拟除虫菊酯对棉铃虫幼虫感觉和运动神经元钙激活钾通道作用机理研究

目前除对嗅觉等化学感器的研究外，国内外利用电生理技术分析杀虫剂对昆虫神经系统的影响时多以神经节内的神经元为研究对象。但由于神经节外层是非细胞的围膜和胶细胞构成的神经鞘，节内神经元周围还围有大量胶细胞。结合昆虫开放式循环系统的特点及神经活动的基本过程，有理由认为神经毒性杀虫剂进入昆虫体内后，神经节外的感觉神经元将首先，也更易受到影响。本研究拟用膜片钳技术结合单细胞钙成像方法，对比研究神经节内、外神经元膜离子通道功能在杀虫剂作用前后的异同。重点分析感觉与运动神经元钙激活钾通道（KCa通道）的门控特性及杀虫剂作用后的变化、消化道和体壁感觉神经元KCa通道门控特性的异同、敏感及抗性棉铃虫神经元KCa通道门控特性在杀虫剂作用前后的异同以及不同龄期幼虫KCa通道的表达规律。这些研究有助于阐明拟除虫菊酯类杀虫剂的作用机理，明确KCa通道与棉铃虫抗药性的相关性，对科学施用和延长现有杀虫剂寿命具有重要意义

棉铃虫Helicoverpa armigera（Hübner）为重要农业害虫，目前已对多种杀虫剂产生抗药性。拟除虫菊酯类杀虫剂被广泛用于害虫防治。本项目在改进棉铃虫神经细胞离体培养方法的基础上，借助膜片钳及激光共聚焦显微镜技术检测了棉铃虫神经细胞是否表达KCa通道，并进一步分析了拟除虫菊酯类杀虫剂对棉铃虫神经细胞KCa通道和Ca2+通道的影响。同时鉴于神经细胞钠通道与神经兴奋性密切相关，且目前未见到关于七氟菊酯（不含α-氰基）和溴氰菊酯（含α-氰基）对棉铃虫神经细胞钠通道影响的报道，故也测试了这两种杀虫剂对钠通道的影响。研究结果表明：（1）棉铃虫神经细胞不仅表达KCa通道，而且该类通道也是拟除虫菊酯类杀虫剂的重要作用靶标之一。七氟菊酯对KCa通道峰电流有抑制作用，但随作用时间延长，被修饰通道的关闭被延缓，有相当比例的KCa通道被保持在开放状态，从而使通道电流幅值保持在一定水平，并造成细胞超极化，使细胞对外界相关刺激不敏感；（2）棉铃虫神经细胞高电压激活钙通道也是拟除虫菊酯类杀虫剂的重要作用靶标之一。拟除虫菊酯可使神经细胞内钙离子浓度升高，对高电压激活钙通道的作用具有浓度依赖性，不仅可使处于静息状态的通道开放，同时也使通道的关闭延迟，从而促使峰值电流增加。而高电压激活钙通道的持续开放，势必引起神经细胞乃至整个神经系统兴奋性的增加；（3）七氟菊酯对棉铃虫神经细胞钠通道的稳态激活和失活均有显著影响，会导致棉铃虫神经细胞被修饰的钠通道与未被修饰的钠通道出现同时开放的现象，即产生一组混合的钠通道电流。七氟菊酯主要作用于静息（关闭）状态的钠通道，但无使用依赖性（这与利用爪蟾卵母细胞异体表达钠通道的结果有差异）。总体结果表明，棉铃虫神经细胞钠、钾、钙以及钙激活钾通道均为拟除虫菊酯类杀虫剂的作用靶标。