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手性是指化学物质与其镜像分子的不重叠特性,是生物学领域被广泛认知的一个现象。手性物质的各对映异构体常常有较大的生物活性区别。有机磷农药有超过25%的都具有对映体选择性。东亚飞蝗(Locusta migratoria(Meyen)是主要的世界性害虫之一,对禾本科以及莎草科的威胁很大。飞蝗的防治工作目前主要以喷洒有机磷等杀虫剂的传统化学防治方法为主,随着农药的多年施用,引起了飞蝗的抗药性,进而导致施药量的增加、抗虫成本破坏的提升以及土壤水体环境的破坏。通过对水胺硫磷(isocarbophos,ICP)混旋体的手性拆分,进行飞蝗半致死量LD50的确定。比较ICP各对映异构体影响下,飞蝗羧酸酯酶(CarEs)、谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)和乙酰胆碱酯酶(AChE)的相关基因转录水平、各组虫体酶活性测定以及对照组体外酶敏感性的差异,探究造成ICP对映体在东亚飞蝗体内毒性差异的机理。HPLC法(Chiracel OD,正己烷/异丙醇=90/10,25℃,0.8mL·min-1,230nm)对混旋ICP进行手性拆分。取东亚飞蝗3龄若虫为试验材料,用丙酮将ICP对映体分别配制成5个适当浓度;各浓度组滴加30只,丙酮作为参照。室温正常饲养24h后,利用SPSS19.0求对映体半致死量LD50。依据相关文献及飞蝗基因数据库,获取CarEs、GSTs和AChE相关基因序列并设计引物,利用Real-Time PCR技术,检测各实验组虫体内各酶基因的转录水平。取蝗虫组织样本称重后,按照1:10(W/V)加入PBS匀浆,冷冻离心制备酶液;以α-NA、β-NA和α-NB为底物,按照Van Asperen及朱坤炎的方法测定CarEs活性;以还原型谷胱甘肽(GSH)为底物,测定GSTs活性;以ATC为底物,按照Ellman的方法测定AChE活性;用对照组进行CarEs、GSTs和AChE活性体外抑制。(+)/(-)-ICP的半致死量LD50分别为0.609 mg·kg-1虫重和79.412 mg·kg-1虫重,毒性差异达到130倍。(+)-ICP滴加后,东亚飞蝗LmCesA和LmCesA5基因转录均受到抑制,CarEs酶活性均随着(+)-ICP浓度增加而被抑制。(-)-ICP滴加后,LmCesA4表达量达到了4.65倍,远高于LmCesA5。染毒蝗虫的总酯酶和CarEs活性有手性区别。体外抑制实验表明(+)-ICP对CarEs酯酶分解β-NA时却出现了极强的抑制。(-)-ICP和低浓度(+)-ICP会随着农药浓度的上升,引起飞蝗体内GSTs活性显著上升;飞蝗GSTs体外抑制实验表明,(+)/(-)-ICP浓度的上升都会极显著引起对照组GSTs活性的下降,(-)-ICP半抑制浓度IC50为(+)-ICP的10.5倍;ICP对映体滴加后,LmGSTs4和LmGSTt1在(+)-ICP中有显著更高的表达水平。LmGSTs4、LmGSTs7、LmGSTt1是引起飞蝗对(+)-ICP抗性的主要原因。LmGSTd1、LmGSTs1、LmGSTs3、LmGSTs5、LmGSTs6和LmGSTs7过量表达是引起飞蝗对(-)-ICP抗性的主要原因。Lm-ace1mRNA表达随各对映体浓度的增加,都经历了先升高后下降的趋势,提升表达倍数均在4.4～14.9倍。东亚飞蝗的AChE活性,随(+)-ICP浓度的增加呈现下降趋势,随(-)-ICP浓度的增加呈现上升的趋势。在AChE体外活性抑制实验中,随着(+)/(-)-ICP浓度的增加,ICP对映体对东亚飞蝗AChE的抑制程度也在逐渐增强,(-)-ICP半抑制浓度IC50为(+)-ICP的10.4倍。我们的研究结果表明(+)-ICP对CarEs催化β-NA等类似结构物质的强烈抑制、ICP对映体与GSTs结合能力的不同和对映体对飞蝗Lm-ace1不同的诱导表达活性以及对AChE不同的抑制活性是引起飞蝗ICP对映体毒力差异的主要原因。