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印楝素A(Azadiraehtin A)和印楝素B(Azadirachtin B)是印楝素杀虫剂中的主要活性成分,商品化印楝素植物性杀虫剂一般以印楝素A和印楝素B为检测指标。为了明确印楝素A和B活性差异的机理,本文利用粉纹夜蛾Trichoplusia ni细胞系(BTI-Tn-581-4细胞系)在细胞水平比较研究了印楝素A和印楝素B对BTI-Tn-581-4细胞的毒性。同时,本文观察研究了印楝素A诱导的BTI-Tn-581-4细胞程序性死亡。
用MTI法研究了印楝素A和印楝素B对BTI-Tn-581-4细胞的增殖抑制作用,结果显示,印楝素A与印楝素B对BTI-Tn-581-4细胞均具有良好的增殖抑制作用。处理后3d,印楝素A和印楝素B对BTI-Tn-581-4细胞的IC50值分别为2.09μg/mL,和9.851.μg/mL。胎盼兰染色法测细胞死亡率结果表明,死亡率与处理时间呈一定依赖关系。5μg/mL印楝素A和B处理细胞1d后,细胞死亡率仅为8.51%和6.42%,处理5d后分别达到59.24%和46.27%。细胞周期分析结果显示,印楝素A和印楝素B均可将BTI-Tn-581-4细胞阻断于G2/M期,处理5d后,处理组较之对照组G2/M期细胞明显增多,5μg/mL印楝素A和B处理组的G2/M期细胞分别达到71.59%和70.03%。印楝素A对BTI-Tn-581-4细胞活力的影响显著高于印楝素B。
用倒置显相差显微镜观察发现,印楝素A和印楝素B处理后,BTI-Tn-581-4细胞整体形态发生明显变化。印楝素A和印楝素B处理可导致细胞变形,贴壁能力下降,并出现明显空泡,印楝素A的影响明显高于印楝素B。用Giemsa染色后观察,印楝素A和印楝素B处理后细胞收缩变形,产生碎片,并有成团现象。用流式细胞仪检测了印楝素A和印楝素B对TI-Tn-581-4细胞体积的影响,结果表明,印楝素可导致BTI-Tn-581-4细胞体积显著改变,印楝素A作用显著高于印楝素B。用考马斯亮蓝对BTI-Tn-581-4细胞骨架中的应力纤维染色后观察细胞骨架形态变化,印楝素A处理后,细胞骨架皱缩,应力纤维网状结构被打破,变得紊乱无层次。印楝素B处理后,细胞骨架收缩,细胞骨架与细胞核连接部分破碎,并核断裂开,细胞骨架受损严重。用AO染色,荧光显微镜下观察比较了印楝素A和印楝素B对细胞核形态的影响,发现印楝素对BTI-Tn-581-4细胞核具有明显影响,印楝素B的影响明显高于印楝素A,印楝素B处理后,细胞核受损细胞数更多,受损程度更严重。
流式细胞术研究了印楝素A和印楝素B对TI-Tn-581-4细胞膜系统的影响。研究表明,印楝素A和印楝素B可明显增加细胞膜通透性,处理后3d,对照细胞、51.μg/mL印楝素A和印楝素B处理组平均FITC荧光强度值分别为60.86、78.86,66.79,差异显著。印楝素可使BTI-Tn-581-4细胞膜电位发生去极化,50μg/mL印楝素A和印楝素B处理后3d,对照及印楝素A、印楝素B处理组细胞内DiBAC4(3)平均荧光强度值分别为20.02、26.03、25.06,三者差异显著。印楝素A和印楝素B可明显影响BTI-Tn-581-4细胞线粒体膜电位,5μg/mL印楝素A和印楝素B处理组平均荧光强度值值分别为26.04和26.00,显著高于对照细胞(20.03)。印楝素A对BTI-Tn-581-4细胞膜系统的影响显著高于印楝素B。
用PI单染法和Annexin-FITC/PI双染法检测印楝素A诱导的BTI-Tn-581-4细胞凋亡率。PI单染法结果显示,1.25μg/mL印楝素A处理后3d和5d凋亡率分别达到7.98%、13.88%。印楝素A可诱导BTI-Tn-581-4细胞凋亡,低浓度诱导的细胞凋亡率高于高浓度诱导的细胞凋亡率。透射电镜下观察发现,印楝素A可诱导BTI-Tn-581-4细胞发生细胞自噬,印楝素A处理BTI-Tn-581-4细胞后,细胞空泡数量增多,出现大量自噬泡、自噬小体和致密体。
结果显示印楝素A和印楝素B的细胞作用机理存在差异,本研究从细胞学水平解释了印楝素的生长发育抑制作用机理。印楝素A可诱导BTI-Tn-581-4细胞发生程序性死亡,为印楝素的昆虫作用机制尤其是生长发育调节机理提供了一个新的研究角度。