaandLea,l2005)但在蚊子中尚未有報(bào)道。4，驅(qū)蚊胺說到蚊子的嗅覺系統(tǒng)就不能不提到驅(qū)蚊胺 （DEET。） 這一化合物是在上世紀(jì)由 美國軍方開發(fā)出來的驅(qū)蚊產(chǎn)品。并在 1946年用于隊(duì) ,1957年開始用于平民。直 到今天依然是市場份額最大的驅(qū)蚊制品。對(duì)于這一化合物的作用機(jī)理一直是困 擾人們的一個(gè)謎。一直有兩種意見存在 ,一種認(rèn)為蚊子只是不喜歡它的氣味 ,另一 種則是認(rèn)為它屏蔽掉了蚊子對(duì)于其它化學(xué)氣味的感知。搞清楚它的作用機(jī)理對(duì) 于開發(fā)更為有效的驅(qū)蚊劑意義重大。直到最近關(guān)于它作用機(jī)理的研究才有了重 大突破。先是由來自于洛克菲勒

8、大學(xué)的研究小組發(fā)現(xiàn) DEET明顯干擾了蚊子對(duì)于其他 化學(xué)氣味小分子的感知能力。當(dāng)單獨(dú)使用一些化學(xué)氣味時(shí) ,蚊子的嗅覺統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生 明顯的神經(jīng)反應(yīng)，但當(dāng)這些化學(xué)氣味與 DEET一起使用時(shí)，蚊子的神經(jīng)反應(yīng)大大降 低。從而得出結(jié)論認(rèn)為DEET屏蔽了蚊子的嗅覺系統(tǒng)，降低了它對(duì)其它氣味的靈 敏度。但戴維斯加州大學(xué)的另一個(gè)研究小組則發(fā)現(xiàn)這一結(jié)論下的匆忙。因?yàn)楫?dāng) 將DEET與其他化學(xué)氣味小分子放在一起時(shí)，DEET明顯的會(huì)吸附其他化學(xué)分子從 而降低它們的揮發(fā)的量 ,由于量的下降從而導(dǎo)致蚊子的神經(jīng)反應(yīng)能力下降 ,而并非 是DEET屏蔽了蚊子的嗅覺系統(tǒng)。而且更進(jìn)一步在致倦庫蚊的觸角上找到了對(duì)驅(qū) 蚊胺有明顯的神經(jīng)活性的

9、嗅器。從行為實(shí)驗(yàn)中 ,也發(fā)現(xiàn)蚊子是不喜歡驅(qū)蚊胺的。 因?yàn)闆]有什么化學(xué)氣味的蔗糖水 ,蚊子會(huì)去吸食糖分補(bǔ)充能量 ,但當(dāng)加入驅(qū)蚊胺后 蚊子則不再飛去取食而是只飛往不含驅(qū)蚊胺的對(duì)照組 ,結(jié)論是蚊子僅僅不喜歡 DEET勺化學(xué)氣味。蚊子至今依然是人類健康衛(wèi)生的一大難題。它們傳播的疾病 無論在歷史上還是在現(xiàn)在都給人類帶來過災(zāi)難。即使在科學(xué)不斷發(fā)展的今天這 一問題仍然沒有克服。這些疾病的存在不僅僅只是生物學(xué)家面臨的問題,而是一個(gè)包含了社會(huì)學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等學(xué)科的綜合問題。例如瘧疾就不僅僅只是醫(yī)學(xué)的問題 ,它更是一個(gè)社會(huì)問題。徹底解決它們帶 來的危害僅僅依靠生物學(xué)界是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。但是隨著生物學(xué)界對(duì)于

10、蚊子研究愈 加深入 ,相信不久的將來會(huì)有更多更有效的防治手段問世 ,它們將為防治蚊子傳播 疾病、保護(hù)我們自身的健康貢獻(xiàn)巨大的力量。參考文獻(xiàn)：2 BohbotJ,PittsRJ,KwonHW,RutzlerM,RobertsonHM,ZwiebelLJ,2007.MolecularcharacterizationoftheAedesaegyptiodorantreceptorgenefamily.Inse ctMol.Biol.,16:525-537.3 DitzenM,PellegrinoM,VosshallLB,2008.Insectodorantreceptorsaremolecularta rgetsoftheinsectrepellentDEET.Science,319:1838-1842.4 GraterF,XuW,LealW,GrubmullerH,2006.Pheromonediscriminationbythephero mone-bindingproteinofBombyxmori.Structure,14:1577-1586.5 HallemEA,DahanukarA,CarlsonJR,2006.Inse