生存与繁殖对生物体维持和延续种群数量稳定至关重要.表皮碳氢化合物具有维持昆虫水分平衡和信息通讯的双重功能,目前对于昆虫在不同气候条件下如何权衡防脱水与保持化学信号可靠性的潜在冲突尚不清楚.本文以寄生于鸡嗉子榕(Ficus semicordata)雄花期果内的传粉榕小蜂窝榕小蜂(Ceratosolen gravelyi)为研究对象,利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)解析雨季、雾凉季和干热季中雌、雄成虫表皮碳氢化合物的种类及含量,运用非度量多维尺度排序、相似性分析、置换多元方差分析和随机森林等方法分析了窝榕小蜂表皮碳氢化合物对不同季节变化的响应机制.结果表明:(1)窝榕小蜂表皮碳氢化合物由34种C7-C44的化合物组成,包括正链烷烃、甲基烷烃、烯烃和甲基烯烃;其中角鲨烯(squalene)、2-甲基二十八烷(2-Me-C28)、正三十四烷(n-C34)、正三十六烷(n-C36)和正四十四烷(n-C44)为主要成分(＞5％).(2)不同性别窝榕小蜂表皮碳氢化合物的组成及含量存在显著差异,正四十二烷(n-C42)、17-三十五烯(17-C35∶1)、1-二十九烯(C29∶1)、2-Me-C28和角鲨烯是造成两性差异的重要贡献量化合物.(3)雌、雄成虫表皮碳氢化合物均具有明显的季节变化:在干热季中,雌蜂正链烷烃(n-C34、n-C36和n-C44)的比例及碳氢化合物的总绝对含量增加,2-Me-C28和角鲨烯的比例降低;雄蜂甲基烯烃的比例增加,正链烷烃和甲基烷烃的比例降低,碳氢化合物总绝对含量无明显变化.本研究发现窝榕小蜂表皮碳氢化合物具有明显的性二型和强烈的季节可塑性,2-Me-C28和角鲨烯可作为雄蜂配偶识别时的候选性信息素;雌、雄成虫在适应高温和/或干燥的气候条件时存在差异化响应,表明窝榕小蜂两性表皮碳氢化合物在不同季节变化中采取不同的适应性策略.本研究揭示了榕小蜂应对不同气候环境的化学适应机制,为研究昆虫双重性状和理解生态适应与物种形成之间的功能联系奠定了化学基础.

表皮碳氢化合物是昆虫种内和种间识别的重要信息化合物,探究黑尾胡蜂Vespa soror表皮碳氢化合物的种类及蜜蜂的电生理反应对理解蜜蜂与胡蜂间的化学通讯具有重要意义.本研究采用有机溶剂浸提法结合气相色谱-质谱联用技术分析了黑尾胡蜂翅和足的表皮碳氢化合物种类及相对含量,利用昆虫触角电位(EAG)技术分析了东方蜜蜂Apis cerana、西方蜜蜂A.mellifera对其的反应.结果表明,黑尾胡蜂表皮碳氢化合物由C23～C31的31种碳氢化合物构成,其中烷烃类物质26种、烯烃5种,甲基支链烷烃的含量最高,在翅和足中的相对含量分别是58.72%和71.44%.东、西方蜜蜂均对黑尾胡蜂的表皮碳氢化合物产生显著的EAG反应(P<0.001),且东方蜜蜂的EAG相对反应值显著高于西方蜜蜂(P<0.05),说明东方蜜蜂对黑尾胡蜂表皮碳氢化合物的敏感性比西方蜜蜂更高,这可能与两者长期协同进化形成的捕食与反捕食关系有关.

基于表皮碳氢化合物的昆虫化学分类学已成为昆虫分类的一个重要工具.本文首先简述了世界范围内昆虫化学分类学的起源、发展及应用领域;其次在收集的大量文献基础上,综合分析了我国已开展昆虫表皮碳氢化合物组成研究的昆虫种类、研究内容、取样与进样技术、数据的统计分析、应用领域和存在的问题.针对我国昆虫表皮碳氢化合物研究进展及其在昆虫分类中应用的现状,提出了今后我国在昆虫化学分类领域的研究方向,并展望其应用前景.

约在20年前，自肾上腺皮质中分离出几种物质，按其化学结构来说属于类固醇一类的化合物，这些物质系环状碳氢化合物的衍生物，包含三个六碳的碳氢环和一个五碳环。进一步地研究这些物质证明，它们之中的一种对于人类和动物的机体显示了很强的并且极端不同的作用，而其他的则仅具有弱的生理活动性。肾上腺皮质的类固醇激素参与新陈代谢的调节，影响中枢神经系统的状况，并对于其他内分泌腺的功能、对于表皮、结缔组织、淋巴结、骨髓，及对于性器官以及其他的器官均显示很强的作用。

水椰八角铁甲Octodonta nipae(Maulik)是一种严重为害棕榈科植物的外来入侵害虫.为了明确日龄和性别等个体因素对水椰八角铁甲成虫表皮碳氢化合物的影响,本研究采用化学萃取法和气相色谱-质谱联用技术,分析了不同日龄的水椰八角铁甲雌、雄成虫表皮碳氢化合物的组成和含量.结果表明,水椰八角铁甲成虫的表皮碳氢化合物由21种C18-C30的碳氢化合物构成,包括11种正构烷烃、2种单甲基烷烃、1种多甲基烷烃、3种正构烯烃、1种单甲基烯烃和3种环烷烃.不同日龄和性别成虫的表皮碳氢化合物的组成种类相同,但是一些组分的含量有明显变化,例如1d、5d、10d和15d雌、雄成虫之间正二十四烷、正二十六烷、2-甲基十九烷和1-二十烯的含量存在显著差异.水椰八角铁甲成虫表皮碳氢化合物具有性二型,如性成熟雄虫的表皮的正二十烷、正二十一烷、正二十四烷、正二十六烷、2-甲基十九烷、10-甲基二十烷、1-二十烯和1-二十二烯的含量显著高于性成熟雌虫.本文的研究结果可为检验检疫过程中水椰八角铁甲近缘种,以及日龄、性别和性成熟的快速鉴定提供支持.

社会性的出现是生物演化过程中的重要革新,理解社会性的演化和调控机制具有重要的理论和实际意义.社会性昆虫的个体间有着明显的级型分化和劳动分工,这有利于它们适应复杂的环境变化.理解社会性昆虫如何产生不同的形态、行为和生活史特性,一直是进化和发育生物学的重要目标.随着测序技术的不断更新及生物信息学的快速发展,已经有众多关于社会性昆虫级型和行为分化机制的研究报道.本文通过整理社会性昆虫研究的己有成果,从环境因素、生理调控和分子机制等方面对社会性昆虫级型和行为分化机制相关研究进展进行了综述,并对未来的研究方向做出了展望.根据现有证据,社会性昆虫所生活的生物环境(食物营养、信息素、表皮碳氢化合物)和非生物环境(温度、气候等)均能直接或间接影响社会性昆虫级型和行为的分化;保幼激素、蜕皮激素、类胰岛素及生物胺等内分泌激素和神经激素对社会性昆虫的级型和行为分化也有重要的调控作用;此外,遗传因素、新基因等DNA序列或基因组结构上的变化以及表观遗传修饰、基因的差异表达等基因调控机制均能不同程度地影响社会性昆虫的行为分化.本文建议加强昆虫纲其他社会性类群如半翅目蚜虫和缨翅目蓟马等的社会性行为及其演化机制的研究,以加深对社会性昆虫起源及其行为演化的理解和认识.

昆虫表皮碳氢化合物(cuticular hydrocarbons)是正烷烃、不饱和烃以及甲基支链烃的混合物.除了保持水分的基本功能外,还具有多种生物功能.鞘翅目昆虫(俗称甲虫)是多样性最为丰富的昆虫类群,目前对其表皮碳氢化合物研究开展颇多,主要见于化学通讯领域,内容涉及到性信息素、标记信息素、聚集信息素、化学拟态、寄主/猎物定位和识别等方面.此外,在甲虫表皮碳氢化合物组成的影响因素、表皮碳氢化合物生物合成的分子机制以及在化学分类中的应用等方面的研究也有不同程度的进展.本文对上述方面进行了系统的归纳与总结,以期为相关研究的进一步开展提供参考.

红火蚁Solenopsis invicta是火蚁属重要的入侵蚂蚁,与其近缘种黑火蚁S.richteri和杂交蚁S.invicta×S.richteri形态相似,难以区分.为了快速准确鉴定3种火蚁属近缘种,本研究利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS),解析3种火蚁的工蚁、有翅雌蚁、有翅雄蚁的表皮碳氢化合物种类和含量,并进行主成分分析、判别分析及聚类分析.结果表明:3种火蚁共检测到62种表皮碳氢化合物,主要包括一甲基烷烃、二甲基烷烃和正构烷烃等;红火蚁、黑火蚁及杂交蚁不同品级的表皮碳氢化合物种类及含量存在显著的种间差异,红火蚁不同地理种群的表皮碳氢化合物种类及含量相似度较高;建立3种火蚁相应品级的分类判别函数,可准确区分各品级下的3种火蚁.因此,表皮碳氢化合物组成分析可用于红火蚁及其近缘种的分类鉴定,为口岸火蚁属蚂蚁的快速检疫鉴定提供新技术.

蚂蚁死亡后在密闭、潮湿的巢穴环境内非常容易滋生病原菌,威胁巢穴健康.为了防止尸体的存在危害健康个体,工蚁识别尸体上的"死亡信号"并将其搬离巢穴.本研究采用溶剂提取法提取工蚁尸体化合物,并利用化学方法转化尸体提取物,然后测试红火蚁Solenopsis invicta工蚁对4种主要提取成分——酯、脂肪酸、表皮碳氢化合物以及哌啶生物碱的行为反应.结果表明,红火蚁尸体的正己烷提取物具有很强的搬尸活性,高达76％的滤纸条被搬运到弃尸堆.酯、自由脂肪酸和结合态脂肪酸都能引起红火蚁的搬尸行为,搬尸活性分别为40％、28％和19％.自由脂肪酸转化成甲酯后搬尸活性不变,但结合态脂肪酸转化成甲酯后搬尸活性丧失.此外,红火蚁尸体还释放出多种能够诱导搬尸行为的未知成分,说明"死亡信号"具有复杂性.