动物通过神经系统感受外界物理及化学刺激,且该能力相对保守,可帮助它们在恶劣多变的环境中生存。秀丽隐杆线虫（以下简称线虫）一般生活在比较复杂的生态环境中,环境温度多变,物理障碍遍布,化学物质多样。它们的栖息地中还存在各种有益和有害的细菌,真菌及其他生物。因此,线虫需要通过不同的感觉信号和途径检测和区分周围环境中的多种刺激。在这里,我们以线虫作为模式生物,并结合多学科交叉技术来探究物理和化学感觉生成及其分子机制。第一部分,我们发现线虫OLL感觉神经元可同时响应触摸和冷刺激。机械刺激可诱发OLL神经元细胞自主性的剧烈钙瞬变以及快速适应机械感受电流。OLL神经元的机械转导可能是由对阿米洛利不敏感的新型钠电导通道介导的。已知的机械门控通道均不参与OLL神经元的机械转导。OLL神经元也介导冷感受,但是不介导热感受。且OLL神经元的冷感受不是由已知的冷受体TRPA-1或温度敏感性谷氨酸受体GLR-3介导的。因此,我们提出了OLL神经元在机械感受和冷感受方面具有多模态功能。第二部分,我们探究线虫雄性头部特异性神经元CEM机械感受的分子机制。在本项研究中,我们发现对信息素敏感的CEM神经元也以细胞自主性方式介导机械感受。机械刺激在CEM神经元中诱发了剧烈的钙瞬变和快速的机械感受器电流。氯离子电导通道介导了CEM神经元的机械转导。而且氯离子通道的外源表达和激活可以有效地兴奋CEM神经元。据此,我们推测在生理情况下,CEM神经元胞内处于高氯状态。在行为学方面,CEM神经元参与雄虫的鼻尖触摸回避反应。因此,我们提出CEM作为多模态感觉神经元介导机械感受和化学感受。更关键的是,我们的结果表明,机械刺激可以激活兴奋性氯离子通道。所以,我们的工作拓宽了机械门控离子通道的范围。第三部分,我们发现线虫胶质细胞在化学感受方面的即时功能。本研究发现,线虫AMsh胶质细胞在嗅觉感受及适应中发挥作用。AMsh胶质细胞可自主感受厌恶性气味IAA,其特异性嗅觉受体是G蛋白偶联受体SRH-79。作为线虫中的多模态感觉神经元,ASH神经元可以检测各种厌恶性气味并介导回避反应。光遗传学激活AMsh胶质细胞后,ASH神经元兴奋性有效降低。而且在行为水平,线虫对厌恶性气味诱发的回避反应延迟。AMsh胶质细胞降低了ASH神经元对气味的敏感性并促进嗅觉适应。在这里,我们提出了新型嗅觉受体细胞以及胶质细胞-神经元多细胞嗅觉适应模型。我们揭示了胶质细胞在嗅觉转导中的实时功能,同时可能提供胶质细胞在哺乳动物感觉转导中的新颖视角。感觉是人类和动物神经系统中最基本的功能之一。人和动物感知外界环境,并对有利或者有害的环境做出恰当的反应,进而保持内环境稳态。感觉信息编码是将外界刺激转化神经冲动。而中枢系统根据这些编码的信号获得对刺激的性质和强度的主观感觉,进而产生合适的行为学输出。机械感受、温度感受,以及嗅觉对生物体生存至关重要,帮助其更详尽地感知周围环境。本文对揭示感觉信息编码机制将是很好的启示。