◆◇研究心得◆◇ 茶蠶的性費洛蒙研究 動物研究所研究員周延鑫 主席羅副院長，李院長，各位女士，各位先生，大家早安，今天 是本院第一任院長，蔡元培先生的128歲誕辰，首先我要感謝李院長 給我這個機會，讓我來講我們近來的一些研究結果，這些研究今天 來談，我想也是符合蔡先生的理念的。大家都知道，蔡先生是一位 教育學家，因為他曾說：「同氣相求，同聲相應，十年樹木，百年 樹人。」同時他也是一位偉大的哲學家，因為他也曾說過：「科學 是一門如何理解宇宙奧祕的自然哲學。」所以他在民國17年時創辦 了中央研究院，其中就包括了數理、人文及生物三大部門。我們的 研究是屬於動物方面的一個小小問題，今分數段說明如後： 一、前言 生物要能在地球上成功的生存，認識周圍環境的組成，並盡可能 的去利用一些環境中特殊的物理、化學及生物的因子是非常重要的 事情。例如我們人類就常借重五種感覺，即視、聽、嗅、味及觸覺 來認識我們的週遭環境。可是在比較低等的動物中，如昆蟲類，牠 們的視、聽、觸覺都不甚發達，可是牠們仍能在此地球上生生不息 ，牠們又是如何和牠們的環境交換消息的呢？這就不得不談談牠們 特有的靈敏嗅覺與味覺，也就是我們一般所謂的化學感覺了。 談到靈敏的嗅覺，我們又得從可以產生嗅覺的微量化學物質─性 費洛蒙開始談了，性費洛蒙是什麼？在定義上，它就是雌蛾在交配 時期所釋放的一種外分泌物質，雌蛾用它來引誘雄蛾不遠千里飛來 尋找雌性交配，以便繁殖後代。 研究昆蟲的人都知道，性費洛蒙第一個鑑定成功的科學家是德國 人卜提南氏，當時他用的材料是家蠶Bombyx mori（L.）；第二個用 野蠶B. mandarina M.做性費洛蒙試驗成功的則是日本人。他們也發 現這兩種蠶蛾都是雌蛾利用尾端分泌主要的性費洛蒙（E,Z） -10,12-十六碳二烯醇來引誘雄蛾交尾。可是在臺灣也有屬於蠶蛾科 （Bombycidae）的第三種茶蠶Andraca bipunctata W.，牠們是不是 也分泌性費洛蒙？牠的性費洛蒙又是什麼物質？這是一個有趣的研 究課題，現將我們解決這個問題的方法與成果報導於後，有興趣做 研究的同仁一定也可以從這裡發現一些參考價值的。 二、尋「糞」見蹤跡 茶蠶的幼蟲專門吃茶樹的葉子，所以是茶園的大害蟲之一，農民 都想將牠殺死；但是因為牠們的成蛾都隱藏在濃密的茶葉內，不易 被發現，如果要找牠們，有經驗的人，都是在地上先看見牠們幼蟲 所排放的糞便，再仔細地在附近茶樹上尋找，才能看見牠們的蹤跡 。 如果我們要研究牠，首先就是將這種茶蠶的幼蟲採回實驗室，放 在一個塑膠盒內，每天用新鮮茶葉餵牠，讓牠在室內生長，這樣牠 的化蛹羽化就很容易觀察。由此也可以知道這種蛾類和蠶蛾一樣， 牠的雌雄個體在外型不同，雄蛾的觸角比雌蛾大很多，而雌蛾腹部 要比雄蛾大很多，同時在雌蛾尾部有一個性費洛蒙腺體，而雄蛾沒 有。這個性費洛蒙腺體平常是隱藏在尾端的體內，唯有在雌蛾要交 配時，牠才會伸出來分泌性費洛蒙，引誘雄蛾來交尾。因為這種蛾 和蠶蛾太相似了，所以牠們一定也會有性費洛蒙，問題是，牠們的 性費洛蒙到底是什麼物質？在國際的文獻上還找不到。 三、從三組試驗獲得至寶 首先我請本所的賀孝雍小姐，先將發情的雌蛾尾部剪下來，廿隻 一組，分為三組。第一組的尾端放在正己烷內，然後用氣相色層分 析儀分析溶在正己烷內的化學成份是什麼？結果她發現其中有四個 獨立成份，每個成份都和蠶蛾已知的性費洛蒙不同，所以是一種新 的組成。 然後我們將第二組的尾端抽出物打入氣相色層質譜儀內，分別得 到四種化合物的分子量，它們分別是268、266、266及264共四種。 分子量268的物質經電腦查詢，認定它是飽和的十八碳醛，而266及 264 的物質應是比十八碳醛多一個雙鍵及兩個雙鍵的物質而已。 第三組的尾端抽出物使和化學物質DMDS（Dimethyldisulfide）產 生化學反應，由此反應衍生物的特性我們知道兩種分子量為266的物 質，一是E,11-十八碳烯醛，另一是E,14-十八碳烯醛；而分子量為 264的物質則為（E,E）-11,14-十八碳二烯醛。 因為已經知道茶蠶的性費洛蒙是由（E,E）-11,14-十八碳二烯醛 等四種化合物所組成，所以我們便請本院化學所的陶雨台博士，將 此等物質以有機化學的方法分別的在試驗室內將它們合成了。 四、性費洛蒙生合成測量 性費洛蒙本來是雌蛾用來引誘雄蛾交配的訊息物質，所以在雌蛾 不發情時，理論上牠不會分泌這種物質。在蠶蛾的研究中，我們已 經知道，性費洛蒙的合成與釋放，完全受腦（食道下神經球）內的 細胞分泌的一種神經胜鈦鏈（PBAN）來調控，這種胜鈦鏈依照文獻 是由33 個胺基酸所組成，所以在試驗室內很容易用蛋白質合成儀將 它合成。依照傳統的方法，我們在茶蠶雌蛾頭部與胸部處結紮，使 位於腹部末端的費洛蒙腺體無法與神經胜鈦鏈接觸，經過一段時間 後，再用氣相色層分析儀分析其性費洛蒙的含量，果然發現性費洛 蒙已不存在。如果再將這種結紮後的雌蛾腹部注射含有合成的神經 胜鈦鏈（5 pmol）後，經過一段時間讓它們作用，結果發現在性費 洛蒙腺體，上面所說的四種成份都已恢復合成了，而特別是第四種 成份（E,E）-11,14-十八碳二烯醛的量合成的最多，其比正常雌蛾 的含量（240ng）都要高出二倍之多，可見它是茶蠶的主要性費洛蒙 。 五、化學合成性費洛蒙之生物活性鑑定 有了有機化學合成的性費洛蒙純品，接下來的工作就是測量此等 物質的生物活性，生物活性又分為室內的嗅覺測量以及室外的田間 誘蟲試驗。嗅覺測量就是將合成的化合物配成不同的濃度，然後用 雄蛾的觸角去試，看看那一種化合物可以由最低濃度在觸角的感覺 器上產生最大的電壓變化。茶蠶的嗅覺測試結果可以得到電壓與費 洛蒙濃度的直線正反應，也就是說只有（E,E）-11,14-十八碳二烯 醛可以在 0.2微毫克的濃度下引起比空氣（對照組）增強一倍的電 位差變化，而其它三種化合物則無此能力。最後我們進行田間試驗 ，分別將0.1 毫克的四種化合物單獨或是以不同的比例混合放在野 外誘蟲，結果無論是在茶葉試驗所的茶園內，或是南港的茶園都只 有（E,E）-11,14- 十八碳二烯醛可以誘得雄蛾，所以這個研究結果 是正確的。 六、結語 最後我要說的是，研究科學的方法並不困難，正所謂：「有樣學 樣，無樣自己想。」，在這個茶蠶性費洛蒙的試驗裡，我們不但鑑 定了第三種蠶蛾科──茶蠶的性費洛蒙，同時還是第一次在科技文 獻內證明化合物（E,E）-11,14-十八碳二烯醛為昆蟲的性費洛蒙， 這個性費洛蒙以後不但可以大量在產茶國家如我國大陸、錫蘭與印 度等茶園誘蟲，協助茶農滅蟲，同時因為茶蠶的幼蟲食量比茶捲葉 蛾及茶姬捲葉蛾（目前在國內茶園已推廣防治的害蟲）的幼蟲大十 倍以上，所以更有應用防蟲的價值。另一方面這也是一個本土的生 物科研材料完全由國人在國內合作成功的例子，值得大家慶幸。最 後我用一個不成熟的詞來結束我今天的演講，那就是：「君且暫為 蛹，我亦棲天涯。姻緣原有秘，理賦有心人。明年春四月；攜手看 茶花。」謝謝大家，並敬祝大家身心健康快樂。 （講于元月11日蔡元培先生128歲誕辰紀念演講會）