昆虫具有高度发达的嗅觉系统,以此来感受外界环境中复杂的化学信号,从而做出相应的生理及行为反应,如寻找配偶、食物和产卵场所等。以嗅觉系统为靶标,昆虫性信息素和植物气味物质已被广泛用于害虫的防治。深入了解昆虫嗅觉感受的分子机制,对发展更为高效的基于昆虫嗅觉系统的害虫防治技术极为重要。昆虫嗅觉涉及到多种蛋白的参与,主要包括气味结合蛋白（Odorant binding protein,OBP）、化学感受蛋白（Chemosensory protein,CSP）、气味受体蛋白（Odorant receptor,OR）离子受体（Ionotropic receptor,IR）,嗅觉神经元膜蛋白（Sensory neuron membrane protein,SNMP）以及气味降解酶（Odorant degradation enzyme,ODE）等。在嗅觉过程中,OBP和CSP起到结合并运送疏水性的气味分子穿过水溶性的感器液到达感受神经树突表面的OR的重要作用,因此从众多的OBP和CSP中,鉴定嗅觉相关的OBP和CSP并研究其对不同气味物质的结合能力,对于深入了解昆虫的嗅觉机制具有重要意义。OBP和CSP均为小分子水溶性蛋白,前者通常具有6个保守的半胱氨酸,后者则具有4个保守的半胱氨酸。在鳞翅目昆虫中,OBP依据氨基酸序列的相似性和运输的气味类型,可分为信息素结合蛋白（Pheromone binding protein,PBP）、普通气味结合蛋白（General odorant binding protein,GOBP）和其他OBP。二化螟Chilo suppressalis Walker是危害水稻等农作物的重要害虫,利用基因组及转录组数据已经从二化螟获得了大量的嗅觉相关基因,但这些基因是否都具有嗅觉功能,相关研究很少。本研究首先通过触角电位（EAG）技术测定了二化螟雌雄成虫对性信息素及水稻气味物质的电生理反应,明确了具有生理活性的植物气味;然后针对二化螟OBP及CSP两类基因,通过组织表达谱分析,以触角高表达或特异表达为依据筛选嗅觉候选基因;针对嗅觉候选基因,进一步利用原核表达及体外荧光竞争结合实验,测定重组OBP和CSP蛋白对不同性信息素及植物气味的结合特性,进行基因的功能鉴定;最后还就二化螟表皮碳氢化合物（Cuticular hydrocarbon component,CHC）对雄蛾的引诱活性及对性信息素的增效作用进行了探讨。主要结果如下:1.二化螟雌、雄成虫对其性信息素及植物挥发物的EAG反应二化螟主要利用性信息素或植物气味物质来寻找配偶或产卵场所。为鉴定出对二化螟有电生理活性的植物气味物质,利用已知的30种水稻气味物质以及3种性信息素化合物对二化螟雌雄成虫进行了 EAG电生理反应测定。结果显示,雌雄成虫对（+）-雪松醇、法尼醇、2-十五烷酮、2-十三烷酮以及橙花叔醇等5种气味都有较强的EAG反应;雄成虫还对3种性信息素（Z11-16:Ald,Z9-16:Ald and Z13-18:Ald）及另2种植物挥发物（水杨酸甲酯和亚油酸）能够产生较强的EAG反应;雌成虫对另5种植物气味物质（2-庚醇、法尼烯、β-紫罗兰酮、苯甲醛以及月桂醛）可产生较强的EAG反应。植物气味的EAG反应活性往往能反映其行为反应活性,因此,我们推测这些具有较强EAG反应活性的植物气味物质在二化螟的寄主植物定位中起重要作用。2.二化螟2个GOBP的组织表达谱及配体结合能力分析昆虫对气味物质的敏感性和选择性在昆虫嗅觉感受过程中起着重要的作用。GOBP通常被认为在植物气味物质的感受中起作用,然而最近的研究表明,GOBP在性信息素的识别中也起到一定的作用。本研究利用实时荧光定量PCR（Real-time quantitative PCR,qPCR）技术发现二化螟的 2 个 GOBP（CsupGOBP1 和 CsupGOBP2）在雌雄成虫触角中特异表达,暗示其在嗅觉感受作用中的特殊作用。利用体外配体结合实验测定了 2个GOBP对3种性信息素以及35种植物气味物质的荧光竞争结合能力,显示2个GOBP对3种性信息素都具有很强的结合能力（Ki=0.33-1.50 μM）;同时,CsupGOBP1对法尼醇和油酸有较强的结合能力,CsupGOBP2对法尼醇、（+）-雪松醇、月桂烯、β-紫罗兰酮以及亚油酸的结合能力较强（Ki<10.00 μM）,CsupGOBP1和CsupGOBP2还分别对2种和1种气味物质有中等结合能力（Ki=10.00-20.00 μM）。综上所述,二化螟的2个GOBP除了能够感受特定的植物气味物质,可能还参与性信息素的感受。研究首次揭示了蛾类昆虫GOBP1与性信息素的高结合能力。3.二化螟OBP的组织表达谱分析及配体结合能力分析在目前已报道的40个二化螟OBP基因中,2个GOBP及4个PBP基因的功能已有研究。本文对其余的34个OBP基因的功能开展研究。利用qPCR进行的组织表达谱分析结果表明,CsupOBP1、CsupOBP3、CsupOBP4、CsupOBP11、CsupOBP15、CsupOBP17、CsupOBP19、CsupOBP20和CsupOBP24等9个基因在雌雄成虫触角中特异表达或高表达,而CsupOBP29、CsupOBP30和CsupOBP32几乎不在触角表达。为进一步验证触角高表达或特异表达OBP的功能,体外表达并纯化了 6个OBP蛋白（CsupOBP3、CsupOBP11、CsupOBP15、CsupOBP17、CsupOBP19 和CsupOBP31）,然后测定了其对35种植物气味物质和3种性信息素气味物质的结合能力。结果显示,就3种性信息素而言,CsupOBP11和CsupOBP15对Z9-16:A1d具有中等结合能力,Ki值分别为6.11和8.77 μM;其它4个OBP对性信息素组分没有结合能力。对于植物气味物质,CsupOBP3、CsupOBP11、CsupOBP17、CsupOBP19、CsupOBP31对共计11种气味物质有中等结合能力,Ki值在10.21-19.85μM之间;值得注意的是,5个OBP对β-紫罗兰酮都具有中等或较强的结合能力,Ki在9.26-16.53 μM之间。CsupOBP15对所有被测植物气味物质均无明显结合能力。该结果明确了不同OBP在对不同气味物质感受中的作用。4.二化螟CSP的表达谱分析及配体结合能力分析除了 OBP,某些CSP在运输气味物质中的作用也不容忽视。采取和OBP相同的手段,对二化螟的21个CSP进行了组织表达谱和体外功能研究。组织表达谱分析结果表明,CsupCSP2 为触角特异表达,CsupCSP1、CsupCSP3、CsupCSP4、CsupCSP6、CsupCSP15 CsupCSP16和CsupCsup17等7个基因为触角高表达,其余CSP在各个组织中都有表达。选取CsupCSP1、CsupCSP2和CsupCSP3进行体外表达、纯化和配体结合能力分析。结果表明,3个CSP对三种性信息素均无结合能力;在35种被测植物气味中,CsupCSP1对2-十三烷酮、苯甲醛、月桂醛和2-十五酮有较强的结合能力,CsupCSP2对2-庚醇和（+）-雪松醇有较强的结合能力,其Ki值小于10.00 μM。另外,3个CSP对共计16种植物气味物质有中等结合能力（Ki=10.1-20.0μM）。结果揭示了在二化螟对植物气味感受中起作用的部分CSP基因,为深入阐明二化螟的嗅觉机制提供了重要依据。5.二化螟表皮提取物对雄虫的引诱活性及对性信息素的增效作用昆虫表皮化合物（CC）通常被认为具有化学通讯及保持昆虫体内水分的作用,但在鳞翅目昆虫中有关CC对雄虫引诱作用即对性信息素增效作用的研究很少。为探讨二化螟中是否存在这种作用,分别测定了二化螟雄虫对雌性表皮（除去性信息素腺体）提取物（Female body extract,FBE）和雄性表皮提取物（Male body extract MBE）的行为学反应,同时利用GC分析了雌、雄表皮提取物间的差异。行为学测定表明,以雄虫对气味源的选择及在气味源的停留时间为指标,FBE和MBE均具有引诱活性,但FBE的活性显著较高,暗示两者所含CC存在质或量上的差异。进一步的GC测定结果显示,FBE中存在2个特异组分峰,该FBE特异峰所含物质可能在雄蛾吸引中起重要作用。利用Y型管嗅觉仪检测了 FBE与性信息素混合物对二化螟成虫反应的增效作用,结果显示,雄虫在对2种气味源的选择上没有显著差异,但选择后在加有FBE气味源上的停留时间显著延长。二化螟雌虫CC能够增强雄虫在性信息素源的停留时间,为开发更为高效的二化螟性信息素防治技术提供了新思路。