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闹羊花素-Ⅲ是从我国特有高效杀虫植物闹羊花RhododendronmolleG.Don中分离提取的对害虫活性很强的化合物。本文从该化合物对亚洲玉米螟Ostriniafurnacalis(Guenée)活体生物活性、亚细胞水平到sf-9细胞活性及钙信号传导,层层深入系统详细研究其对亚洲玉米螟成虫的亚致死剂量作用下成虫的触角电位反应、产卵忌避作用、产卵量的影响和对幼虫体重增长的抑制、中肠和腹神经索超微结构的破坏、亚细胞组分线粒体和微粒体的变化、组织钙、镁积累等生物活性及生理生化效应;通过对sf-9细胞生长、细胞周期、细胞超微结构的观察,阐明闹羊花素-Ⅲ对昆虫细胞的毒性作用;明确sf-9细胞膜上钙通道的类型,详细探讨闹羊花素-Ⅲ对sf-9细胞内Ca2+浓度动态变化、Ca2+波的形状、细胞膜电位、胞内pH、线粒体的功能及其膜电位、细胞的蛋白质含量、Ca2+-Mg2+-ATP酶、Na+-K+-ATP酶以及总ATP酶活性、NOS活性、ACPase的活性,揭示闹羊花素-Ⅲ对害虫作用的基于Ca2+信号传导调控的分子机理。
1.闹羊花素-Ⅲ对亚洲玉米螟成虫外周神经系统具有明显的影响。闹羊花素-Ⅲ亚致死剂量0.02μg/头处理亚洲玉米螟成虫离体触角电位反应值均比未处理的正常试虫高,且差异显著。
2.闹羊花素-Ⅲ对亚洲玉米螟表现出高的生物活性。闹羊花素-Ⅲ对亚洲玉米螟具有明显的产卵忌避作用,成虫产卵量下降;抑制5龄初幼虫体重增长,3.2μg/头处理100h体重增长率为3.08%,对照的为63.86%,差异显著。破坏幼虫中肠和腹神经索超微结构,中肠和腹神经索组织发生病理性不可逆变化;处理幼虫亚细胞组分线粒体和微粒体相对含量减少,且处理浓度越高减少越明显;并导致幼虫体内的钙、镁积累。
3.闹羊花素-Ⅲ对sf-9细胞表现明显的细胞活性。用1、10、100、200μg/ml剂量处理后,sf-9细胞生长状况不好,细胞生长明显抑制;干扰细胞正常的生长周期,药剂处理72h后细胞被阻滞于G2/M期;培养基中LDH酶活力增高,表明该药对细胞毒性作用明显;破坏sf-9细胞超微结构,细胞核膜、线粒体、溶酶体、内质网和染色质出现典型的病理性变化。
4.闹羊花素-Ⅲ刺激sf-9细胞引起胞内Ca2+浓度变化。研究表明sf-9细胞膜上钙通道的类型为受体依赖性钙通道或钙库控制的钙通道。在胞外有钙情况下,闹羊花素-Ⅲ刺激sf-9细胞,产生胞外Ca2+内流,不同浓度引起的钙波不同。细胞外液为无Ca2+,闹羊花素-Ⅲ刺激细胞出现胞内Ca2+浓度降低,胞内Ca2+的释放;闹羊花素-Ⅲ处理细胞可能阻断sf-9细胞上的受体依赖性钙通道。
5.sf-9细胞对闹羊花素-Ⅲ的两次刺激出现对Ca2+正反馈调节。Cd2+钳制细胞进一步证实,闹羊花素-Ⅲ刺激sf-9细胞胞内Ca2+浓度的增加是由胞外Ca2+进入和胞内钙库释放Ca2+共同作用的结果。比较闹羊花素-Ⅲ100μg/ml、印楝素100μg/ml、毒死蜱100μg/ml和溴氰菊酯10μg/ml刺激sf-9细胞内Ca2+动态变化不同。
6.闹羊花素-Ⅲ对sf-9细胞膜电位具有明显作用。1μg/ml、10μg/ml闹羊花素-Ⅲ刺激sf-9细胞,细胞膜产生超极化,膜电位降低幅度分别为6.00%和7.52%;高浓度100μg/ml、200μg/ml刺激细胞时,细胞膜去极化,膜电位增高幅度分别为11.76%和24.69%,之后细胞快速复极。闹羊花素-Ⅲ100μg/ml、印楝素100μg/ml、毒死蜱100μg/ml和溴氰菊酯10μg/ml都使sf-9细胞膜快速去极化,其去极化的程度变化分别为11.76%、22.41%、5.73%和4.53%,然后迅速复极,复极的动力学方程不同。7.闹羊花素-Ⅲ干扰sf-9细胞内pH稳态。在细胞外有钙的情况下,闹羊花素-Ⅲ1μg/ml、10μg/ml、100μg/ml、200μg/ml产生的细胞内pH升高,升高幅度分别为22.27%、37.13%、69.17%和89.58%,不同浓度影响pH变化动态曲线不同。细胞外无钙时,闹羊花素-Ⅲ100μg/ml刺激细胞使细胞内pH快速升高24.32%,然后迅速下降64.75%。8.细胞外液Hanks液,闹羊花素-Ⅲ100μg/ml、印楝素100μg/ml、毒死蜱100μg/ml和溴氰菊酯10μg/ml均可造成细胞内pH的升高,其相对变化率分别为39.21%、27.33%、17.92%和36.81%;细胞外液为Dhanks液,闹羊花素-Ⅲ100μg/ml、印楝素100μg/ml、毒死蜱100μg/ml和溴氰菊酯10μg/ml均可造成细胞内pH的降低,其相对变化率分别为77.13%、92.47%、59.55%和87.85%,且pH动态变化曲线不同。
9.闹羊花素-Ⅲ处理sf-9细胞使其线粒体的正常生理功能受到损伤,浓度越高对线粒体功能的破坏程度越大。
10.闹羊花素-Ⅲ长时间处理对sf-9细胞线粒体膜电位(△ψm)具有明显影响。流式细胞仪检测该药处理后6、12、24、48、72h后sf-9△ψm升高表现为去极化;且在6、12、24小时,药剂处理浓度越高△ψm也越高;当处理48、72h,200μg/ml的药剂处理△ψm开始明显下降,低于对照及原来的水平,表现出△ψm超极化现象。
11.闹羊花素-Ⅲ即时刺激sf-9细胞对其线粒体膜电位产生动态影响。闹羊花素-Ⅲ各浓度处理及印楝素、毒死蜱和溴氰菊酯细胞线粒体膜去极化后恢复去极化状态至平稳基态的动力学曲线不同。激光共聚焦法监测闹羊花素-Ⅲ1、10、100、200μg/ml刺激表明线粒体罗丹明123荧光强度相对变化率分别为137.94%、193.80%、261.99%和207.63%。印楝素100μg/ml,毒死蜱100μg/ml和溴氰菊酯10μg/ml处理sf-9细胞线粒体罗丹明123荧光强度相对变化率分别为202.45%、84.94%和31.89%。
12.闹羊花素-Ⅲ处理对sf-9细胞的蛋白质含量、ATP酶、NOS、ACPase活性具有影响。终浓度1、10、100、200μg/ml闹羊花素-Ⅲ处理sf-9细胞的蛋白质含量增加,药剂处理时间越长,蛋白质含量增加越多;闹羊花素-Ⅲ抑制细胞内Ca2+-Mg2+-ATP酶、Na+-K+-ATP酶以及总ATP酶活性;激活NOS活性,浓度越高NOS活性也越高,表现出典型的剂量效应关系;激活细胞ACPase活性,且ACPase活性表现呈倒“S”形增高。
本论文通过深入系统研究闹羊花素-Ⅲ基于Ca2+信号传导的分子作用机理,探讨闹羊花素-Ⅲ调控害虫体内化学信号的分子作用机制,从全新的角度和研究方法揭示其本质的分子作用机理,对于从天然植物源杀虫活性物质中寻找具有作用机理独特的先导化合物,为植物源杀虫剂的作用机理研究提供新的思维和视角,为昆虫分子毒理学的发展,害虫的行为控制机理,科学合理研究与开发应用植物源杀虫剂,都具有重要的理论和实践指导意义。