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吡丙醚对家蚕不同组织的毒害作用及分子机制探讨

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  • 日期:2022-09-26
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农学论文哪里有?本研究利用生物统计的方式调查统计生长发育指标,并观察幼虫中毒症状;通过苏木素-伊红染色(HE染色)和实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分别观察和检测丝腺、中肠、脂肪体和卵巢四个组织器官的组织病理学变化及相关基因的转录水平变化,并检测了丝腺、中肠和脂肪体的解毒酶活性。

第1章绪论

1.2吡丙醚研究进展

吡丙醚(pyriproxyfen)是由日本住友(Sumitomo Chemical)公司研发的一类烷氧吡啶保幼激素类几丁质合成抑制剂[21]。其化学名称为4-苯氧苯基-(R,S)-2-(2-吡啶基氧)丙基醚,是一种黄色蜡状固体。吡丙醚的化学结构如图1.1所示,分子式为C20H19NO3,分子量为321.5 g/mol,熔点为47.4℃,密度大于水。在环境温度(25℃)和pH值为6的条件下,吡丙醚微溶于水,但极易溶于有机溶剂,如己烷和二甲苯等。在20℃时,吡丙醚的pH值为6.41,没有明显的酸性或碱性特征[22]。

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吡丙醚是一种杀虫活性较高、靶标特异性强的昆虫生长调节类农药[23],具有保幼激素活性,被归类为内分泌干扰物。对同翅目、缨翅目、双翅目、鳞翅目等的一些害虫具有高效的杀灭作用,目前被广泛用于卫生害虫及农林业害虫的防治。

作为一类保幼激素类几丁质合成抑制剂,吡丙醚通过影响昆虫的蜕皮和繁殖而影响昆虫的生长发育过程。昆虫幼虫的生长、发育和成熟受20-羟基蜕皮激素(20-hydroxyecdysone,20E)和保幼激素(juvenile hormone,JH)的协同调控[25]。在自然条件下,当幼虫准备化蛹时,机体停止分泌保幼激素,变态所需的基因表达也开始改变。然而,当存在保幼激素或其类似物的外源时,体内平衡被破坏,直接影响昆虫的变态。所以,昆虫接触吡丙醚时,吡丙醚作为一种保幼激素类似物,与保幼激素受体结合,影响昆虫体内的激素平衡,进而影响昆虫的发育或变态[22]。

第3章吡丙醚对家蚕中肠的损伤及相关基因表达分析

3.1前言

家蚕(Bombyx mori)在新陈代谢过程中,需要从食物中摄取碳水化合物等营养物质,以满足生长发育的能量需求。中肠是家蚕各器官中代谢活跃的消化器官,主要负责营养物质的消化与吸收。桑叶作为家蚕的唯一天然饲料,含有蛋白质、碳水化合物等丰富的营养物质。除维生素、水等小分子物质可以被中肠直接吸收外,蛋白质、淀粉等大分子物质必须分解成结构简单的小分子物质才能被中肠上皮细胞吸收。而大分子营养物质的分解必须有消化酶的存在,消化酶的活性也是反映中肠消化功能的一项重要指标。α-淀粉酶(α-amylase)在催化水解碳水化合物的代谢过程中发挥重要功能[123],桑叶中的碳水化合物可在中肠壁分泌的α-amylase作用下最终分解成葡萄糖小分子,进而参与机体内重要的代谢反应。家蚕中肠的丝氨酸蛋白酶主要是类胰蛋白酶(Trypsin-like protease),它能够促使肽链断裂,在蛋白水解过程中发挥重要作用[124]。家蚕脂肪酶-1(Bmlipase-1)的编码基因(lipase-1)特异性表达于家蚕中肠组织[61],对消化道内的营养物质具有水解的作用,对生理功能的调节也十分重要。Kilani等指出印楝素可以抑制果蝇中肠α-amylase的酶活性,这可能反映了印楝素可干扰中肠的摄食和代谢调节[125]。Yang等发现添食草甘膦后,中华绒螯蟹肠道消化酶(包括α-amylase和lipase-1)的活性显著降低[126]。

第5章吡丙醚对家蚕卵巢的损伤及相关基因表达分析

5.1前言

吡丙醚是一种具有保幼激素活性的昆虫生长调节剂,可使昆虫缺乏产卵所需的刺激因子,直接或间接抑制卵和胚胎的发育进而影响昆虫的繁殖[156]。在害虫综合治理(Integrated pest management,IPM)中,化学防治能够迅速的降低害虫的种群密度,且没有区域性和季节的限制。吡丙醚被认为是农作物防治害虫有效的杀虫剂之一[157],在农业害虫防治中的应用研究表明,吡丙醚对烟粉虱的卵有显著的杀灭作用,100 ppm吡丙醚可杀灭94.5%烟粉虱的卵[158]。

家蚕(Bombyx mori)产卵量多,世代周期短,目前已被广泛应用于生殖及发育领域的研究。卵期作为胚胎发育的时期,起着十分重要的作用。家蚕的生殖发育除受外界因素的影响之外,还受到自身相关基因转录的影响。Ovo基因编码的OVO转录因子在调控昆虫的能量代谢中发挥着非常重要的作用,当该基因的表达量下调时会引起产卵数减少。薛高旭等发现家蚕的Otu基因与果蝇的Otu基因结构类似,也可与Ovo基因共同影响家蚕卵巢的发育[159]。在卵巢细胞中,OVO蛋白直接结合到的Otu基因的启动子上[160],进而在雌性生殖细胞形成过程中调控融合体和肌动蛋白束的形成[161],以此调节卵巢细胞的发育。Sxl-S基因与Sxl-L基因具有选择性剪切的功能,在卵巢发育过程中具有重要的调节作用[162]。

5.2实验材料与仪器试剂

5.2.1实验材料及处理

桑叶处理方式及家蚕饲养方式同2.2.1。

5龄第4天将幼虫分为对照组和处理组,每组3个重复,每个重复120只,其中60只用来统计产卵数、孵化率等数据,60只作为解剖材料。吡丙醚处理后96 h解剖家蚕取卵巢,并用冷的PBS清洗后放到固定液中,4℃保存,设3个生物学重复,用于组织病理学分析。其次,吡丙醚处理后每隔24 h解剖对照组和实验组家蚕,取卵巢并标记,保存于-80℃超低温冰箱备用,每个样本设3个生物学重复,用于qRT-PCR分析。

5.2.2主要仪器与设备

本章实验采用的主要仪器与设备同2.2.2。

5.2.3主要试剂

本章实验采用的主要试剂同2.2.3。

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结论

本研究于家蚕幼虫5龄第4天时,使用0.001 mg/L吡丙醚处理的桑叶饲喂一次处理组的家蚕幼虫,用ddH2O处理的桑叶饲喂一次对照组的家蚕幼虫。利用生物统计的方式调查统计生长发育指标,并观察幼虫中毒症状;通过苏木素-伊红染色(HE染色)和实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分别观察和检测丝腺、中肠、脂肪体和卵巢四个组织器官的组织病理学变化及相关基因的转录水平变化,并检测了丝腺、中肠和脂肪体的解毒酶活性,得出以下结论:

1、添食0.001 mg/L吡丙醚可导致部分家蚕幼虫中毒,中毒症状表现为食桑缓慢,龄期延长,身体缩短,肿胀发亮,脱肛,头部翘起,身体变软变黑,严重的逐渐死亡;部分能结茧,但吡丙醚对家蚕的营茧功能影响较大,造成结茧率低、死笼率高、茧层率低,并导致家蚕幼虫体重下降;存活的家蚕幼虫经过变态发育、交配产卵后,调查统计得到添食吡丙醚可降低产卵数、孵化数和孵化率。

2、家蚕吡丙醚中毒后,丝腺的组织结构严重受损;丝蛋白合成相关基因的表达水平均下调,表明结茧率的大大降低可能与丝蛋白合成基因的表达下调有关。同时PI3K/Akt通路和CncC/Keap1通路关键基因的表达水平均上调,即这两条信号通路参与了家蚕丝腺对吡丙醚的应答过程;添食微量吡丙醚可提高丝腺解毒酶基因的表达量和解毒酶活性,推测这是丝腺应答吡丙醚毒性的主要途径之一。此研究结果为进一步研究吡丙醚对家蚕丝腺的损伤及基因转录的影响提供了理论依据。

3、添食吡丙醚导致中肠受到严重损伤;处理组中肠消化吸收、氧化磷酸化、抗氧化相关基因的表达水平出现不同程度的降低,但解毒酶基因的表达量和解毒酶活性呈现上调趋势。结果显示添食吡丙醚会抑制家蚕中肠的消化吸收、能量代谢和抗氧化酶系统。家蚕可通过解毒酶基因的上调表达和增强解毒酶活性来应答吡丙醚对宿主的侵害。由此揭示了家蚕中肠对吡丙醚的响应,为中肠对吡丙醚的应激机制提供了一定的参考价值。

参考文献(略)

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