我國科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)蝗蟲群聚成災(zāi)奧秘 綠色控蝗成為可能
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新華網(wǎng)北京8月13日電 在世界范圍內(nèi),,蝗災(zāi)對農(nóng)業(yè),、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境構(gòu)成重大威脅。揭秘蝗蟲聚群成災(zāi)的原因,,是各國科學(xué)家不懈努力的重要課題,。近日,中國科學(xué)院動物研究所康樂院士團(tuán)隊首次發(fā)現(xiàn)和確立了一種蝗蟲群聚信息素——4-乙烯基苯甲醚(4VA),,從而揭示了蝗蟲聚群成災(zāi)的奧秘,。這一成果已在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表。
蝗蟲為何聚群成災(zāi),?百年來科學(xué)家一直在追尋
今年春季肆虐世界多地的沙漠蝗讓人們再一次感受到蝗災(zāi)對農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)造成的損失,。雖然僅僅分布在非洲、中東,、南歐和南亞地區(qū),,但其危害的記載可以追溯到5000多年以前。與此同時,,作為世界上分布最廣泛的蝗蟲,飛蝗曾對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響,,至今仍然是非洲,、亞洲,、中東和澳大利亞的重要農(nóng)業(yè)害蟲?!斑@兩種蝗蟲災(zāi)害一直被認(rèn)為是人類主要的瘟疫之一,。在世界范圍內(nèi),蝗災(zāi)仍然對農(nóng)業(yè),、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境構(gòu)成重大威脅,。”在13日召開的成果發(fā)布會上,,康樂院士表示,。
記者了解到,盡管蝗災(zāi)與人類發(fā)展歷史長期相伴,,但真正從科學(xué)上對蝗災(zāi)成因的認(rèn)識不足百年,。在很長一段時間內(nèi),人們認(rèn)為散居和群居蝗蟲是兩個不同的物種,。散居型蝗蟲因密度較低,,不發(fā)生遷飛,一般認(rèn)為無害,。群居型蝗蟲一旦形成就會導(dǎo)致蝗災(zāi)發(fā)生,,蝗群會大規(guī)模移動或遷飛導(dǎo)致更大范圍的蝗災(zāi)發(fā)生。
上世紀(jì)20年代,,國際著名昆蟲學(xué)家和蝗蟲學(xué)之父尤瓦洛夫發(fā)現(xiàn)飛蝗之所以能成災(zāi),,是因為蝗蟲可以從低密度的散居型轉(zhuǎn)變?yōu)楦呙芏鹊娜壕有停@為之后科學(xué)家的研究提供了重要啟示,。
近80年來,,對蝗群如何形成有許多假說,包括食物,、繁殖地,、性成熟、群聚信息素,、氣候等,,但究竟哪一個因素起主要作用以及其中的奧秘和機(jī)理是什么,并沒有在科學(xué)上被揭示,。
直到上世紀(jì)七十年代,,科學(xué)家們逐步認(rèn)識到群聚信息素可能是蝗蟲能夠聚集的最關(guān)鍵因素?!翱茖W(xué)家們經(jīng)過努力,,認(rèn)為有幾種化合物可能是蝗蟲的群聚信息素,這些信息素被命名為蝗醇、蝗酚等,。但是,,這些化合物中沒有一個化合物能符合群聚信息素的所有標(biāo)準(zhǔn),特別是沒有野外種群驗證的證據(jù),?!笨禈方忉尩馈?/p>
首次發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)蝗蟲群聚信息素 昆蟲學(xué)研究的重要突破
在前期數(shù)年的研究基礎(chǔ)之上,,近日,,康樂院士團(tuán)隊通過分析飛蝗群居型和散居型的體表和糞便揮發(fā)物,在35種化合物中鑒定到了一種由群居型蝗蟲特異性揮發(fā)的氣味,,釋放量低但生物活性非常高的化合物,,4-vinylanisole(4VA,4-乙烯基苯甲醚),。
對此,,康樂在成果發(fā)布會上表示,通過一系列行為實驗確定4VA對群居型和散居型飛蝗的不同發(fā)育階段和性別都有很強(qiáng)的吸引力,。4VA能夠響應(yīng)蝗蟲種群密度的變化,,隨著種群密度增加而增加,甚至它的產(chǎn)生可由4—5只散居飛蝗聚集而觸發(fā),,具有很低的誘發(fā)閾值,。
據(jù)了解,研究人員在飛蝗觸角上的四種主要感器類型中,,發(fā)現(xiàn)了4VA特異引起錐形感器的反應(yīng),。在蝗蟲的上百個嗅覺受體中,他們發(fā)現(xiàn)定位在錐形感器中的嗅覺受體OR35是4VA的特異性受體,?!爱?dāng)使用基因編輯技術(shù)CRISPR/Cas9敲除OR35后,飛蝗突變體的觸角與錐形感器神經(jīng)電生理反應(yīng)顯著降低,,突變體也對4VA的響應(yīng)行為和吸引力喪失,。”康樂在回答記者提問時表示,。
4VA在實驗室得到確認(rèn),,那么4VA在戶外和自然環(huán)境中能夠吸引和聚集蝗蟲嗎?研究人員將含有4VA的誘芯布置在田間,,通過室外草地雙選和誘捕實驗證明4VA對實驗室種群在戶外具有很強(qiáng)的吸引力,。進(jìn)而,他們將誘芯直接布局到蝗蟲野外發(fā)生區(qū)天津北大港,,大范圍的區(qū)塊實驗再一次證明4VA不僅能吸引野外種群,,而且不受自然環(huán)境中蝗蟲背景密度的影響,。
與會專家一致認(rèn)為,此次研究首次從化學(xué)分析,、行為驗證,、神經(jīng)電生理記錄、嗅覺受體鑒定,、基因敲除和野外驗證等多個層面對飛蝗群聚信息素進(jìn)行了全面充分的鑒定和驗證,發(fā)現(xiàn)和確立了4VA是飛蝗群聚信息素,,而過去已知的其它化合物都不具備群聚信息素的所有條件,。本項研究范式將化學(xué)生態(tài)學(xué)的研究提高到一個新的階段,也是昆蟲學(xué)研究的一個重要突破,。
改變控蝗理念 蝗蟲的綠色和可持續(xù)防控成為可能
對于研究的應(yīng)用前景,,康樂表示,該研究不僅揭示了蝗蟲群聚的奧秘,,而且使蝗蟲的綠色和可持續(xù)防控成為可能,。“長期以來,,人們對于蝗災(zāi)的防治主要依賴化學(xué)殺蟲劑大規(guī)模的噴施,,但不合理的化學(xué)農(nóng)藥的使用對食品安全、生態(tài)系統(tǒng)和人類健康會產(chǎn)生負(fù)面影響,。4VA和它的受體的發(fā)現(xiàn)將從多個方面改變?nèi)藗兛刂苹葹?zāi)的理念和方法,。”
據(jù)了解,,依據(jù)此次研究,,今后可以利用人工合成的信息素在田間長期監(jiān)測蝗蟲種群動態(tài),為預(yù)測預(yù)報服務(wù),。同時,,也可以利用人工合成的信息素設(shè)計誘集帶誘集蝗蟲,并在誘集帶集中使用化學(xué)農(nóng)藥或生物制劑將其消滅,,從而極大地減少化學(xué)農(nóng)藥的使用,。
此外,康樂介紹,,根據(jù)4VA的結(jié)構(gòu)可以設(shè)計出相應(yīng)的拮抗劑,,從而阻止蝗蟲的聚集。同時,,嗅覺受體OR35的發(fā)現(xiàn),,令使用基因編輯技術(shù)建立4VA反應(yīng)缺失的突變體成為可能,“這種突變體長期釋放到野外就可能在重災(zāi)區(qū)建立起不能群居的蝗蟲種群,,既在野外維持了一定數(shù)量的蝗蟲,,又達(dá)到可持續(xù)控制的目的,,將環(huán)境保護(hù)與害蟲控制有機(jī)地結(jié)合起來?!?王瑩)