應(yīng)澍也，李穎慧，徐豫松，王華兵

（浙江大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310058）

昆蟲的生長(zhǎng)發(fā)育和變態(tài)主要是由促前胸腺激素（Prothoracicotropic hormone，PTTH）、蛻皮激素（Moulting hormone，MH）及保幼激素（Juvenile hormone，JH）等控制［1］。其中，保幼激素為除植物外，節(jié)肢動(dòng)物獨(dú)有的激素［2］，由腦后的一對(duì)咽側(cè)體合成并分泌到血淋巴中，其分泌水平直接影響了昆蟲的發(fā)育情況和生理機(jī)能［3］。隨著生物學(xué)研究技術(shù)的迅速發(fā)展，自JH 被Wigglesworth（1934）發(fā)現(xiàn)至今，關(guān)于JH及其類似物的研究與應(yīng)用獲得了許多進(jìn)展。

1 保幼激素及其類似物的研究進(jìn)展

1.1 保幼激素的合成、分泌、代謝及調(diào)節(jié)

昆蟲血淋巴循環(huán)系統(tǒng)中保幼激素滴度穩(wěn)態(tài)是由其生物合成和代謝過(guò)程共同保持的［4］。JH的生物合成途徑主要是：乙酸、丙酸→甲羥戊酸→焦磷酸法呢酯→法呢酯→JH。從法呢酯→JH 的生物合成途徑，因昆蟲種類的不同而異［5］。

保幼激素的分泌和轉(zhuǎn)運(yùn)途徑主要為：JH自咽側(cè)體合成后分泌至血液，與其中的血淋巴JH載體蛋白（hemolymph JH binding protein，hJHBP）結(jié)合形成JH-載體蛋白質(zhì)復(fù)合體，依靠其自身的血液循環(huán)到達(dá)靶細(xì)胞，并與JH受體作用進(jìn)而調(diào)控相應(yīng)基因的表達(dá)，決定昆蟲的生長(zhǎng)發(fā)育［6］。保幼激素的代謝由保幼激素酯酶（Juvenile hormone esterase，JHE）、保幼激素環(huán)氧水解酶（Juvenile hormone epoxide hydrolase，JHEH）和保幼激素二醇激酶（Juvenile hormone diol kinase，JHDK）等催化完成。JH 在JHE 的催化下生成保幼激素酸，也可在JHEH 的催化下生成保幼激素二醇。保幼激素酸和保幼激素二醇分別可在JHEH和JHE的催化下生成相同的產(chǎn)物——保幼激素酸二醇，存在于一些昆蟲細(xì)胞質(zhì)中的JHDK 也可催化保幼激素二醇生成保幼激素二醇磷酸［7］。完整保幼激素代謝圖可參考圖1。昆蟲通過(guò)神經(jīng)刺激、腦分泌的神經(jīng)肽物質(zhì)——促咽側(cè)體素（Allatotropin，AT）咽側(cè)體抑制素（Allatostatin，AS）及血液中和JH代謝相關(guān)的酶調(diào)節(jié)控制血液中JH滴度［8］。

圖1 保幼激素代謝途徑模式圖Fig. 1 Metabolic pathway model of juvenile hormone

保幼激素的主要合成為法尼基二磷酸（Farnesyl diphosphate，F(xiàn)PP），F(xiàn)PP 可經(jīng)由甲羥戊酸途徑（MVA path）或丙酮酸途徑（DXP path）合成異戊烯焦磷酸，再經(jīng)由酶促反應(yīng)得到［9］。Cheng等比較分析了家蠶（Bombyx mori）和黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）等昆蟲中數(shù)十種與JH合成、代謝及信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)的基因，發(fā)現(xiàn)果蠅、家蠶等昆蟲中的MVA 途徑、JH 生物合成的神經(jīng)肽調(diào)控和JH 信號(hào)傳導(dǎo)等相關(guān)基因多為單拷貝，再次證明了與JH相關(guān)的生化途徑和步驟在昆蟲中相對(duì)保守；但若干JH代謝相關(guān)基因在鱗翅目中出現(xiàn)明顯的多拷貝，猜測(cè)JH代謝相關(guān)基因的復(fù)制可能與鱗翅目進(jìn)化密切相關(guān)［10］。

1.2 保幼激素類似物的研究進(jìn)展

1.2.1 保幼激素類似物的主要類型

農(nóng)藥的使用對(duì)人類和環(huán)境健康產(chǎn)生了重大的負(fù)面影響。保幼激素靶向性強(qiáng)，是一種良好的昆蟲生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑（Insect growth regulators，IGR），可替代許多對(duì)環(huán)境具有公害的化學(xué)殺蟲劑。它不會(huì)對(duì)昆蟲產(chǎn)生較為迅速的觸殺毒性，但會(huì)長(zhǎng)期影響昆蟲的生理并對(duì)其生命活動(dòng)產(chǎn)生干預(yù)［11］。天然的保幼激素在陽(yáng)光照射下易分解，使之不利于在生產(chǎn)上應(yīng)用，故人們研究開發(fā)了保幼激素類似物（Juvenile hormone analogue，JHA），其按結(jié)構(gòu)和來(lái)源可以分為3 類：1）JH結(jié)構(gòu)類似物，以烯蟲酯（Methoprene）及其結(jié)構(gòu)類似物烯蟲炔酯（Kinoprene）等為代表，此類化合物生物活性可達(dá)保幼激素本身的400 倍。2）JH活性類似物，這是一類在分子中引入苯環(huán)或雜環(huán)的化合物，和JH本身的結(jié)構(gòu)差異較大，但具有更穩(wěn)定的保幼激素類似物的活性，因此廣泛應(yīng)用于農(nóng)林及衛(wèi)生害蟲的防治。商品化生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用的主要種類有：雙氧威（Fenoxycarb）、吡丙醚（Pyriproxyfen）和噠幼酮（NC-170）等。 3）從植物中分離得到的JH 活性類似物。目前可查證的該類JH 類似物至少有16 種。其中Nama sandwicense是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的同時(shí)含有保幼激素活性和抗保幼激素活性化合物的植物［12］。

1.2.2 保幼激素類似物作用的關(guān)鍵受體

雖然早在1970 年代中期就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了保幼激素類似物，但是它的作用機(jī)制，特別是JH 活性類似物如何在結(jié)構(gòu)差異明顯的情況下具有更穩(wěn)定的保幼激素活性，是在發(fā)現(xiàn)JH受體（JH receptor，JHR）后才得以解釋［13］。當(dāng)幼蟲達(dá)到適當(dāng)大小時(shí)，JH合成停止，抑制變態(tài)的基因Krüppel-homolog 1（Kr-h1）表達(dá)下降，成蟲得以發(fā)育，但JHR基因一直在表達(dá)［14］。因此，在無(wú)JH基因表達(dá)時(shí)期用JH或其JH類似物處理可阻止變態(tài)，而破壞變態(tài)則是保幼激素類似物的主要?dú)⑾x方式［15］。

20 世紀(jì)末，Wilson 等對(duì)黑腹果蠅基因進(jìn)行篩選后發(fā)現(xiàn)了耐烯蟲酯蛋白（Met），鑒定其具有類核受體（basic-helix-loop-helix，bHLH）/Per-Arnt-Sim（PAS）特性，應(yīng)為腹黑果蠅的JHR［16］。而后續(xù)研究表明，一種因Met基因片段重復(fù)而產(chǎn)生的旁系同源基因GCE和Met的雙突變體果蠅死亡，單突變體個(gè)體可以存活［14］。最終確認(rèn)，Met/GCE是真正的JH細(xì)胞內(nèi)受體［17］。

2 保幼激素類似物的開發(fā)應(yīng)用研究

2.1 保幼激素類似物在害蟲防治中的應(yīng)用

2.1.1 保幼激素類似物在防治農(nóng)業(yè)害蟲上的應(yīng)用

保幼激素類似物已被應(yīng)用于水稻、玉米和果蔬等的害蟲防治。煙粉虱（Bemisia tabaci）是一種寄主廣泛的田間害蟲，為害方式主要為傳播植物病毒［18］，何振華等試驗(yàn)得出噴灑0.2 g/L 吡丙醚于豆角，5 d后蟲口減退率達(dá)61.57%，適合Q型煙粉虱卵塊較多時(shí)使用［19］。楊帥等采用無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)噴灑3%苯氧威乳油，以防治玉米害蟲亞洲玉米螟（Ostrinia furnacalis），試驗(yàn)得出建議飛行高度為1 m，用藥劑量600 mL/hm2，噴灑藥液量為12 L/hm2［20］。桃樹蚜蟲為影響桃樹產(chǎn)量的關(guān)鍵害蟲，雷改平等試驗(yàn)得出對(duì)有蟲株率為100%的桃園施藥3%高滲苯氧威1 000倍液，8 d后蟲口減退率為84.57%［21］。朱新海等指出在商品蘑菇培育上可使用保幼激素類似物烯蟲酯和氯菊酯，以控制害蟲平菇癭蚊和斯式菌癭蚊的繁殖速度［22］。Chacón-Benavente R 等使用昆蟲不育技術(shù)（Sterile insect technique，SIT）來(lái)防治斜紋夜蛾（Spodoptera litura），發(fā)現(xiàn)保幼激素類似物烯蟲酯可應(yīng)用于該技術(shù)大規(guī)模快速生產(chǎn)不育且能夠長(zhǎng)時(shí)間保持性成熟的雄性昆蟲［23］。

2.1.2 保幼激素類似物在防治林業(yè)害蟲上的應(yīng)用

保幼激素類似物因其靶向性強(qiáng)且無(wú)公害，在林業(yè)方面也得到推廣應(yīng)用。許先坤等比較常用藥劑對(duì)紫薇長(zhǎng)斑蚜蟲（Tinocallis kahawaluokalaniKirkaldy）的防治效果，得出苯氧威防效最好，施用3%高滲苯氧威1 000倍稀釋液8 d后，蟲口減退率可達(dá)84.57%［24］。采用3%高滲苯氧威或其乳油可有效防治美國(guó)白蛾（Hyphantria cunea）、云杉線小卷蛾（Zeiraphera canadensisMutuura et Freeman）和橡膠盔蚧（Parasaissetia nigraNietner）等林業(yè)害蟲，施藥后防治效果可達(dá)90%及以上，且對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)不良影響［25］。孫國(guó)山等將高滲苯氧威乳油與吡蟲啉以45∶20的比例復(fù)配，顯著提高了原有單一農(nóng)藥對(duì)馬尾松害蟲松梢螟（Dioryctria Splendidella）的防治效果［26］。

2.1.3 保幼激素類似物在防治儲(chǔ)糧害蟲上的應(yīng)用

在倉(cāng)儲(chǔ)害蟲防治上，保幼激素類似物多種類別組合使用或與其他農(nóng)藥復(fù)配使用較多。實(shí)踐上多使用保幼激素組合Methoprene＋Chloryurifos-methyl或Synergized Phenothrin＋Chloryurifos-methyl＋Piperonylbntoxide以抑制多種玉米病蟲害，達(dá)到良好貯存的效果［27］。有研究表明，苯氧威對(duì)玉米象和谷蠹的殺蟲持效期長(zhǎng)，對(duì)糧食無(wú)污染，對(duì)黃粉蟲生長(zhǎng)發(fā)育也具有顯著的抑制作用，能有效控制其危害；用苯氧威處理能確保所儲(chǔ)稻谷一年基本無(wú)蟲，且對(duì)稻谷發(fā)芽率無(wú)顯著影響［32］。

2.1.4 保幼激素類似物在防治衛(wèi)生害蟲上的應(yīng)用

羅禮智等研究發(fā)現(xiàn)，使用烯蟲酯30 μg/蛾可降低蟲［Mythimnaseparata（Walker）］雌性的飛行能力［29］。于長(zhǎng)明等發(fā)現(xiàn)吡丙醚處理可影響德國(guó)小蠊（Blattella germanica）卵黃發(fā)生，使羽化雌性蟲不育，影響其繁殖［30］。

2.1.5 保幼激素類似物在防治煙草害蟲上的應(yīng)用

煙草甲（Lasioderma serricorne）是煙葉貯存時(shí)的主要貯煙害蟲，研究發(fā)現(xiàn)使用10-20 mg/kg 苯氧威處理煙葉10 個(gè)月后，對(duì)煙草甲的防治效果達(dá)到100%，苯氧威表現(xiàn)出較強(qiáng)的類保幼激素活性，可觀察到煙草甲為滯育狀態(tài)或已死亡，苯氧威有望替代對(duì)人體具有毒害的熏蒸劑農(nóng)藥［31］。煙蚜（Myzus persicae）為種植煙草中遇到的主要害蟲之一，煙蚜繭蜂（Aphidius gifuensis）是其優(yōu)勢(shì)寄生蜂。白晶晶等發(fā)現(xiàn)，在溫度10 ℃時(shí)使用烯蟲乙酯（1 000 ng/μL）處理后，煙蚜繭蜂蛹羽化時(shí)間延遲56 h［32］。

2.2 保幼激素類似物在資源昆蟲中的應(yīng)用

2.2.1 保幼激素類似物在蠶業(yè)方面的應(yīng)用

施用保幼激素類似物以提高家蠶增絲效果的技術(shù)已有50年左右的歷史，相關(guān)研究圍繞保幼激素的施用時(shí)間、次數(shù)、用量、處理方式以及與蛻皮激素的配合使用等展開。施藥時(shí)間以5 齡中期偏早為宜。徐建春適當(dāng)使用保幼激素可溶性粉對(duì)5齡期蠶進(jìn)行添食，能夠調(diào)節(jié)蠶生長(zhǎng)發(fā)育，延長(zhǎng)5齡期10 h左右并使其多食桑葉，可以用于抗高溫逼熟或桑葉過(guò)剩［33］。莊大桓等利用保幼激素反復(fù)給法可以進(jìn)一步提高增產(chǎn)效果，使用ZR-515對(duì)5齡家蠶進(jìn)行2次體噴，可增產(chǎn)20%，繭絲纖度增粗可達(dá)10%，且未發(fā)現(xiàn)明顯不良影響［34］。但近年來(lái)，保幼激素類似物殺蟲劑引發(fā)蠶中毒的情況時(shí)有發(fā)生，故采取預(yù)防措施來(lái)推進(jìn)該類農(nóng)藥的科學(xué)與規(guī)范使用愈加重要［35］。

2.2.2 保幼激素類似物在養(yǎng)蜂業(yè)方面的應(yīng)用

蜜蜂是一種社會(huì)性昆蟲，級(jí)型分化是其維持正常群體生活的基礎(chǔ)。有研究發(fā)現(xiàn)咽側(cè)體中保幼激素合成水平與級(jí)型分化存在關(guān)聯(lián)，雄蜂和工蜂幼蟲的保幼激素合成水平幾乎相同，而雄性和雌性蜜蜂幼蟲中保幼激素的合成存在差異［36］。血淋巴中保幼激素的滴度是調(diào)控不同年齡段與工作階段的蜜蜂行為活動(dòng)的基礎(chǔ)［37-39］。周冰峰等使用劑量0.05～0.005 μg的ZR-512 處理蜂王，可使交配時(shí)間提前2.4～2.6 d，增加有效產(chǎn)卵量［40］，對(duì)擴(kuò)大蜜蜂群勢(shì)、保證工蜂數(shù)量及提高蜂群生產(chǎn)力遒奠定基礎(chǔ)。但Chang等研究表明，工蜂以專門的覓食活動(dòng)為節(jié)點(diǎn)改變其分工角色，烯蟲酯會(huì)提早該行為的發(fā)生，同時(shí)在一定程度上降低覓食活動(dòng)時(shí)間，故施用該保幼激素類似物需要注意可能引起的蜂群群體階級(jí)變化［41］。

2.3 保幼激素類似物的其他應(yīng)用與研究進(jìn)展

關(guān)于保幼激素類似物的應(yīng)用研究，在經(jīng)濟(jì)昆蟲飼養(yǎng)、農(nóng)業(yè)害蟲防治等方面已有較多進(jìn)展。Devi 等以蜜蛾（Galleria mellonella）為研究對(duì)象，比較了保幼激素類似物吡丙醚和苯氧威對(duì)5齡幼蟲的毒害能力，發(fā)現(xiàn)四（2-氯乙基）二氯異戊基二磷酸酯（V6）毒性最強(qiáng)，致死中濃度（LC50）值為0.11 mg/mL［42］。白蠟蟲（Ericerus pela Chavannes）分泌的白蠟在我國(guó)醫(yī)藥與工業(yè)領(lǐng)域都有廣泛使用；劉妮等使用2.5 mg/ml吡丙醚噴施處理2 齡白蠟蟲雄幼蟲提高其泌蠟量，具體增效因地域環(huán)境而異［43］。亞洲瓢蟲異色瓢蟲（Harmonia axyridis）是幾種農(nóng)業(yè)害蟲（包括蚜蟲和粉虱）的重要捕食者，商業(yè)上需要大規(guī)模飼養(yǎng)以控制害蟲［44］。路玉婷等發(fā)現(xiàn)1 mg/Kg烯蟲乙酯施用下可使捕食性昆蟲異色瓢蟲（Harmonia axyridis）正常繁殖，保證其農(nóng)藥上控害能力，并對(duì)其后代無(wú)生存不良影響［45］。劉永平等研究表明10 μg/頭濃度Methoprene 處理可延長(zhǎng)斜紋夜蛾（Spodoptera litura）末齡幼蟲的壽命，提高其幼蟲的病毒產(chǎn)量［46］。Zhu 等敲除了埃及伊蚊（Aedes aegypti）轉(zhuǎn)錄因子E93，發(fā)現(xiàn)在E93 突 變 中，Broad complex 和Krüppel homolog 1（Kr-h1）轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)水平增加，而幼蟲組織程序性細(xì)胞死亡（PCD）和自噬相關(guān)的基因表達(dá)減少，為烯蟲酯的作用機(jī)制提供了新見(jiàn)解［47］。殺蟲劑通過(guò)直接殺死或調(diào)節(jié)蜘蛛的發(fā)育和繁殖來(lái)傷害有益的生物體，如捕食性蜘蛛。使用苯氧威可顯著上調(diào)稻田中主要掠食性蜘蛛Pardosa pseudoannulata的JH 生物合成相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平，從而延緩了其表皮蛻皮［48］。用0.5 nmol/L～10 μmol/L 不同濃度的fenoxycarb 對(duì)Sf21 細(xì)胞系進(jìn)行細(xì)胞毒性試驗(yàn)，以48 h 下的IC25濃度處理72 h后，可見(jiàn)細(xì)胞間隙擴(kuò)大，細(xì)胞凋亡增加；在共聚焦顯微鏡分析中，通過(guò)Hoechst-33，342觀察到細(xì)胞核濃縮并折疊成許多碎片；研究結(jié)果證實(shí)了Sf21細(xì)胞系中存在芬氧威介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和抑制細(xì)胞增殖［49］。研究人員在400個(gè)全基因組轉(zhuǎn)錄組基礎(chǔ)上重建了擬毛單蟻（Monomorium pharaonis）和棘蟻（Acromyrmex echinatior）2 種螞蟻的個(gè)體發(fā)育軌跡，發(fā)現(xiàn)保幼激素信號(hào)通路通過(guò)調(diào)節(jié)體重差異，在級(jí)型分化中發(fā)揮關(guān)鍵作用［50］。

3 展望

綜上所述，保幼激素類似物是一種生產(chǎn)實(shí)踐上重要的昆蟲生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，對(duì)自然環(huán)境公害低，在環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)重的當(dāng)下，應(yīng)合理開發(fā)利用該種殺蟲劑，并科學(xué)使用該種生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑于經(jīng)濟(jì)昆蟲的飼養(yǎng)中。關(guān)于保幼激素的合成、代謝和調(diào)控方式，科學(xué)界已有合理闡釋；但保幼激素在不同生物中的合成途徑特異性需要被關(guān)注和完善，科學(xué)家們目前也對(duì)保幼激素滴度與各種非生物因素如隨溫度、光周期和飲食等的變化關(guān)系也非常有興趣［15］。同時(shí)，保幼激素是否存在更多的同源物也是值得探究的問(wèn)題。