淺談蚊子嗅覺系統(tǒng)機制

1、淺談蚊子嗅覺系統(tǒng)機制摘要:由于蚊子傳播瘧疾、登革熱、黃熱病等多種疾病,嚴重威脅著人類的健康及生活?，F有的化學防治手段不但效果不理想 ,而且導致蚊子抗性增強 ,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),因而根據蚊子的嗅覺系統(tǒng)的研究來利用化學生態(tài)手段去防治蚊子成了近期的研究熱點。這一方法不但對環(huán)境更加友好 ,而且對蚊子專一性強 ,避免傷害其它生物。本 文根據近期關于蚊子嗅覺系統(tǒng)的研究，尤其針對蚊子氣味結合蛋白（OBP）氣味受 體（,0R蛋白和驅蚊胺（DEET）勺最新研究結果進行了簡單介紹關鍵詞 :蚊子 ;嗅覺;氣味結合蛋白 ;氣味受體蛋白 ;驅蚊胺1，蚊子的危害

2、 世界上最危險的動物是什么 ?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致上百萬人口的死亡。例如，在2006年,WHO估計由岡比亞按蚊傳播的瘧疾導致了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 ,而且對于禽業(yè)、畜牧業(yè)等產業(yè)也危害極 大,例如西尼羅河病毒就會導致鳥類、馬匹大量死亡。而現有的許多化學殺蟲劑 效果不佳 ,它

3、們不僅導致環(huán)境的污染 ,對其它無害生物也有極強的毒害作用 ,而且還 會導致蚊子抗性增強。開發(fā)更為有效、對環(huán)境更友好的蚊子防治手段就成為當 務之急。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)育成熟后會釋放性信 息素來吸引雄蛾 ,而雄蛾會利用嗅覺系統(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開發(fā)出來并成功的應用于農業(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 學生態(tài)防治手段不僅效果顯著 ,而且對環(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 前尚沒有關于性信息素的報道 ,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)感應宿主的化學氣味來定位并完成吸 血補充能量 ;吸血后又要利用嗅覺系統(tǒng)感應環(huán)境中的化學氣味來尋找產卵地點。 所以對于蚊子嗅覺系統(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 ,以便對其 進行防治。例如設置陷阱誘殺蚊子或者開發(fā)有效的驅蚊劑對其進行驅逐,甚至令蚊子嗅覺系統(tǒng)中的關鍵蛋白喪失功能 ,從而更好地保護我們人類自身的安全與健 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 異的嗅覺感應器 (簡稱嗅器 ),例如已經發(fā)現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)境中化學氣味小分子的功能 單位。嗅器表皮上有很多細小的孔洞 ,化學氣味小分子就利用這些空洞進入嗅 器。在嗅器中有嗅覺神經樹突分布 ,在神經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,處在一個水相的環(huán)境 ,而許多的化學氣味小分子疏水性、揮發(fā)性很強 ,這就決 定它們在進入嗅器后很難溶于淋巴液從而被受體蛋白感

6、應到。這時就需要一類 被稱作氣味結合蛋白(OBPs的小分子蛋白來幫助。氣味結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。當它們遇到氣味小分子 ,它們可 以特異的將其包藏于結合位點 ,幫助它們溶于淋巴液。當這些蛋白氣味小分子復 合體接近受體蛋白附近時，由于嗅覺神經樹突表面pH值較低的緣故，氣味結合蛋 白的結構會隨之發(fā)生從而將化學氣味小分子釋放出來傳遞給受體蛋白。受體蛋 白激活后就會將這一信息傳遞給大腦。當這一過程完成后 ,殘留的氣味化學小分 子需要失活使得受體蛋白可以進而檢測到新的氣味信號。這一過程需要氣味分 子降解酶(ODEs來完成。盡管氣味降解酶已經在多音大蠶蛾等昆蟲

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

8、大學的研究小組發(fā)現 DEET明顯干擾了蚊子對于其他 化學氣味小分子的感知能力。當單獨使用一些化學氣味時 ,蚊子的嗅覺統(tǒng)會產生 明顯的神經反應，但當這些化學氣味與 DEET一起使用時，蚊子的神經反應大大降 低。從而得出結論認為DEET屏蔽了蚊子的嗅覺系統(tǒng)，降低了它對其它氣味的靈 敏度。但戴維斯加州大學的另一個研究小組則發(fā)現這一結論下的匆忙。因為當 將DEET與其他化學氣味小分子放在一起時，DEET明顯的會吸附其他化學分子從 而降低它們的揮發(fā)的量 ,由于量的下降從而導致蚊子的神經反應能力下降 ,而并非 是DEET屏蔽了蚊子的嗅覺系統(tǒng)。而且更進一步在致倦庫蚊的觸角上找到了對驅 蚊胺有明顯的神經活性的

9、嗅器。從行為實驗中 ,也發(fā)現蚊子是不喜歡驅蚊胺的。 因為沒有什么化學氣味的蔗糖水 ,蚊子會去吸食糖分補充能量 ,但當加入驅蚊胺后 蚊子則不再飛去取食而是只飛往不含驅蚊胺的對照組 ,結論是蚊子僅僅不喜歡 DEET勺化學氣味。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在都給人類帶來過災難。即使在科學不斷發(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家面臨的問題,而是一個包含了社會學、醫(yī)學、環(huán)境科學、經濟學等學科的綜合問題。例如瘧疾就不僅僅只是醫(yī)學的問題 ,它更是一個社會問題。徹底解決它們帶 來的危害僅僅依靠生物學界是遠遠不夠的。但是隨著生物學界對于

10、蚊子研究愈 加深入 ,相信不久的將來會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、保護我們自身的健康貢獻巨大的力量。參考文獻：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