中国科学家历时16年找到蝗灾真凶 绿色防控成为可能( 二 )
有意思的是,这种化学物质,无论是对群居型飞蝗还是散居型飞蝗,无论雌性飞蝗还是雄性飞蝗,无论飞蝗幼虫还是飞蝗成虫,都具有很强的吸引力,而且能够响应蝗虫种群密度的变化,随着种群密度增加而增加 。
康乐团队还发现,仅需4-5只散居飞蝗聚集,这种群聚信息素便可产生和释放,继而促进形成巨大的蝗虫群 。
“这说明它具有很低的诱发阈值 。”康乐说 。换言之,在野外,可能只需要小范围的蝗虫聚集,就能释放4VA,继而吸引更多的蝗虫加入进来,让蝗虫队伍越来越大 。
当然,这只是实验室的结果 。科学家还要去自然环境中进一步验证 。
科研人员将含有4VA的诱芯布置在田间,通过室外草地双选和诱捕实验证明,4VA对实验室种群在户外具有很强的吸引力 。
进而,他们将诱芯直接布局到蝗虫野外发生区天津北大港,大范围的区块实验再一次证明:4VA不仅能吸引野外种群,还能不受自然环境中蝗虫背景密度的影响 。
至此,康乐团队判断,致使蝗虫成群的“真凶”之一就是4VA 。
在康乐看来,该研究第一次从化学分析、行为验证、神经电生理记录、嗅觉受体鉴定、基因敲除和野外验证等多个层面,对飞蝗群居信息素进行了全面而充分的鉴定和验证,发现和确立了4VA是飞蝗群聚信息素,而过去报道已知的其他化合物都不具备群聚信息素的所有条件 。
该成果文章在审稿之际,3位《自然》杂志审稿人对文章分别给予了高度评价,其中两位匿名审稿人认为:“该研究是一项令人印象深刻的、高技术的、深入的研究”“研究聚焦于一个极具吸引力的生物学问题,在这个领域取得了非常重要的进展” 。
【中国科学家历时16年找到蝗灾真凶 绿色防控成为可能】一位透明审稿人是国际著名神经生物学家、美国科学院院士、美国洛克菲勒大学教授莱斯莉·沃斯霍尔,她在审稿意见中明确表示:“这项工作做出了令人兴奋的发现,找到了一个人们长期寻找的蝗虫群聚信息素分子 。我给予无条件的支持,这项杰出工作应不受任何拖延地在《自然》杂志上发表 。”
蝗灾绿色防控成为可能
长期以来,人们对于蝗灾的防治主要依赖化学杀虫剂大规模的喷施 。康乐在发布会结束后接受采访人员采访时说,此次研究不仅揭示了蝗虫群居的奥秘,更重要的是使蝗虫的绿色和可持续防控成为可能 。
“我们发现,4VA来源于蝗虫吃下去的植物,人工合成非常容易,也很便宜 。”康乐说,利用人工合成的信息素可以在田间长期监测蝗虫种群动态,为预测预报服务;可以设计诱集带诱集蝗虫,并在诱集带集中使用化学农药或生物制剂将其消灭,从而极大地减少化学农药的使用;还可以根据4VA的结构设计拮抗剂,阻止蝗虫的聚集 。
据他介绍,科研人员还在蝗虫的上百个嗅觉受体中,发现了4VA的特异性受体,利用基因编辑技术敲除这种受体后,4VA对飞蝗的吸引力和飞蝗对4VA的响应行为就丧失了 。
“这告诉我们,可以培养这种突变体飞蝗,并长期释放到野外,这样就可能在重灾区建立起‘不能群居’的蝗虫种群 。如此一来,既在野外维持了一定数量的蝗虫,又达到可持续控制的目的,将环境保护与害虫控制有机地结合起来 。”康乐说,4VA和它受体的发现将极大地改变防治蝗虫的对策和技术 。
“这是中国科学家为国际昆虫学和蝗虫防治作出的巨大贡献 。”联合国粮农组织植物生产与保护司司长夏敬源专门为这一成果发来贺信 。他说,这是在经历50年的漫长探索后,科学家第一次真正确认了飞蝗的群聚信息素;4VA的发现将大大提高蝗灾的预测和控制水平,为人们开发新的蝗灾控制方法提供重要线索 。
简单梳理可以看到,人类对蝗虫聚群成灾的认识,迄今已经历几个重要突破:第一个是尤瓦洛夫提出的著名的蝗虫型变理论,该理论提出后,全球先后发现大约10种最具危险性的蝗虫都有型变现象 。第二个重要突破是英国科学家辛普森领导的团队,在上世纪90年代建立的沙漠蝗群居型与散居型行为判别模式和生理学特征 。第三个重要突破,就是康乐院士团队从2004年起,开启的蝗虫型变基因表达调控与表观遗传调控机制的分子机理研究,在此基础上,该团队如今发现飞蝗群聚信息素,揭示出飞蝗群聚的奥秘 。
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