保幼激素
正文
又稱返幼激素,是一類保持昆蟲幼蟲性狀和促進成蟲卵巢發育的激素。它來源於咽側體,已經從鱗翅目昆蟲中分離出4種保幼激素,分別命名為保幼激素0,保幼激素1,保幼激素2,保幼激素3。咽側體 起源於外胚層的內分泌器官,呈橢圓球形,生長在咽喉的兩側,直徑從 40~400微米不等,在大多數昆蟲中咽側體成對地附著在心側體的下方,以咽側體神經、心側體神經同腦相連線。但也有一部分昆蟲,如吸血蝽咽側體合併成一個,位置移到背血管的下方。在昆蟲雙翅目如蠅類中,幼蟲期咽側體與前胸腺合生在一起,組成環腺,從組織學上觀察,櫛衣魚的咽側體僅由10個細胞組成,成蟲期增至50個。大多數昆蟲的咽側體由幾十到幾百個細胞組成。咽側體本身由四部分細胞組成,主要為咽側體腺細胞以及神經索纖維。在光學顯微鏡下,腺細胞大小不等,細胞核大小也不一樣。在電子顯微鏡下,活動期的咽側體腺細胞的細胞質中,充滿帶顆粒的粗糙內質網,其中充滿游離的核糖體,內質網形成同心片層狀的多層結構,線粒體內嵴發達,具有電子緻密顆粒的高爾基器。同時在細胞質的某些部位,積聚許多由光滑內質網形成的囊。因為保幼激素是一類低分子量的,脂溶性的,非蛋白質的化合物,大多數學者認為,保幼激素的產生與細胞質中的光滑內質網有關。
吸血蝽有5個若蟲齡期,第五次蛻皮後就變成蟲。如果取食一天的第五齡若蟲被移植入四齡若蟲的咽側體,這些手術後的若蟲蛻皮後不變為成蟲,而是變為第六齡的若蟲。六齡若蟲身體較大,但外翅仍然保持翅芽狀態。外生殖器稍有分化接近成蟲,但還是若蟲的樣子,這些六齡若蟲能夠蛻皮而成為巨型成蟲。從第一齡到第四齡而來的咽側體都能抑制五齡若蟲變為成蟲,使它仍保持若蟲的狀態,並發生超齡蛻皮現象。超齡若蟲進食後,一部分能繼續蛻皮成為巨型第七齡若蟲,或者一部分羽化為巨型成蟲。這說明咽側體產生的激素有抑制成蟲性狀出現,維持幼蟲性狀的作用(圖1)。 家蠶幼蟲被摘去咽側體後會使幾個齡期消失,三、四齡家蠶幼蟲摘去咽側體後,可以化成小型的蛹,並羽化為蠶蛾,說明當幼蟲體內不存在咽側體、因而無保幼激素的作用時,則不能保持幼蟲狀態而顯示出成蟲的性狀(圖2)。 咽側體不僅調節昆蟲的變態,而且能夠控制昆蟲卵巢的發育。東亞飛蝗雌蝗在羽化第 7天進行交配,交配後第 7天的雌蝗就產下第一塊卵塊。將羽化後第一天雌蝗的咽側體摘去,即使這些手術後雌蝗被正常雄蝗強迫進行交配,它們的卵巢也不能發育,直到老死,也不能產出卵塊,卵巢內卵母細胞保持在不發育狀態。如果將正常飛蝗的咽側體重新移植入手術後的雌蝗體內,卵巢又可恢復發育,不久產下卵塊。
保幼激素的化學結構 各種保幼激素的化學結構式如下: 從昆蟲不同發育期來看,卵期主要是保幼激素0,幼蟲期主要為保幼激素1、保幼激素2,雌成蟲體內含有保幼激素2,保幼激素 3。保幼激素0齣現在昆蟲系統發育上的原始時期。
保幼激素是萜烯類化合物,在生物體內合成可用葡萄糖、乙酯類或者蛋氨酸作為保幼激素骨架的前體。體內,保幼激素在酯酶作用下形成保幼激素酸,或經環氧化物水解酶的作用變成保幼激素二醇,經過耦合作用,最後排出體外。保幼激素能長期儲存於靶器官中不變,或者儲存於脂肪體細胞的油滴中。
保幼激素的作用 自從人們經過進一步的研究闡明保幼激素的化學結構式以來,已合成了保幼激素及其類似物。將合成的保幼激素注入摘除咽側體的昆蟲體內,能使昆蟲恢復卵巢發育或抑制幼蟲變態,充分表現出咽側體激素的功能。
一些保幼激素的類似物能由體表滲入體內,同樣發揮生理作用。在中國南方一些蠶區,養蠶後期如桑葉比較富裕,將微小劑量的高效保幼激素類似物噴灑到末齡蠶體表,可以適當延長老熟蠶的生長期,從而增加蠶絲的產量。
七星瓢蟲是中國有效的控制早春棉苗蚜蟲的天敵,點滴保幼激素類似物到七星瓢蟲體表或拌入人工飼料中,可以促使越冬的成蟲提前產卵,這將有利於天敵昆蟲的繁殖。
在昆蟲體內,腦激素、蛻皮激素、保幼激素組成一個激素調節系統,其中腦激素起主導作用,腦接受內外環境中的刺激,分泌適量的腦激素,能促進前胸腺活動分泌蛻皮激素,腦激素又能促進咽側體活動分泌保幼激素,在蛻皮激素和保幼激素的共同作用下,昆蟲得以正常的蛻皮。蛻皮後仍保持幼蟲性狀。所以,昆蟲各齡期的蛻皮過程都是由保幼激素和蛻皮激素共同調節的。到了最後一齡,由於某些原因,保幼激素量不足,蛻皮激素量相對增多,昆蟲蛻皮後就化蛹或直接變為成蟲。這就是昆蟲變態過程中激素調節的基本情況。此外,保幼激素也對昆蟲染色體某些位點起作用,不過它所作用的位點與蛻皮激素的不同。例如,在搖蚊唾液腺染色體上,保幼激素的作用位點是1~19~A,用保幼激素處理後,第1染色體上的19~A處出現膨大。到了成蟲期,保幼激素照常發揮它的作用。促使染色質絲上某些遺傳信息表達出來,合成大量卵細胞生長所需的蛋白質,如卵黃蛋白質等,完成卵細胞發育的過程。
從生物進化比較觀點來看,只有昆蟲中出現了萜烯類的保幼激素,其他動物尚未發現這種激素。這是值得注意的現象。
參考書目
郭郛等:《昆蟲的激素》,科學出版社,北京,1979。
G.E.Praft, G. T.Brooks, Juvenile Hormone Biochemistry, Elsevier/North-Holland Biomedical Press,Amsterdan,1981.