NSFC2003长角血蜱雌蜱性信息素化学结构组成成分及其在生殖行为中的作用

三、立论依据(包括科学意义和应用前景，国内外研究概况，主要参考文献目录。纯基础研究，着重结合国际科学发展趋势，论述项目的科学意义；应用基础研究着重结合学科前沿，围绕国民经济和社会发展中的科技问题，论述其研究特色及应用前景)蜱类隶属节肢动物门、蛛形纲、蜱螨亚纲、寄螨目，分为三个科：硬蜱科(Ixodidae)、软蜱科(Argasidae)和纳蜱科(Nuttallielliae)。全世界约有850种[1],中国已描述定名110种[2]。这个类群是专性吸血的外寄生动物,传播病毒(如森林脑炎、出血热)、立克次体(如Q热、蜱媒斑疹热)、细菌(如土拉菌、布氏菌)、螺旋体(如莱姆病)、原虫(如巴贝虫、泰勒虫)以及毒素(如蜱传麻痹症)等多种病原体而导致疾病，给人类健康和畜牧业发展带来极大危害[3]。据世界粮农组织（FAO）报道，全世界每年由蜱类造成的经济损失达70亿美元[4],对人类健康的危害仅次于蚊类[5]。因此,对其研究具有重要的意义。长角血蜱（HaemaphysalislongicornisNeumann）广泛分布于河北省太行山区、燕山山区、邯郸、满城、涞水和玉田等地，严重危害我省畜牧业的发展[6]。申请者在主持国家自然科学基金和河北省自然科学基金期间，发现该种蜱在邢台、衡水、沧州、张家口、承德等地也广泛分布，且种群数量极大（如在河北小五台山国家自然保护区每只羊体上寄生5000头若虫，每头牛体上寄生数量高达9600头若虫），构成河北省优势种类。由于长角血蜱是瑟氏泰勒虫（Theileriasergenti）的主要传播媒介，引起寄主高热、出血、消瘦和体表淋巴结肿胀等症状及继发性感染而导致疾病，且种群数量大、繁殖率高（每头雌蜱可产卵3017粒）[7]，因此造成巨大危害。目前对蜱类的防治尚无有效的手段，主要是使用化学杀虫剂和人工去除法，杀虫剂的使用不仅使蜱产生抗性，而且对人、畜产生毒性并造成严重环境污染。因此，探索防治蜱类的有效对策，是亟待解决的问题。蜱类的危害程度与其种群数量密切相关，而种群数量主要取决于繁殖的成功率，特别是性信息素在雌雄识别和繁殖中起关键作用。由于该类群身体结构与生理的特殊性，有关蜱类性信息素的研究远远落后于昆虫，到目前为止，仅在少数种类中确定2，6-二氯酚（2,6-dichlorophenol,2，6-DCP）作为早期雌雄识别的信息素成分[8,9,10]，其他性信息素成分尚不明确。刘敬泽等[7]对长角血蜱的生殖行为进行了较详细的研究，提出其生殖行为的完成可分为三个主要阶段，即雄蜱离开吸血附着点靠近雌蜱、雄蜱在雌蜱体上刺探和攀缘、雄蜱对雌蜱生殖孔的定位和精荚的输送，确定了第一阶段的完成是由雌蜱分泌的2，6-DCP引导[11]，并对2，6-DCP的合成分泌位点、分泌动态和内分泌调控机制进行了系统研究[12，13，14，15]，提出了2，6-DCP作用的模型，但雌雄识别过程中后两个阶段的性信息素成分、结构、生物学功能等尚不明确，其他蜱种也未有发现。本项目以河北省优势蜱种——长角血蜱为研究对象，在申请者前期工作积累的基础上，运用生物化学、层析色谱（TLC）、气相色谱（GC）、气相色谱/质谱（GC/MS）和生物测定等多学科交叉的研究技术，对其性信息素进行深入而系统的研究，揭示长角血蜱生殖行为过程中性信息素的成分、化学结构和生物学功能。并以长角血蜱为模式动物，综合分析蜱类生殖行为过程中的性信息素调节机制，为开展更为深入的研究以及制定蜱类的有效防治对策建立基础，具有重要的理论意义和实际应用潜能。主要参考文献[1]Hamilton,J.G.C.Theroleofpheromonesintickbiology.ParasitologyToday,1992，8(4):130-133.[2]邓国藩.中国蜱螨概要.北京：科学出版社.1989.[3]邓国藩，姜在阶.中国经济昆虫志第三十九册蜱螨亚纲硬蜱科.北京：科学出版社.1991.[4]F.A.O.Report.Apracticalfieldmanual.Vol.1,TickControl.(F.A.O.Rome,1984).[5]Chinzei,Y.andD.Taylor.Hormonalregulationofvitellogeninbiosynthesisinticks.InAdvancesinDiseaseVectorResearch,Vol.10.NewYork：Springer-Verlag,1994，pp:1-22.[6]李存栓等.河北省长角血蜱的生物学特性及药敏试验研究.中国动物科学研究，1999，pp:373-378.[7]刘敬泽（1）.实验室条件下长角血蜱的生物学特性研究.昆虫学报，1998，43(4):280-283.[8]Sonenshine,D.E.BiologyofTicks.Volume1,OxfordUniversityPress,NewYork,1991，pp:349-356.[9]Hanson,P.E.etal.BiologicalactivityofchlorinatedphenolsintheAmericandogtick,Dermacentorvariabilis(Acari:Ixodidae).InternationalJournalofAcarology,2002;28(1):55-60.[10]Yoder,J.A.etal.Ontheroleof2,6-dichlorophenolasaticksexpheromone(Acari:Ixodidae).InternationalJournalofAcarology,2002;28(1):49-54.[11]刘敬泽（1）.性信息素2,6-二氯酚在长角血蜱交配行为中的作用.昆虫学报，1999，42(1):31-36.[12]刘敬泽（1）.长角血蜱性信息素2,6-二氯酚含量变化及其生物学作用.寄生虫与医学昆虫学报，1998，5（4）：253-257.[13]刘敬泽（1）.长角血蜱性信息素生物合成的激素调控.北京师范大学学报(自然科学版).1997，33(1):130-134.[14]Liu，J.Z.etal.EffectsofjuvenilehormoneIIIonHaemaphysalislongicornis(Acari:Ixodidae).SystematicandAppliedAcarology,1999，4:3-7.[15]Liu，J.Z.etal.Relationshipbetweenecdysteroidsandsexpheromone,2,6-DCP,offemaleHaemaphysalislongicornis(Acari:Ixodidae).KoreanJournalofEntomology,1999，29(1):65-67.四、研究内容和预期成果(说明项目的具体研究内容和重点解决的关键问题，预期成果和提供的形式。理论成果，应写明在理论上解决哪些科学问题及其科学价值；应用性成果或基础性资料，应写明其应用的可能性及预期效益)（一）主要研究内容1.确定雌蜱性信息素的成分：选用不同极性的溶剂或溶剂配比，提取、分离、纯化长角血蜱雌蜱分泌的性信息素成分，结合生物测定方法，确定与雄蜱生殖行为有关的化学组分。2.性信息素的结构鉴定：将分离纯化出的有效成分（生物活性成分）浓集到一定量后，用气相色谱(GC)、气相色谱/质谱(GC/MS)等方法对各组分进行结构鉴定，确定其化学结构。3.性信息素的分泌动态：测定雌蜱不同发育阶段性信息素成分和含量的动态变化，并结合雌雄个体的生殖行为过程，进一步阐明性信息素的生物学功能。（二）重点解决的关键问题有关蜱类性信息素的研究远远落后于昆虫，目前仅在某些蜱类中确定早期诱导的性信息素成分2,6-DCP,但生殖行为后期的性信息素成分尚不明确。本项目中的关键问题是揭示长角血蜱雌蜱性信息素化学结构、组成成分及其在生殖行为中的作用。（三）预期目标本项目在申请者前期工作积累的基础上，综合运用生物化学、层析色谱（TLC）、气相色谱（GC）、气相色谱/质谱（GC/MS）和生物测定等多学科交叉的研究技术，对长角血蜱性信息素进行深入而系统的研究，将阐明长角血蜱性信息素的组分、化学结构、生物学功能和分泌活性动态。提出长角血蜱生殖行为过程中性信息素功能组分、分泌和生物学功能的工作模型。项目完成后提交验收报告，组织专家对项目鉴定验收，预期在国内外重要学术期刊发表研究论文4-6篇。五、拟采取的研究方法和技术路线(包括理论分析、计算、实验方法和步骤及其可行性分析、创新处；研究工作的总体安排和年度进度)（一）研究方法和技术路线1.确定性信息素的成分：用不同极性的溶剂或溶剂配比提取长角血蜱雌蜱体表分泌物，通过生物测定确定哪一提取物中含有性信息素活性成分。然后用生物化学和TLC等方法对有效成分进行分离纯化，再结合生物测定确定与生殖行为有关的化学成分。2.性信息素的结构鉴定：将分离纯化出的有效成分进行气相色谱(GC)分析。然后将其浓集到一定量后，用气相色谱/质谱(GC/MS)等方法对各组分进行结构鉴定，确定其化学结构。在色谱分析中，可根据该化合物的化学性质选择合适的衍生试剂，以提高仪器对性信息素的检测率。3.性信息素的分泌动态与功能：用气相色谱法测定雌蜱不同发育阶段性信息素的含量变化，并结合生殖行为过程，进一步阐明性信息素的功能和分泌动态。（二）可行性分析与创新性评价以上研究方法已经过研究组充分论证，其中GC、GC/MS、TLC在昆虫信息素研究中经常使用（申请者已在蜱类研究中成功地运用）。申请者多年来应用气相色谱（GC）分析蜱类性信息素2，6-DCP和保幼激素，并首次应用衍生方法完成了2，6-DCP的动态分析，取得了重要的研究成果，积累了丰富的经验。主要参加者在GC、GC/MS分析和生物化学分析研究中有丰富的经验。因此，实验方法和技术路线可行，能完成项目中的预期结果。本课题用多学科交叉的研究技术，以长角血蜱为模式动物，对蜱类生殖行为的化学通讯机制进行深入而系统的研究，以阐明性信息素的组成成分、化学结构和分泌动态，填补该领域研究中的不足和空白，是前期工作的延续，项目完成后预期达到国际先进水平。（三）总体安排与年度进度本研究拟用3年的时间完成：2004年1月-2004年12月：进行性信息素的分离、纯化，分析其组成，并初步进行GC、GC/MS的测试工作。2005年1月-2005年12月：（1）重点进行用GC、GC/MS确定性信息素的化学结构；（2）研究性信息素分泌活性的动态变化及在生殖行为中的作用。2006年1月-2006年12月：补充和重复上述某些实验结果。提交验收报告，组织专家对项目鉴定验收，预期在国内外重要学术期刊发表研究论文4-6篇。六、实现本项目预期目标已具备的条件(包括过去的研究工作基础，现有的主要仪器设备、研究技术人员及协作条件，从其它渠道已得到的经费情况，在研或完成的省基金资助项目情况)申请者，刘敬泽，39岁，博士学位，教授，博士生导师，学术带头人。现为国际系统与应用蜱螨学会（SAAS）理事、执行委员，中国昆虫学会昆虫生理生化与分子生物学专业委员会理事、中国昆虫学会蜱螨专业委员会理事、河北省动物学会常务理事、国际SAA和医学动物仿制编委，国家自然科学基金项目评议组成员。曾先后到美国Massachusetts大学和Harvard大学作高级访问学者，2002年参加在墨西哥举行的第11届国际蜱螨学大会并应邀作为专题会议主持人。自1990年以来一直从事蜱类的研究工作，对蜱类生物学、生态学、神经内分泌和化学通讯有较深入的研究。先后主持、主研完成有关蜱类方面的国家自然科学基金项目四项：“蜕皮激素在蜱类发育和生殖中的作用，批准号：39170126，主研”（1991-1993）、“保幼激素在蜱类发育和生殖中的作用，批准号：39370116，主研”（1994-1996）、“蜱类保幼激素的结构与功能研究，批准号：30170128，主持”（2002-2004）、“国家自然科学基金国际合作与交流项目，批准号