昆虫表皮碳氢化合物(Cuticular hydrocarbon,CHC)是沉积在昆虫体表的非极性长链脂类物质。其在维持水分平衡以及化学交流方面发挥重要作用。昆虫CHC组成谱常表现出高度的物种专一性,且可受到多种内外因素的影响而表现出种内变异,其变异来源及尺度在半翅目昆虫,尤其是具有多样种内多型的蚜虫中较少被探究。昆虫CHC是体内合成并运输到体表的产物,其生物合成途径受到复杂的多基因分子调节。作为果蝇基因组所含两个CYP4G亚家族基因之一,CYP4G1被证明参与催化CHC合成的最后一步反应。然而,CYP4G基因在其它昆虫包括刺吸式蚜虫中的具体功能还不清楚。本研究以豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum)为模式系统,通过建立和优化适合蚜虫CHC提取的高效固相微萃取(Solid-phase microextration,SPME)技术,并在此基础上探究多种因素对CHC的影响,从而明确CHC种内变异的来源和尺度;通过对豌豆蚜唯一的CYP4G亚家族基因CYP4G51进行分子鉴定、功能研究以及真核表达和活性检测,明确了其在参与HC合成中的关键作用。本研究取得主要结果如下:1.基于SPME技术检测豌豆蚜表皮碳氢化合物种内变异为利用SPME检测豌豆蚜CHC种内变异,本研究首先比较了五种不同的SPME纤维头获取的CHC图谱,结果表明7μm PDMS纤维头对豌豆蚜CHC吸附效率最高。对单头蚜虫进行连续重复CHC取样表明SPME具有高度可重复性。通过与传统的有机溶剂提取法相比较来确定SPME方法的有效性。尽管SPME方法提取到相对更少的短链CHCs,但这两种方法并没有产生定性上的差别。对于一个既定的蚜虫种群,尽管CHC图谱受不同发育阶段,翅二型及寄主植物影响而发生相对含量上的改变,但其在整个成虫阶段却表现出极低的变异。基于CHC在成虫期的高度稳定性,进一步利用CHC图谱成功区分开五个不同的地理型。而分子变异检测结果表明,这五种地理型在线粒体COI基因序列上是完全一致的。上述结果表明CHC可作为独立于传统昆虫形态和分子鉴定的生化特征。2.豌豆蚜碳氢化合物合成途径关键基因CYP4G51的功能研究为探究豌豆蚜唯一的CYP4G基因在HC合成中的作用,对CYP4G51基因进行了分子鉴定和功能研究。CYP4G51在豌豆蚜全生活周期均有表达,且在头部及腹部体壁内具有较高转录水平。与成蚜相比,三龄若蚜对干燥胁迫更为敏感,表现为CYP4G51在若蚜中被诱导显著上调。与取食蚕豆幼苗的豌豆蚜相较,取食人工饲料的豌豆蚜可显著上调CYP4G51表达量。相应地,人工饲料饲喂可使豌豆蚜CHC含量明显增多。饲喂法和显微注射法导入靶标基因dsRNA可显著抑制CYP4G51转录水平,导致豌豆蚜体内和体表HC含量显著下降。与对照组相较,表皮HC含量降低的豌豆蚜对干燥环境更为敏感,表现出更高的失水死亡率。这些结果证实了CYP4G51通过调节HC合成来保护蚜虫免受干燥环境的伤害。研究结果还表明豌豆蚜表皮保水功能主要依赖于饱和直链CHCs(正构烷烃)。CYP4G51基因可作为一个具有潜力的蚜虫绿色防控分子靶标。3.CYP4G51基因的真核表达与活性检测进一步,为在蛋白水平上阐明CYP4G51的脱羰酶本质,尝试了CYP4G51与CPR(细胞色谱P450还原酶)融合蛋白的真核表达和蛋白活性检测。采用大肠杆菌原核表达系统,成功表达并纯化了CPR蛋白,并以此为抗原制备出高效价的CPR多克隆抗体。构建了CYP4G51-CPR-pFastBac载体并利用昆虫Sf9/杆状病毒表达系统进行真核表达。以CPR抗体为一抗进行Western blot分析,结果显示该融合蛋白获得成功表达。然而,CO差光谱表明,CYP4G51-CPR融合蛋白并不具备P450典型的450 nm吸收峰,暗示其可能未正确折叠而不具生物活性。综上所述,本研究建立和优化的蚜虫SPME技术,为CHC相关的昆虫行为与化学生态学研究提供更加合适的CHC检测方法。对CHC种内变异的影响因素和变异尺度的探究将为合理利用CHC进行种内亚型的界定提供指导,也有助于增进对CHC表型可塑性和昆虫对环境的适应性的理解。对细胞色素P450基因CYP4G51参与HC合成途径的功能阐明,为基于抑制CHC合成的蚜虫绿色防控策略提供具有潜力的分子靶标。