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我科学家揭示蝗虫聚群成灾之谜
2020年08月14日 16:38 来源:光明日报 作者: 字号

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  本报北京8月13日电(记者齐芳)一只蝗虫不过手指大小,但当这种小昆虫聚集成群,会让过处寸草不留,给农业和环境造成毁灭性灾害。那么,究竟是什么让蝗虫聚群成灾?中国科学院动物研究所康乐院士领导的研究团队首次鉴定出一种由群居型飞蝗特异性挥发的化合物——4-乙烯基苯甲醚(4VA),被认为是导致飞蝗聚群的关键性群聚信息素之一。该发现使对蝗虫的绿色和可持续防控成为可能。康乐介绍,“我推测,其他蝗虫属种,比如沙漠蝗,或许它的群聚信息素不是4VA,但这一研究框架同样适用。”这一成果发表在北京时间12日晚出版的学术期刊《自然》上。

  国际著名昆虫学家和蝗虫学之父尤瓦洛夫发现,散居型蝗虫和群居蝗虫并不是人们以为的两个物种,它们从低密度的散居型转变为高密度的群居型,成为蝗灾。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。20世纪70年代,科学家们逐步认识到蝗虫可能会分泌独特的群聚信息素,使它们聚集起来。多年来,科学家们鉴定出几种化合物,例如蝗醇、蝗酚等,但没有一个化合物能符合群聚信息素的所有标准,特别是没有野外种群验证的证据。

  康乐领导的研究团队分析了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能让群居型蝗虫发出特异性气味的化合物4VA,它释放量低但生物活性非常高。康乐说:“我们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。而且它能够响应飞蝗种群密度的变化,单只飞蝗不会分泌这种信息素,但4-5只散居飞蝗聚集起来就而触发某种机制,开始分泌,具有很低的诱发阈值。大约需要3年到5年的时间,飞蝗逐渐聚集成灾,形成蝗灾后又在几个月的时间里迅速崩塌。”

  同时,研究人员也搞清楚了飞蝗是如何接收这种信号的——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;在飞蝗的上百个嗅觉受体中,发现定位在锥形感器中的嗅觉受体OR35是4VA的特异性受体。

  进一步的野外试验也证明,4VA不仅能吸引野外飞蝗种群,而且不受自然环境中蝗虫背景密度的影响。

  该研究或将极大地改变防治蝗虫的对策和技术,让对蝗虫的防治由主要依赖化学杀虫剂大规模的喷施,向绿色和可持续防控的转变成为可能。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。”

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