诺拉隆暴露对家蚕中肠基因表达的影响

《Gene Reports》：Effects of novaluron exposure on gene expressions in midgut of silkworm, Bombyx mori

　　

Meng-Li Li|Lin Zhu|Yi-han Liu|Meng-jiao Wang|Guo-dong Zhao|He-ying Qian

中国江苏省镇江市212100，江苏科技大学生物技术学院，蚕桑与动物生物技术江苏省重点实验室

摘要

家蚕是一种重要的经济昆虫，也是鳞翅目模式生物，其生存和产丝完全依赖于桑叶。长期的人工驯化降低了它的抗逆能力，使其容易受到农药残留的影响。苯甲酰脲类昆虫生长调节剂诺瓦隆通过抑制几丁质合成来干扰昆虫的发育过程。然而，目前尚无关于诺瓦隆暴露对家蚕中肠结构以及消化和解毒功能影响的报道。本研究通过组织病理学分析、定量实时聚合酶链反应和酶活性检测，探讨了微量诺瓦隆（0.001?mg/L）对家蚕中肠结构和功能的影响。研究结果表明，诺瓦隆会导致严重的中肠损伤，包括肌肉层破裂、细胞结构紊乱以及周质膜的严重降解。与消化相关的基因（如α-淀粉酶、胰蛋白酶样蛋白酶、脂肪酶1）以及氧化磷酸化相关基因（如NDUFB7、NDUFV1）的转录水平显著下降，表明消化和能量代谢功能受损。抗氧化基因的表达也出现异常，而几丁质合成酶基因则显著受到抑制。相反，解毒相关基因则表达上升，同时GST、细胞色素P450酶类以及羧酸酯酶的活性也增加。总之，诺瓦隆暴露会损害家蚕的中肠结构，扰乱消化和代谢功能，削弱抗氧化防御能力，并激活解毒反应。这项研究为了解诺瓦隆对家蚕的毒性机制提供了依据，也为进一步的毒理学研究奠定了基础。

引言

家蚕属于鳞翅目家蚕科，是一种重要的鳞翅目模式昆虫，也是具有很高经济价值的完全变态昆虫。它的生存、繁殖以及优质丝绸的生成都完全依赖于桑叶（Xu等人，2024）。作为昆虫学中非常重要的模型生物，家蚕具有基因组结构清晰、生命周期短以及饲养流程易于标准化的优点（Ravindra等人，2024）。家蚕已被驯化超过8500年，通过人工选择，其产丝能力得到了显著提升（Zhou等人，2016；Chandrakanth等人，2024）。然而，长期的人工驯化降低了家蚕的抗逆性和抵抗力，使得它们难以抵御紫外线、高温和农药等不良环境因素的影响。即便微量的农药暴露也会影响家蚕的生长发育（Li等人，2016）。桑园中的农药残留会污染桑叶，从而对家蚕造成多种危害，包括发育迟缓、存活率降低（Bian等人，2026）。有研究表明，毒死蜱中毒会干扰家蚕的吐丝行为，导致茧的形成出现缺陷，茧的重量减少，丝绸质量下降（Li等人，2020）。亚致死浓度的氯虫苯甲酰胺会通过影响解毒和代谢过程，阻碍幼虫的发育，致使幼虫无法进入结茧阶段，结茧率为零（Mao等人，2019）。

诺瓦隆是一种苯甲酰脲类杀虫剂，能够抑制昆虫生长过程中的几丁质合成。几丁质是昆虫外骨骼和肠道周质基质的重要组成部分，对昆虫的形态形成、生长和防御起着关键作用（Ali等人，2017；Ullah等人，2019）。诺瓦隆通过干扰几丁质的合成，破坏正常的蜕皮过程，导致幼虫因无法形成完整的外骨骼而死亡或出现畸形，进而影响其存活率和繁殖能力（Xu等人，2017）。诺瓦隆已被广泛用于马铃薯、玉米和苹果等作物上，用于防治鳞翅目、鞘翅目和半翅目的害虫（Gunathilaka等人，2020；McGraw和Aker，2025）。先前的研究表明，诺瓦隆会对有益昆虫以及其他非目标昆虫产生毒性，包括家蚕。研究观察到家蚕的蚕腺会出现病理损伤，生理功能受损，雌蛾的生育能力下降，幼虫发育受阻，寿命缩短（Santorum等人，2020；Santorum等人，2021）。

家蚕的中肠是具有活跃代谢功能的消化器官，主要负责营养物质的消化和吸收，同时还起到天然屏障的作用，保护幼虫免受外界病原体和化学农药的侵害（Zhang等人，2011）。有研究显示，农药暴露会对中肠造成显著影响：毒死蜱处理会促使中肠中解毒酶和抗氧化酶基因的表达上升，同时引发细胞凋亡和线粒体功能障碍，表现为线粒体中的细胞色素c释放到细胞质中，这表明中肠既是农药代谢的场所，也是农药中毒后的毒性作用靶点（Wang等人，2020；Wang等人，2013）。

活性氧是一类反应性极强的自由基或分子，它们是在生物体内分子氧经过一系列转化后形成的。活性氧在细胞信号传导中起着重要作用，但过度积累会导致氧化应激，进而造成细胞损伤和各种病理生理变化（Averill-Bates，2024）。在紫外线和农药等极端环境压力作用下，昆虫体内的活性氧水平会急剧上升，从而导致生理功能紊乱（Messi等人，2025）。农药引起的氧化应激通常是由于活性氧的产生过多而抗氧化系统的清除能力不足所导致的（Rauf等人，2023）。线粒体被称为细胞的“动力工厂”，是活性氧的主要来源，其产生的活性氧主要来自氧化磷酸化过程中的电子传递链（Celia Andrés Juan等人，2021）。在正常生理状态下，线粒体产生的活性氧水平较低。但在接触农药等外源性物质后，线粒体中活性氧的生成和释放量会显著增加（Hong等人，2024）。作为响应，包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶在内的抗氧化系统在清除过量活性氧、维持细胞氧化还原平衡方面发挥着关键作用（Jomova等人，2024）。相关研究表明，毒死蜱暴露会降低家蚕中肠中α-淀粉酶和胰蛋白酶基因的转录水平，而农药引起的氧化应激则会增加活性氧的含量（Li等人，2015）。此外，剂量在6.25至50?mg/kg之间的氯化镉暴露会导致家蚕幼虫的精子出现畸形，睾丸的发育成熟受到阻碍，同时谷胱甘肽的含量也会显著升高（Yuan等人，2015）。

在本研究中，我们探讨了诺瓦隆暴露如何损害家蚕的中肠，重点研究了消化、营养物质代谢以及氧化磷酸化方面的影响。我们通过组织病理学分析，评估了家蚕在接触微量诺瓦隆后的中肠损伤情况。同时，利用定量实时聚合酶链反应检测了与消化、吸收和抗氧化反应相关的基因表达变化。此外，我们还检测了细胞色素P450单加氧酶、谷胱甘肽S-转移酶和羧酸酯酶的酶活性。

章节节选

昆虫品系与化学试剂

本研究使用的家蚕品系为P50，该品系由中国农业科学院蚕业科学研究所选育并保存。诺瓦隆购自北京ADAMA有限公司。用于提取总RNA和进行逆转录的化学试剂购自南京华泽生物技术有限公司，而用于定量实时聚合酶链反应的化学试剂则购自北京金奥博生物技术有限公司。

样品制备

最低批准

诺瓦隆暴露后中肠的组织学变化

通过石蜡包埋和HE染色技术，观察了家蚕在接触诺瓦隆24小时后的中肠病理变化。在对照组中，中肠结构完好，杯状细胞和周质膜的结构也保持正常。而在处理组中，中肠组织的肌肉层出现严重损伤，细胞排列紊乱且受损，周质膜则基本被破坏（见图1）。这些结果表明

讨论

蚕桑产业是中国多个地区的重要农业产业，中国也是全球最大的丝绸生产和出口国。家蚕一旦遭受农药中毒，会导致茧的产量和品质大幅下降，从而造成巨大的经济损失。诺瓦隆作为一种苯甲酰脲类昆虫生长调节剂，能够抑制几丁质合成并干扰蜕皮过程，进而导致幼虫出现畸形、死亡或成虫发育异常（Sun等人，2015）。另有研究也指出

结论

综上所述，研究结果表明，诺瓦隆暴露会对家蚕的中肠结构造成严重损害。此外，在诺瓦隆暴露后，家蚕中肠的消化吸收功能、能量代谢过程、抗氧化酶系统以及几丁质合成酶相关基因的转录水平都会出现紊乱。与此同时，解毒酶的活性以及相关基因的表达水平则显著上升。这些结果

CRediT作者贡献说明

Meng-Li Li：撰写——初稿、方法学、数据整理。Lin Zhu：验证、研究、数据整理。Yi-han Liu：验证。Meng-jiao Wang：正式分析、数据整理。Guo-dong Zhao：撰写——审阅与编辑、资源获取、项目管理、方法学、概念设计。He-ying Qian：监督、资源获取、概念设计。

资助情况

本研究得到了中国农业农村部所属的中国农业研究系统以及农业农村部和农业部农业科研管理总站的资助（项目编号：CARS-18-ZJ0101）。

未引用参考文献

Chen等人，2003

Gu等人，2014

Li等人，2012

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。