八种昆虫对蓖麻毒素和相思豆毒素触角电位及行为反应的研究

【摘要】： 昆虫具有高度发达的嗅觉系统,能够识别环境中的各种气味挥发物,触角是其主要的嗅觉器官。触角电位(Electroantennogram, EAG)技术是快速检测昆虫触角对气味反应活性和敏感性的一个非常重要的测定方法。近年来,已有多个研究小组尝试将EAG技术拓展至利用昆虫触角作为生物传感器检测环境中的特异性气味物质,并取得了令人鼓舞的结果,这对于利用EAG技术监测环境中的靶标气味物质具有重要意义。 蓖麻毒素和相思豆毒素是分别从蓖麻和相思豆种子中提炼出来的高毒植物毒素蛋白,其生产原料来源广泛,提取制备方法简便,因此,一旦被混入食物和饮水中或用于破坏活动,将对人类的安全构成极大威胁。 本课题测定了棉铃虫、小菜蛾、亚洲玉米螟、甜菜夜蛾、柞蚕、熊蜂工蜂、美洲大蠊、和德国小蠊8种不同昆虫对蓖麻毒素和相思豆毒素的EAG及行为反应,通过比较分析同种昆虫对不同毒素以及不同昆虫对同一种毒素的EAG值,探讨不同昆虫触角对靶标毒素的敏感性和选择性,以期能筛选出对靶标毒素高度敏感的昆虫触角,为将来根据EAG原理,利用昆虫触角的敏感性监测环境中的生物毒素,做出早期预警提供理论依据和技术基础。 本研究的主要结果如下: 1.同种昆虫对不同毒素的EAG反应 研究结果表明:供试毒素均能诱发测试昆虫产生一定的EAG反应。除熊蜂外(F=1.135,P=0.352),其他昆虫对供试毒素产生的EAG值与对照间的差异均有统计学意义(P0.05)。 供试毒素中,ARA刺激柞蚕产生的EAG值最大(-0.310±0.039 mV),相思豆粗毒诱发小菜蛾产生的EAG值最大(♀:-0.831±0.056 mV;♂:-0.901±0.061 mV),除此之外,蓖麻粗毒对其他昆虫产生的EAG值均为最大,说明蓖麻粗毒对大部分测试昆虫的电生理活性最强。其中,德国小蠊对蓖麻粗毒产生的的EAG值与其他毒素间的差异均有统计学意义(P0.05);熊蜂和棉铃虫对供试毒素EAG值间的差异彼此无统计学意义(P0.05);玉米螟雌蛾对供试毒素EAG值间的差异彼此无统计学意义,雄蛾对蓖麻粗毒的EAG值与相思豆粗毒间的差异有统计学意义(P0.05),但与其他毒素间无显著性差异(P0.05);甜菜夜蛾雌虫对蓖麻粗毒的EAG值与其他毒素间的差异有统计学意义(P0.05),雄虫除了与相思豆粗毒间的差异无统计学意义外,与其他毒素间的差异均有统计学意义;美洲大蠊雌虫对蓖麻粗毒的EAG值与ARA差异有统计学意义,但与其他毒素间的差异无统计学意义,雄虫对蓖麻粗毒的EAG值与其他毒素间的差异均有统计学意义(P0.05)。 2.8种昆虫对蓖麻粗毒的EAG反应 8种昆虫对蓖麻粗毒的EAG反应值介于:-(0.254±0.018)～-(0.852±0.098) mV。其中,美洲大蠊EAG值最小(♀:-0.254±0.018 mV,♂: -0.319±0.017 mV),说明供试昆虫中美洲大蠊对蓖麻粗毒的EAG反应最不敏感。 3.8种昆虫对RTA的EAG反应 8种昆虫对RTA的EAG反应值介于:-(0.383±0.087)～-(0.768±0.061) mV。其中,小菜蛾的EAG值最大(♀:-0.768±0.061 mV,♂:-0.721±0.076 mV),说明供试昆虫中小菜蛾对RTA的EAG反应最敏感。 4.8种昆虫对相思豆粗毒的EAG反应 8种昆虫对相思豆粗毒的EAG反应值介于:-(0.225±0.004)～-(0.901±0.091) mV。其中,美洲大蠊最小(♀:-0.225±0.004 mV,♂:-0.251±0.015 mV),小菜蛾的EAG值最大(♀:-0.831±0.056 mV,♂:-0.901±0.091 mV),而且显著高于其他昆虫(P0.05),说明小菜蛾对相思豆粗毒最为敏感。 5.8种昆虫对ARA的EAG反应 8种昆虫对ARA的EAG反应值介于:-(0.209±0.008)～-(0.702±0.080) mV。其中,美洲大蠊最小(♀:-0.209±0.008 mV,♂:-0.218±0.005 mV),小菜蛾的EAG值最大(♀:-0.626±0.040 mV,♂:-0.702±0.080 mV),而且显著高于其他昆虫(P0.05),说明小菜蛾对ARA最为敏感。 6.昆虫性别对EAG反应的影响 小菜蛾、德国小蠊、玉米螟、甜菜夜蛾、棉铃虫5种昆虫的雌虫对测试毒素的EAG值均大于雄虫,但除了甜菜夜蛾外(F=6.557,P=0.012),其他昆虫性别间的差异均无统计学意义(P0.05);美洲大蠊雄虫对测试毒素的EAG值大于雌虫,而且性别间的差异也有统计学意义(F=4.636,P=0.034)。 7.昆虫EAG的剂量反应 在测试的剂量范围内,供试昆虫均能产生EAG反应,提示供试昆虫对供试毒素的反应阈值大体接近,但不同昆虫和性别间的反应趋势存在一定差异。柞蚕雌虫的EAG反应随剂量增加而增强,剂量反应曲线大致呈“S”形;小菜蛾雄虫对供试毒素产生的EAG值均比雌虫大,说明小菜蛾雄虫触角对供试毒素更为敏感。熊蜂工蜂对蓖麻粗毒、RTA、相思豆粗毒的EAG反应同样随着剂量增加而增强,但对ARA的EAG反应在10.0 ng剂量处达到最大值,之后尽管剂量再增加,EAG值开始降低,反映了其触角对ARA的感受极限;其他昆虫的反应趋势同样因种类和性别而不尽相同,只是触角的感受极限有所差异,即达到最大值的剂量不同。 8.昆虫对不同毒素的嗅觉行为反应 德国小蠊对RTA的行为反应最明显,而且雌雄个体间还存在显著的性别差异(F=7.324, P=0.014);小菜蛾对相思豆粗毒的行为反应最明显,其他昆虫均对蓖麻粗毒有明显的行为反应,而且均无显著的性别差异(P0.05)。除甜菜夜蛾和柞蚕雌虫EAG反应与嗅觉行为结果不一致外,其他供试昆虫的EAG反应与嗅觉行为试验结果均一致。