昆虫性信息素的提取方法与结构鉴定,昆虫学论文.docx

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1、昆虫性信息素的提取方法与结构鉴定,昆虫学论文摘 要： 具体介绍了昆虫性信息素的常用提取方式方法, 指出了不同方式方法 (有机溶剂浸泡法、冷凝法、动态顶空吸附法、固相微萃取) 的优缺点, 并探寻求索性信息素化合物的鉴定方式方法, 旨在为有关昆虫微量化合物的研究提供借鉴。本文关键词语： 昆虫; 性信息素提取; 提取方式方法;Abstract： The common extraction methods of insect sex pheromone are introduced in detail.The advantages and disadvantages of different meth

2、ods (organic solvent immersion method, condensation method, dynamic headspace adsorption method, solid phase microextraction) are pointed out.The identification methods of sex pheromone compounds are explored in order to provide reference for the study of the insect microscale chemical compounds.Key

3、word： insect; extraction of sex pheromone; extraction method;1 昆虫性信息素昆虫性信息素由昆虫的特殊腺体分泌, 能被同种异性个体所接受, 并引起异性个体产生一定行为反响与生理反响 (如觅偶、振翅、定向飞行、交配等) 的微量化学信息物质 (图1) , 是保证昆虫种内雌雄个体之间性的化学联络及有序繁衍的必要基础。很多昆虫具有以雌性信息素为主导的化学通信系统, 像蛾类主要依靠雌性释放信息素引诱雄蛾完成交配, 而雄性信息素主要是在雄性接近雌蛾时释放, 诱导雌虫完成交配1,2。对于昆虫性信息素的研究, 长期没有突破性的进展, 直到1959年B

4、utenandt从50万头家蚕 (Bombyx mori) 雌蛾性信息素腺体中分离得到12 mg性信息素3, 才明确了第一个昆虫信息素的化学构造。由于昆虫本身释放信息素较少, 且需要虫口数量较多, 加受骗时仪器设备条件与实验技术的限制, 严重阻碍了昆虫性信息素研究的发展, 而对于昆虫性信息素的研究, 尤以提取获得性信息素组分和鉴定化学构造最为重要。因而, 笔者根据本身经历以及前期科学家的研究, 具体探寻求索昆虫性信息素的提取方式方法和分析技术, 旨在为昆虫性信息素的研究提供技术参考。图1 昆虫释放性信息素的经过2 昆虫性信息素的提取方式方法昆虫通过腹部末端的特殊腺体组织释放性信息素, 这一经过

5、成为求偶行为, 大多数昆虫的求偶姿态为腹部末端上翘 (见图2) , 准确获得昆虫性信息素活性组分的时期为求偶时期。通过采用不同的萃取方式方法获得昆虫性信息素粗提物。图2 正在释放微量信息化合物 (性信息素) 的雌虫2.1 有机溶剂浸泡法采用有机溶剂浸泡整个虫体 (较小虫体) 或虫体有性腺的部位, 室温静置一段时间后汲取上清液, 过滤处理并转移至另一干净色谱瓶中, 后用氮气将其浓缩到所需要的量再进行仪器分析。此方式方法对浸泡液的性质要求比拟严格, 溶剂的极性与提取性信息素的极性要类似, 同时溶剂的纯度要高。通常会通过对溶剂进行二次重蒸处理, 以确保性信息素能够全部溶解到溶剂中, 并且将杂质含量降

6、到最低。当前使用最多的是高效色谱纯正己烷, 使用前将正己烷 (HPLC) 二次重蒸处理。除此之外, 庚烷、二氯甲烷、丙酮、二甲苯等溶剂也是常用于提取昆虫性信息素4,5,6。2.2 冷凝法将净化的空气通入装有活虫的容器中, 雌虫或雄虫分泌的性信息素随空气排出, 在低温下冷凝收集。常用的冷凝材料有酒精-干冰和液态氮, 该方式方法虽简单, 但是昆虫信息素释放量较少, 加上超低浓度的信息素在低温下不能产生雾滴, 收集效果相对较差。有人用这个方式方法收集了12.2mg的美洲蜚蠊性信息素7。2.3 动态顶空吸附法利用气固吸附原理, 采取高效吸附剂将空气流中的性信息素分子吸附, 随后再用溶剂洗脱。详细操作:

7、将昆虫放入容器中, 容器密闭, 出口处连接吸附管, 用真空泵抽走内部的空气, 从入口处泵入经活性炭过滤的干净空气, 带出容器内的挥发性成分, 挥发性成分在出口处被吸附管吸附。一般活性炭前需连接加湿器, 防止昆虫因缺水而死亡。将吸附管用适宜的有机溶剂进行洗脱、浓缩。常见的吸附剂主要是Porapak Q (乙基乙烯基苯-二乙烯基苯共聚物) , Super Q, Tenax (2, 6-二苯基对氧化次苯醚) , XAD (二乙烯基苯/苯乙烯共聚物) 。此方式方法的优点是能够采集活体昆虫的挥发物, 并可对微量的化合物进行定性和定量的分析, 测定结果能真实地反映被测昆虫所释放的化学组分及其比例, 携带方

8、便, 合适野外操作;缺点是收集量少。对于像双翅目、同翅目等体型较小的昆虫性信息素的研究, 这种方式方法的优越性非常明显8。2.4 固相微萃取法固相微萃取 (solid-phase microextraction, SPME) 是一种新兴的提取昆虫性信息素的方式方法。其原理:用一根熔融的石英纤维, 它的表层涂有特异性涂层, 由于挥发物质的极性和官能团差异, 需选择适宜的纤维头, 常见的纤维头主要有聚二甲硅烷 (PDMS) 、聚丙烯酸酯 (Polyacrylate) 、聚二甲硅烷/二乙烯基苯 (PDMS/DVB) 、聚二甲硅烷/碳分子筛 (PDMS/CMS) 、二乙烯基苯/碳分子筛 (DVB/CM

9、S) ;在提取经过中, 纤维头被手柄推出保卫针, 将性信息素吸附在外表;然后将石英纤维直接注入气相色谱 (GC) 的进样口, 吸附在其外表的挥发物在瞬时高温条件下解吸附, 进入色谱柱分离。这种方式方法有如下优点:不需要溶剂, 鉴定时无溶剂的干扰与污染;提取成本低, 少量虫源即可到达理想的效果, 样品分析快, 操作简单方便。该方式方法也有明显的缺点:吸附剂纤维需在顶空气体中停留的时间要足够长, 化学物质的挥发程度与时间长短成反比;化学物质的挥发性依分子大小、极性和官能团不同而异, 须选择适宜的吸附剂;温度影响吸附剂对挥发物的吸收;昆虫性信息素释放量甚微, 且属于有活体的生物, 所以SPME还遭到

10、纤维头能否在昆虫释放性信息素之前到达饱和状态有关;萃取后没有样品, 仅仅只能做1次分析9。3 昆虫性信息素的构造鉴定如今, 由于毛细管气相色谱 (GC) 、触角电位仪 (EAG) 、气相色谱-质谱联用 (GC-MS) 、气相色谱-触角电位联用 (GC-EAD) 、高压液相色谱 (HPLC) 等高效微量分析仪器的应用和分离提取技术的发展, 进行昆虫性信息素化学构造鉴定所需的昆虫已从数十万头减少到几百头, 几十头, 而且缩短了研究周期, 提高了工作效率。应用EAG和GC-EAD分析方式方法对收集的性信息素进行分析测定, 能够通过昆虫嗅觉感器对化合物进行辨别, 检测出活性成分;根据EAG反响和GC保

11、存时间与Kovats指数测定结果, 初步分析断定性信息素组分活性强度、含量及其比例;利用GC-EAD、GC-MS相结合, 辅以微量化学反响方式方法, 确定活性化合物构造, 并以确定的活性化合物为标样 (向试剂公司订购或项目组自个合成) , 以性信息素提取物为对照, 进行GC-EAD和GC-MS分析, 并辅以Kovats指数测定方式方法, 进行性信息素成分鉴定 (见图3) 10,11,12。除此之外, 能够采用GC-SCR (气相-单细胞记录仪联用) 技术, 通过记录雄触角上的单细胞化学感受器对候选化合物的电生理反响, 测定出具有活性的化合物。对于一些性信息素释放量较少的昆虫, 可利用MEMS-

12、GC-EAD (2021年12月刚报道的一种新型装置) 挑选引起触角反响的活性化合物;同时可采用GC GC/TOFMS (全二位气相色谱飞行时间质谱联用仪) 测定其化学构造, 它是20世纪90年代诞生的多维色谱分离技术, 是把分离机制不同而又互相独立的两根色谱柱以串联方式连接在一起的二维系统, 而飞行时间质谱 (TOFMS) 当前是唯一能够与GC GC很好匹配的质谱技术, 二者的灵敏度均可到达1pg13,14。图3 昆虫性信息素组分的GC-EAD和GC-MS分析在已鉴定出来的昆虫性信息素中, 鳞翅目昆虫占大多数, 这些性信息素在构造上往往具有双键构造, 但GC-MS和GC GC/TOFMS并不

13、能确定性信息素组分的立体构型 (不同构象的化合物可能具有一样的保存时间) , 质谱检测器仅能给出性信息素组分的大致构造, 像分子量、官能团、双键个数等, 但不能完全确定双键的位置、顺反异构15。因而, 可利用微量化学反响及其他化学分析手段确定性信息素构造, 例如单个双键的性信息素化合物, 用DMDS (二甲基二硫醚) 与化合物的CC发生衍生反响, 然后将衍生产物经GC-MS分析, 确定双键的位置。该方式方法的优点是顺式及反式不饱和化合物的DMDS衍生物质谱图虽一样, 但保存时间不同, 非极性色谱柱上的顺式构造化合物的衍生物的出峰时间早于反式化合物;共轭双键的性信息素化合物, 可用MTAD (4

14、-甲基-1, 2, 4-三哩啉-3, 5-二酮) 与化合物的共轭CC发生Diels-Alder加成反响, 判定双键的位置, 该方式方法生成的衍生物比拟稳定, 分子峰M+清楚明晰, 而且MTAD常温条件下与共轭二烯化合物的反响迅速, 亲和力强。乙酸酯亲和力 醇类亲和力 醛类亲和力;以上方式方法都需要一定量的性信息素粗提物, 而对于性信息素释放量甚微的昆虫而言, 特别不便。4 瞻望当前, 国内外对利用昆虫本身的生理特性及行为特点作为防控害虫的新型技术日益遭到重视, 华而不实以昆虫性信息素技术研究尤为突出。当前大多数昆虫的性信息素活性组分已经得到鉴定, 进而大范围市场化, 但是仍然有一些重要昆虫性信

15、息素研究没有任何进展, 或者仅仅只要室内的电生理反响或者行为测试, 这可能与昆虫虫体的发育状态、性信息素生物合成等因素有关。除此之外, 部分昆虫的性信息素释放量更少, 现有的分析仪器可能也无法检测到16。因而, 需要在原有提取和分析性信息素组分的基础上, 愈加深切进入地探寻求索昆虫性信息素的提取方式方法和分析鉴定技术, 为更好地开展昆虫性信息素组分的研究提供技术参考。以下为参考文献：1马涛, 温秀军, 李兴文.昆虫性信息素人工合成技术研究进展J.世界林业研究, 2020, 25 (6) :46-50.2李红军, 何雄奎, 石旺鹏, 等.雄性昆虫性信息素的研究进展J.昆虫知识, 2008, 45

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