昆虫的外壳为什么又轻又硬？大连理工团队找到一个关键酶，还据此筛出了不伤虾蟹的杀虫候选分子

大连理工大学生物工程学院刘田教授团队近期在《科学进展》（Science Advances）上发表论文，题目是《昆虫特异性醛合酶调控表皮强度：选择性杀虫剂靶标》。研究讲清了昆虫外壳变硬过程中的一个关键环节，并以此为靶标，筛出了一个对害虫有效、对虾蟹鱼安全性高的天然产物先导分子。大连理工新闻网10月15日发布了这项成果。[1]

昆虫的外壳靠什么变硬？

节肢动物是动物界里种类最多的一类，已知物种占动物总数的80%以上。它们有一个共同点：身体外面包着一层由几丁质和蛋白质构成的外骨骼。[1]

不同环境里的节肢动物，加固外骨骼的办法不一样：

“鞣化”这个词借自皮革加工，指的是让蛋白质之间形成化学交联、变得坚韧。昆虫靠这套办法，外壳既轻又结实，这是它们适应陆地生活、能够飞行的生理基础。[1]

这次研究找到了什么？

过去的理论认为，鞣化主要依靠多巴胺衍生出来的交联原料（如NADA、NBAD）。近年来研究者发现另一种原料：3,4-二羟基苯乙醛（DHPAA）。生产它的酶叫DHPAA合酶（DHPAAS），但这个酶在鞣化中具体起什么作用、和其他途径怎么分工，一直不清楚。[1]

团队在三种代表性昆虫中证实：

• DHPAAS介导的化学交联，对昆虫外壳的机械强度起决定性作用。 让这个基因“沉默”（不再表达）后，昆虫外壳的力学性能大幅下降，并导致死亡。

• 这个酶只存在于昆虫等陆生节肢动物中，虾、蟹等水生节肢动物身上完全没有。 团队据此认为，它和漆酶一样，是节肢动物从海洋登上陆地过程中留下的关键分子标记。[1]

和农药有什么关系？

杀虫剂的一个老难题是“误伤”：能杀害虫的药，往往对鱼虾等水生生物也有毒。在稻田里同时养虾、养蟹的“稻虾共作”“稻蟹共作”模式中，这个矛盾尤其突出，治虫可能伤到养殖的虾蟹。[1]

DHPAAS的特点恰好可以利用：高等动植物和水生生物身上没有和它对应的同源蛋白。药物如果专门打这个靶点，理论上就能只针对昆虫。[1]

团队解析了DHPAAS的蛋白结构和催化机理，按它的活性口袋建了虚拟筛选模型，在电脑上批量“试药”，最后筛出一种植物来源的天然产物：2,5,2',4'-四羟基查尔酮。活性测试显示，它能高效杀灭农业害虫，对虾、蟹和鱼类的安全性很高。[1]

离真正的农药还有多远？

这个分子目前是“先导化合物”，也就是新药研发的起点。从先导分子到获批上市的农药，通常还要经过结构优化、田间试验、毒理和环境评估、登记审批等环节。学校通报里写的是“具有产业化前景”，没有公布具体的产品化时间表。[1]

论文的共同第一作者是大连理工博士研究生丁艺、庞子涵和已毕业的硕士研究生胡雪，通讯作者为刘田教授，大连理工大学为第一完成单位。[1]

说明：农药的实际使用须以国家登记批准的产品及专业指导为准。

来源

[1] 【创新在大工】生物工程学院科研团队在昆虫表皮形成机制与绿色农药靶标发现方向取得新突破，大连理工大学新闻网，2026年10月15日。

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