昆蟲的化學防御

1、公選課趣味昆蟲考核論文昆蟲的化學防御2010 年 5 月 7 日摘要：大自然中所有的生物都遵循著“適者生存”的原則。從遙遠的古生代，昆蟲就已經出現(xiàn)在地球上了 ，并成為了今天地球生命中的佼佼者。為了適應多變 的自然環(huán)境，現(xiàn)代昆蟲已形成多種防御機制，并且成功、有效地使其避開了天敵 的侵害。文章主要對昆蟲外分泌物及其應用等作了一些探討。關鍵詞：昆蟲；化學防御；分泌物：應用昆蟲是世界上最大的生物類群，據(jù)統(tǒng)計其種類多于106,個體數(shù)量超過1018, 占整個動物數(shù)量的90%。其在雜菌叢生的條件下進化和發(fā)展了各種防御機制， 土 要包括體內和體外的防御機制，體外防御主要是昆蟲向體外釋放化學物質進行防 御。一、

2、昆蟲的化學防御的定義昆蟲的化學防御就是有些昆蟲當受到驚擾或遇到天敵傷害時，就放出氣體或 臭味使天敵避開，或者用毒針螯刺天敵的防御行為。例如，步甲（步行蟲）在緊 急情況下從肛門連續(xù)發(fā)射炮彈一一多種化學物質： 過氧化氫、醌、酶等反應產生 的高溫液態(tài)毒液，把強大的敵人轟的屁滾尿流。也許愛玩蟲的人們都領教過它的 厲害，因而給它起了個綽號，叫放屁蟲。俗話說：“捅了馬蜂窩，定要挨蜂蜇”。 馬蜂蟄人，名不虛傳。即使是一些不知名的馬蜂，自衛(wèi)的本能和警惕性也很高， 只要侵犯了它們的生存利益，擔任警戒任務的馬蜂，會立即向你襲來。一旦被一 只馬蜂蜇了，就會很快遭到成群馬蜂的圍攻。 這是因為馬蜂蜇人時，蜇針與報警 信

3、息素會同時留在人的皮膚里。人被蜇后的最初反應是捕打，信息素的氣味便借 助打蜂時的揮舞動作擴散到空氣中，其他馬蜂聞到這種氣味后，即刻處于激怒的 騷動狀態(tài)，并能迅速而有效地組織攻擊。通過對馬蜂釋放的報警信息素的提取化驗，已知道其主要成分屬于醋酸戊脂，有香蕉油氣味。因此，一旦被馬蜂蜇后， 可用5%的氨水或含堿性物質擦洗，有止痛消腫的作用，這是使酸堿中和的結果。二、昆蟲體外化學防御物質昆蟲體外化學防御物質又稱防御性外分泌物，是一種含有多種成分的混合 物，主要是由外分泌腺分泌。昆蟲的防衛(wèi)分泌物包括多種化合物，每種的防衛(wèi)分 泌物常含有屬于不同類別的混合物。從化學上把這些物質分成羧酸、醇、醛、酮、 酯、酚、

4、苯醌、碳氫化合物、甾類化合物及其它雜環(huán)化合物。分泌物組成成份隨 其防御對象而改變，如勁隱翅蟲亞科中的BlecliusSpect幽ilis 和B. arenalius , 當對象為 Ea耐g labidurajparia 、蟻 catagJyphis bicolor、溜蠅屬蠅“ spe car 出call分泌物分解為臨甲基苯醌、1 一癸烯酰、辛酸、十一碳烯酸、十一環(huán)內 酯，分解比例是種一種專一，利用自然捕食證明其不同比例對防御具有專一性。 分泌物毒性越大，則分泌量越大，毒性小，則分泌量小。如葉甲 chrysochus 即為 此類。此外，分泌物也受季節(jié)和生活環(huán)境影響。一般認為昆蟲分泌物質是經腺體中

5、內源性酶合成， 也有人認為昆蟲分泌物為 細菌或真菌合成。 但目前的研究大多認為這種防御物質是從外源獲得， 主要是運 用其食物成分來合成， 特別是鞘翅目中的昆蟲， 如柳十二葉甲幼蟲利用柳樹中的 酚糖合成水楊酸、苯甲醛、苯乙醇胺等，釋放出的強心甾類，也是從其取食的馬 利筋和夾竹桃中獲得的， 而且實驗證明如果其取食植物不含此類物質， 則其防御 性分泌物中也不含此類物質。 昆蟲的防御產物除了從外源獲得并通過一定舷梯釋 放，還有一些節(jié)肢動物利用消化產物的腸道排出物或唾液腺的產物作為有用的防 御分泌物質，獵蝽(Plat聊eris Iadmantl璐)對其捕食者噴射一種物質，使他們不動， 這種分泌物為含有胰

6、蛋白朊、 透明質酸和磷酸脂酶等多酶的唾液。 昆蟲 唾液分泌物有時也可能被用做“膠狀物”，纏繞捕食者，如白蟻、鋸蠅幼蟲蛋白 質狀類唾液阻止螞蟻聚集或纏繞小型無脊椎動物。三、避免自體中毒的適應性 昆蟲在演化過程中發(fā)展了多樣的化學防衛(wèi)物質， 雖然大多數(shù)防衛(wèi)物質的生物 合成途徑仍不清楚， 但多種防衛(wèi)物的存在本身說明在防衛(wèi)腺體中存在著許多獨特 的代謝途徑， 而且這種代謝特征是伴隨腺體形態(tài)特化， 這種特化保證了產生的潛 在毒性化合物與敏感的組織隔離開來。 分泌腺產物通常是儲存在不能滲透的表皮 貯存器中。這些表皮腺是體壁的內陷， 它使身體的敏感組織與防御腺體可能產生 的毒素避免了接觸。 外分泌腺本身可能也用

7、表皮小器官裹住， 其中有毒的產物可 能在與生活細胞隔離的情況下合成。 如擬步甲從粉糖苷產生醌， 粉糖苷首先轉化 為無毒的氫醌， 這在一個內室中發(fā)生， 氫醌隨后被轉移到一個泡狀小表皮器官包 圍的反應室， 一部分氫醌通過多酚氧化酶被氧化為鄰一苯醌， 其混合物被轉移到 一個更遠離隔開的分泌單位， 一中血蛋白過氧化物酶氧化剩余的氫醌。 這種形態(tài) 上的隔離作用保證了有高度反應性的對苯醌不與腺體細胞中的蛋白質起作用。 許 多半翅目產生的高度反應的不飽和醛也在很好隔離的表皮室中產生， 而其可能的 前體乙酸酯主要存在于血腔的側腺中。昆蟲常暴露在它自身分泌的高濃度的毒素之中， 而這些毒素在分泌以后可通 過氣孔或

8、體壁再穿透進去。 顯然它們的產生者具有一定的解毒機制去應付， 但目 前對昆蟲解除自己防御化合物的途徑了解的很少。少數(shù)幾種節(jié)肢動物對HC的解毒機制被研究過，斑蛾在組織損傷后釋放的 HC是通過硫氰酸酶而轉變成相對無 毒的硫氰酸，分泌苯酚的緣蝽用酪氨酸酚溶酶來解毒。四、化學防御物質的應用隨著有機分析技術的發(fā)展， 昆蟲外分泌物， 尤其是防衛(wèi)性外分泌物的化學研 究，在近40年間繁榮起來，這為它在分類上的應用奠定了基礎。般地說，性信 息素是較低水平的， 在許多情況下是種的鑒別特征； 而防衛(wèi)性外分泌物是較高水 平的分類特征分類特征， 在多數(shù)情況下適于科、 屬級水平的分類應用。 如在屬級 水平上，下列屬的成員

9、都含有特異性分布的防衛(wèi)分泌物，大黑蟻屬的馬索內酯， 擬步甲屬Ac出啪的2, 3二甲基一 1, 4-苯醌等。外分泌物作為分類特征，也以 解決一些形態(tài)不易區(qū)分的分類地位問題， 如印度蜜蜂 Apisindica 是獨立的種， 還 是意大利蜜蜂Aimel婭em勺一個亞種，通過工蜂大顎腺分泌物研究表明，前者缺 少后者都有的一庚酮，支持不同種的劃分。黃胸散白蟻R烈culite n nes n刪pels(Ko nar)和R. sat one璐is(Fevtaud)兵蟻的分泌物不同，根據(jù)其成分不同可 以繼續(xù)進行分類到亞種。一些昆蟲分泌物已經證明是昆蟲凈化環(huán)境， 殺滅細菌的重要產物， 且對人類 多種疾病有療效。

10、 據(jù)報道， 家蠅能分泌尿囊素， 它由家蠅體內的尿酸經尿酸酶作 用形成，尿囊素是醫(yī)治皮膚傷口惡性化膿的消毒劑。 尿囊素對多種植物病原菌動 物病原菌有不同程度的抑菌作用。昆蟲在演化過程中發(fā)展了多樣的化學防衛(wèi)物 質，雖然大多數(shù)防衛(wèi)物質的生物合成途徑仍不清楚， 但多種防衛(wèi)物的存在本身說 明在防衛(wèi)腺體中存在著許多獨特的代謝途徑， 而且這種代謝特征是伴隨腺體形態(tài) 特化，這種特化保證了產生的潛在毒性化合物與敏感的組織隔離開來 . 很多蜂類 毒液已被證明對人類多種疾病有效， 蜂毒注射液的生產標志著蜂毒開發(fā)已進入商 品階段，其他類藥品也將投入生產。另外，如紫膠蟲、白蠟蟲分泌的蠟質已被軍 工業(yè)廣泛應用；蠶類分泌的絲類物質被工業(yè)應用等等。五、對昆蟲化學防御的評論昆蟲的化學防御， 一方面， 對昆蟲自身來說， 由于適者生存劣者淘汰的自然 法則，其自身長期進化發(fā)展形成了化學防御，是其得以生存的保障。另一方面， 對人類來說， 隨著人類科學技術的進步與發(fā)展， 越來越多的昆蟲分泌物將為人類 所熟知，在生化、藥理及治療