导语：华北大黑鳃金龟为鞘翅目、金龟总科、鳃金龟科昆虫，为害多种农作物、林木及果树，是我国地下害虫优势种之一。其幼虫在土壤中隐蔽为害，防治困难，在华北大黑鳃金龟成虫出土取食、交配和产卵时进行防治可事半功倍。

　　01昆虫与人类关系紧密，在长期进化过程中，昆虫形成灵敏的嗅觉系统

　　昆虫是自然界中种类最多，数量最大的动物类群。目前已知的昆虫有100多万种，其踪迹几乎遍布世界各地。昆虫与人类关系紧密，许多昆虫对人类有益，如蜜蜂、蝴蝶等会给花授粉；也有一些昆虫是重大农业害虫，如植食性昆虫会取食植物叶片等。昆虫通过高度灵敏和特异的嗅觉系统来完成寄主植物定位、取食、交配、产卵地点选择、授粉等一系列行为。

　　其中，嗅觉蛋白是嗅觉系统行使功能的基础。目前，通过基因组学、分子生物学、化学生物学、结构生物学、生态学、生理学等手段对昆虫嗅觉蛋白识别气味化合物的分子机制开展了大量研究，以期找到害虫防治的关键靶标，为实现害虫的绿色防治奠定基础。

　　1、昆虫嗅觉识别机制

　　昆虫通过高度灵敏和特异的嗅觉系统识别环境中的挥发性气味物质。气味受体是嗅觉蛋白的重要组成部分，昆虫识别化合物的特异性主要由ORs决定。在长期进化过程中，昆虫形成了特异且灵敏的嗅觉系统，能识别环境中复杂的化学物质，将外界化学信息转化为体内电信号，并将其传递到脑内高级神经系统。

　　高级神经中枢整合接收的气味信息，产生一系列生理行为。昆虫的嗅觉识别过程由多个嗅觉蛋白共同参与完成，主要包括气味结合蛋白，化学感受蛋白，离子型受体，感觉神经元膜蛋白，气味降解酶和气味受体。具体包括以下几个步骤：气味分子首先通过触角孔进入感器淋巴液，然后与OBPs或CSPs结合形成复合体。

　　复合体将气味分子运输到神经元树突膜上，激活气味受体。对于ORs如何被激活，现存在两种观点：一种观点认为，气味分子直接激活ORs，此观点在蛾类及蚊类中被验证；另一种观点认为，气味化合物与OBP形成的复合物共同激活ORs，目前已在果蝇中得到证实。

　　ORs被激活后，打开离子通道，接受的化学信号被转化为电信号，经由轴突传递到触角叶，整合后将电信号到高级神经中枢，释放神经冲动，进而产生寄主定位、取食、交配、产卵等行为反应。ORs被激活后存在两种打开离子通道的模式，一种是快速应答模式，OR-Orco复合物被激活后迅速打开离子通道。

　　使细胞内K+外流，Na+和Ca2+内流，形成离子流，从而产生动作电位；另一种是代谢应答模式，OR-Orco二聚体接受刺激后激发下游GTP介导的第二信使转导，产生一系列信号级联反应，最终打开离子通道。气味分子激活ORs后，需要迅速降解以防止其对ORs产生持续刺激损害昆虫神经系统。

　　信号失活目前也存在两种假说，第一种假说认为ODEs参与气味分子的降解，进而导致嗅觉信号终止；另一种假说认为存在分子陷阱，导致信号终止。气味受体作为气味化合物的受体蛋白，具有较强的识别特异性，在不同挥发物的区分和识别中发挥着重要作用，因此，探究气味受体的功能是全面和深入解析昆虫嗅觉识别机制的基础。

　　2、昆虫气味受体结构特征

　　昆虫ORs是由350-450个氨基酸组成的具有7个螺旋状跨膜域的疏水性膜蛋白，每个跨膜域一般由19-26个氨基酸组成，在细胞内外各形成3个环，第一个和第二个胞外环上高度保守的Cys形成了一个潜在的二硫键，由第四和第五个跨膜域形成的胞外环可能是识别外界气味分子的位点。

　　抗体标记实验表明，昆虫的ORs与脊椎动物ORs相反，是C端在细胞膜外，N端在细胞膜内的反向膜拓扑结构。昆虫气味受体可分为传统气味受体ORs和非典型受体Orco两大类，ORs同源性较低，目前尚未有晶体结构被解析出来；Orco同源性较高，具有四个亚基对称排列的通道结构，其本身不直接识别特异性气味物质。

　　02深入了解鳃金龟嗅觉识别机制的研究进展，幼虫主要危害作物根茎部

　　华北大黑鳃金龟是我国金龟甲优势种之一，在我国北方1-2年发生一代，主要分布在内蒙古、河南、河北、山东等地，成虫主要取食植物叶片，利用金龟甲嗅觉系统对寄主植物挥发物的识别行为对华北大黑鳃金龟成虫进行无害化防治是目前生产上的迫切需要。

　　鳃金龟是我国地下害虫的主要类群，其食性广而杂，成虫喜食花生、豆类、杂草叶片及榆、桑、杨、核桃等树木叶片，幼虫主要危害作物根茎部，常造成农作物严重减产。目前主要通过化学农药防治地下害虫，虽有一定的防治效果，但也导致了“3R”问题。

　　由于其幼虫生活隐蔽，难以防治，因此可以从“地下害虫，地上防治”的思路出发，通过调控鳃金龟对寄主植物的定位、取食和交配产卵等行为，对其进行绿色防控。鳃金龟嗅觉识别机制的研究仅处于起步阶段，对华北大黑鳃金龟的相关研究较多，其已通过鉴定获得了29个OBPs，44个ORs和9个IRs。

　　但是仅对于OBPs的功能开展了研究，其中20个OBPs主要在触角中表达，有9个在足中高表达，表明OBP除了具有嗅觉识别功能，可能也参与触觉或味觉识别功能；分别将大黑鳃金龟成虫暴露在顺-2-己烯醇和苯乙醇中，会引发OBP9和OBP13表达量的显著上调。

　　荧光光竞争结合和RNA干扰实验表明OBP9和OBP13是华北大黑鳃金龟识别顺-2-己烯醇和苯乙醇的关键蛋白。探究与产卵相关的气味结合蛋白，通过荧光竞争结合实验得出，OBP5、OBP8、OBP9、OBP24与有机肥挥发物有较强结合力，与华北大黑鳃金龟定位产卵场所密切相关。

　　利用免疫胶体金双标记技术和荧光竞争结合实验研究了华北大黑鳃金龟OBPs互作的情况，研究结果显示HoblOBP1/HoblOBP2蛋白在触角的板型感器和锥形感器中共表达，两种OBPs蛋白混合后可以增强与特异气味分子的结合能力；通过同源模建、分子对接、氨基酸突变探究了OBP异源二聚体的形成机制及其对气味的识别机制。

　　结语：华北大黑鳃金龟定位寄主植物和配偶等行为的发生需要依靠高度灵敏的嗅觉系统对周围环境中特异化合物进行准确的识别，多种嗅觉蛋白参与了昆虫对气味分子的识别过程，其中气味受体由于能够特异性的识别气味物质而备受关注。