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蝗虫聚群成灾的奥秘终于找到了,治蝗将迎来重大改变!

来源:大象新闻2020-08-13 18:11:14

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8月13日,中国科学院官网发布了一篇《动物所揭示蝗虫聚群成灾的奥秘》,称中科院动物研究所康乐院士团队发现了一种蝗虫群聚信息素分子,成功揭示了蝗虫聚群成灾的奥秘。这一成果8月12日在国际学术期刊《自然》发表。

中科院动物研究所康乐院士团队通过分析飞蝗群居型和散居型飞蝗的体表和粪便挥发物,在35种化合物中鉴定到了一种由群居型蝗虫特异性挥发的气味,释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)。通过一系列行为实验确定4VA对群居型和散居型飞蝗的不同发育阶段和性别都有很强的吸引力。4VA能够响应蝗虫种群密度的变化,随着种群密度增加而增加,甚至它的产生可由4-5只散居飞蝗聚集而触发,具有很低的诱发阈值。

研究人员在飞蝗触角上的四种主要感器类型中,发现了4VA特异引起锥形感器的反应。研究人员将含有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。4VA不仅能吸引野外种群,而且不受自然环境中蝗虫背景密度的影响。

本研究首次从化学分析、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,本项研究范式将化学生态学的研究提高到一个新的阶段。因此,这项研究被认为是昆虫学研究的一个重要突破。

图为飞蝗

蝗虫通常胆小、喜欢独居,危害有限。但它们如果改变习性,变成群聚生活,最终大量聚集、集体迁飞,就会形成令人生畏的蝗灾,对农业造成极大损害。蝗灾与旱灾、洪灾并称我国历史上的三大自然灾害,曾造成严重的农业和经济损失。

飞蝗Locusta migratoria是世界性大害虫,在我国有关蝗虫的最早文字记载可以追溯到甲骨文时期。据我国近2000多年的历史记载显示,大规模的蝗灾发生过800多次。飞蝗至今仍然是非洲、亚洲、中东和澳大利亚的重要农业害虫。沙漠蝗虽然仅仅分布在非洲、中东、南欧和南亚地区,但危害的记载可以追溯到5000多年以前。这两种蝗虫灾害一直被认为是人类主要的瘟疫之一。

蝗虫型变理论是由国际著名昆虫学家和蝗虫学之父尤瓦洛夫(Uvarov,1921)提出的,在该理论提出之前,人们普遍认为蝗虫分为散居型蝗虫和群居蝗虫两个物种。他发现飞蝗之所以能成灾是因为蝗虫可以从低密度的散居型转变为高密度的群居型,他因在蝗虫研究方面的杰出贡献,被英国皇家授予爵士头衔。

《国家地理》曾详解过沙漠蝗虫聚集的奥秘:摩擦后“变形”

但是什么让蝗虫发生了这样转变?几十年来科学家们却一直没搞清楚。

该研究不仅揭示了蝗虫群居的奥秘,从而使蝗虫的绿色和可持续防控成为可能,在此之前,人们对蝗虫的防治主要依赖化学杀虫剂大规模的喷施。

康乐说:“人工合成4VA非常便宜,也不难。我们可以人工合成4VA,在田间长期监测蝗虫种群动态,为预测预报服务;也可以设计诱集带诱集蝗虫,只在诱集带集中使用化学农药或生物制剂将其消灭;也可以根据4VA的结构设计拮抗剂,阻止蝗虫的聚集。”康乐介绍,蝗虫是生态系统中的重要一员,是鸟类、蛇类等生物的食物,不能让它们聚集成灾,但也不能让蝗虫灭绝,“嗅觉受体OR35的发现,为使用基因编辑技术建立4VA反应缺失的突变体成为可能,这种突变体长期释放到野外就可能在重灾区建立起不能群居的蝗虫种群,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。”

国际著名神经生物学家、美国科学院院士、美国洛克菲勒大学莱斯莉•沃斯霍尔教授,明确表示,“这项(研究)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。文章包含了令人吃惊的多个层次的研究,我给予我无条件的支持,这项杰出的工作不要有任何拖延应该优先在《自然》杂志上发表。”

我国新一代蝗虫研究的代表人物

康乐院士是我国新一代蝗虫研究的代表人物。

康乐院士1982年毕业于内蒙古农业大学获学士学位,1987获中国农业大学硕士学位,1990年于中国科学院动物研究所获博士学位。2011年当选为中国科学院院士。国家“百千万人才工程”一、二层次专家,杰出青年基金获得者,国家有突出贡献的中青年专家。

上世纪80年代中,康乐团队瞄准了我国北方草原区的蝗灾问题, 发现了蝗灾发生与草原过度放牧的关系,提出加强草原管理、防止草原退化,从而达到草原蝗虫生态治理的目的。这项研究在1997年和1999年分别获得中国科学院自然科学一等奖和国家自然科学三等奖。

1999年获国家自然科学三等奖;2017年度,康乐院士获得杰出科技成就奖;2018年1月,康乐院士领衔完成的“飞蝗两型转变的分子调控机制研究”成果获得国家自然科学奖二等奖。

康乐院士将基因组学研究和生态学问题有机结合,以飞蝗为研究模式,围绕种群暴发成灾机制等世界难题,取得系列重大突破性进展,并成为国际上生态基因组学研究的主要开拓者。破译了飞蝗基因组(已测序的最大动物基因组),并揭示大基因组形成的原因和飞蝗长距离飞行、食性和大规模聚群的遗传基础。确定了嗅觉感受基因和多巴胺代谢途径参与飞蝗聚群行为调控的功能 , 以及表型可塑性的表观遗传调控机制。阐明了飞蝗在世界范围内的起源、扩散、种群遗传和适应性分化机制。揭示了植物营养等生态因子在种群暴发成灾中的作用机制 , 改变了传统认识。为我国绿色农业战略实施做出了基础性贡献。

综合中国科学院官网、央视新闻、光明网、澎湃新闻、中科院动物所微信公众号

文章关键词:蝗虫聚群成灾 蝗虫 责编:安文靖

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