蝗虫如何聚群成灾?中国科学家最新研究揭秘

  中新网北京8月13日电 (记者 孙自法)飞蝗是天下上漫衍最普遍的蝗虫,至今仍是非洲、亚洲、中东和澳大利亚的主要农业害虫,其聚群成灾机理研究一直备受关注。

  中国科学家历时数十年连续研究,最近取得里程碑突破——发现化合物4-乙烯基苯甲醚(4-vinylanisole,4VA)对群居型和散居型飞蝗的差别发育阶段和性别都有很强的吸引力,并定位蝗虫锥形感器中的嗅觉受体OR35是4VA的特异性受体。

蝗虫如何聚群成灾?中国科学家最新研究揭秘 康乐院士先容科研功效。 孙自法 摄

  由中国科学院院士、中科院动物研究所康乐研究员团队乐成揭秘蝗虫聚群成灾机理的重大科研功效论文,已获最新一期国际权威学术期刊《自然》揭晓。

  判定发现蝗灾“罪魁祸首”4VA

  中科院13日在北京就这项功效举行专题新闻发布会。康乐院士先容说,研究团队2004年开启蝗虫型变基因表达调控和表观遗传调控的分子机理研究,通过剖析飞蝗群居型和散居型飞蝗的体表和粪便挥发物,在35种化合物中判定到一种由群居型蝗虫特异性挥发的气息,释放量低但生物活性异常高的化合物4VA。

  研究团队通过一系列行为实验确定4VA对群居型和散居型飞蝗的差别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转变,随着种群密度增添而增添,甚至它的发生可由4-5只散居飞蝗群集而触发,具有很低的诱发阈值。

蝗虫如何聚群成灾?中国科学家最新研究揭秘 康乐院士先容科研功效。 孙自法 摄

  同时,研究团队在飞蝗触角上的四种主要感器类型中,发现4VA特异引起锥形感器的反映。在蝗虫的上百个嗅觉受体中,他们发现定位在锥形感器中的嗅觉受体OR35是4VA的特异性受体。当使用基因编辑手艺CRISPR/Cas9敲除OR35后,飞蝗突变体的触角与锥形感器神经电心理反映显著降低,突变体也对4VA的响应行为和吸引力损失。

  为进一步研究4VA在户外和自然环境中是否能够吸引和群集蝗虫,研究团队将含有4VA的诱芯部署在田间,通过室外草地双选和诱捕实验证实4VA对实验室种群在户外具有很强的吸引力。后续,他们将诱芯直接结构到蝗虫野外发生区天津北大港,大局限的区块实验再一次证实,4VA不仅能吸引野外种群,而且不受自然环境中蝗虫靠山密度的影响。

  康乐指出,最新研究首次从化学剖析、行为验证、神经电心理纪录、嗅觉受体判定、基因敲除和野外验证等多个层面,对飞蝗群居信息素举行周全而充实的判定和验证,发现并确立4VA是飞蝗群聚信息素。而且,这不仅是在昆虫界,也是在动物界第一次发现4VA。

蝗虫如何聚群成灾?中国科学家最新研究揭秘 康乐院士回覆提问。 孙自法 摄

  推动绿色和可连续防控蝗灾

  历久以来,人们对于蝗灾的防治主要依赖化学杀虫剂大规模的喷施,而不合理的化学农药的使用对食品安全、生态系统和人类康健发生了伟大的负面影响。中国科学家团队的最新研究不仅展现蝗虫群居的秘密,而且使蝗虫的绿色和可连续防控成为可能。

  康乐示意,4VA和它的受体的发现,将极大改变防治蝗虫的对策和手艺,这项研究功效将从多个方面改变人们控制蝗灾的理念和方式:

  一是行使人工合成的信息素可以在田间历久监测蝗虫种群动态,为展望预告服务;

  二是行使人工合成的信息素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祛除,从而极大地削减化学农药的使用;

  三是凭据4VA的结构设计拮抗剂,阻止蝗虫的群集;

  四是嗅觉受体OR35的发现,为使用基因编辑手艺确立4VA反映缺失的突变体成为可能,这种突变体历久释放到野外就可能在重灾区确立起不能群居的蝗虫种群,既在野外维持了一定数目的蝗虫,又到达可连续控制的目的,将环境珍爱与害虫控制有机结合起来。

内蒙古捐赠俄罗斯163吨大米从满洲里公路口岸通关

(记者 李爱平)满洲里海关8月13日消息称,当日,内蒙古自治区政府捐赠俄罗斯的163吨大米从满洲里公路口岸运往俄罗斯。该批物资将用于支持俄罗斯后贝加尔边疆区政府抗击疫情相关工作。图为满洲里海关关员验放捐赠物资。

蝗虫如何聚群成灾?中国科学家最新研究揭秘 飞蝗群聚信息素4VA的判定与功效研究。(研究团队 供图) 供图 摄

  将对蝗灾防治发生颠覆性影响

  中国科学家关于蝗虫聚群成灾研究的最新功效,获得国际国内学术界高度评价,以为是昆虫学研究领域一个里程碑式的、颠覆性的主要突破,并将化学生态学的研究提高到一个新的阶段。

  功效论文在《自然》审稿时,两位匿名审稿人以为“该研究旨在说明4VA作为群居信息素在飞蝗群聚过程中的作用,是一项令人印象深刻的、高手艺的、深入的研究”“本研究聚焦于一个极具吸引力的生物学问题,在这个领域取得了异常主要的希望”。

蝗虫如何聚群成灾?中国科学家最新研究揭秘 飞蝗(Locusta migratoria)。(研究团队 供图) 供图 摄

  另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、美国洛克菲勒大学莱斯莉·沃斯霍尔(Leslie B.Vosshall)教授,她在审稿意见中明确示意:“文章包含了令人吃惊的多个条理的研究。这项事情做出了令人兴奋的发现,找到了一个人们历久寻找的蝗虫群聚信息素分子。”

  非洲科学院院长菲利克斯·达帕雷·达科拉(Felix Dapare Dakora)以为,4VA功效是国际蝗虫学研究的一个新的里程碑,同时对非洲蝗灾的治理具有主要而深远的意义,他希望借鉴这个事情的效果对非洲沙漠蝗灾的治理提出防控对策和方式。

  联合国粮农组织植物生产与珍爱司司长夏敬源发贺信说,这是中国科学家为国际昆虫学和蝗虫防治做出的伟大孝敬;这是在履历50年的漫长探索后,科学家们第一次真正确认了飞蝗的群聚信息素;4VA发现将大大提高蝗灾的展望和控制水平,为人们开发新的蝗灾控制方式提供主要线索。“同时,我以为你们的研究也为沙漠蝗的研究和控制提供了主要参考”。

  中科院院士、深圳华大基因研究院理事长杨焕明以为,研究揭秘蝗虫聚群成灾的科研功效,是继介入人类基因组、水稻基因组设计之后,中国科学家对天下的又一个重大科学孝敬。

  中国农业科学院植物珍爱研究所王桂荣研究员指出,蝗虫群聚信息素4VA分子结构简朴,相关产物研发成本低,在抑制蝗灾领域将获得很好应用。

  中国农业大学教授张龙示意,蝗虫群聚信息素4VA的发现并确立,是对蝗灾防治将发生颠覆性影响的重大功效。

蝗虫如何聚群成灾?中国科学家最新研究揭秘 蝗虫聚群成灾。(研究团队 供图) 供图 摄

  蝗灾研究生长的“宿世今生”

  蝗灾与旱灾、洪灾并称中国历史上的三大自然灾难,据中国2000多年的历史纪录显示,大规模的蝗灾发生过800多次。飞蝗是天下上漫衍最普遍的蝗虫,沙漠蝗虽然仅仅漫衍在非洲、中东、南欧和南亚区域,但危害的纪录可以追溯到5000多年以前。

  这两种蝗虫灾难一直被以为是主要蝗灾。在天下局限内,蝗灾仍然对农业、经济和环境组成重大威胁。从2019年到2020年6月,沙漠蝗的发作从非洲之角到伊朗南部和印巴疆域,蔓延到20多个国家和区域。联合国粮农组织判断,沙漠蝗蝗灾波及区域达26万多公顷,规模为25年一遇,1平方公里的蝗群1天就能吃掉3.5万人的口粮,该区域1190万人的粮食供应受到直接威胁。近年来,俄罗斯、北美和南美也遭遇到当地蝗虫的袭扰。

  据康乐院士团队先容,只管蝗灾与人类生长历史历久相伴,然则真正在科学上对蝗灾成因的熟悉不足百年。国际著名昆虫学家和“蝗虫学之父”尤瓦洛夫1921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。而在尤瓦洛夫提出蝗虫型变理论之前,人们把散居和群居蝗虫以为是两个差别的物种。散居型蝗虫因密度较低,不发生迁飞,一样平常以为无害。群居型蝗虫一旦形成就会导致蝗灾发生,蝗群会大规模移动或迁飞导致更大局限的蝗灾发生。

  近80年来,对蝗群若何形成有许多假说,包罗食物、繁殖地、性成熟、群集信息素、天气等假说,然则究竟是哪一个因素起主要作用以及其中的秘密和机理并没有在科学上被展现。上世纪七十年代,国际上科学家们才逐步熟悉到群聚信息素可能是蝗虫能够群集的最关键因素。经由50多年几代科学家的不停起劲,有几种化合物被以为可能是蝗虫的群聚信息素,这些信息素被命名为蝗醇、蝗酚等。然则,这些化合物中没有一个化合物能相符群聚信息素的所有尺度,特别是没有野外种群验证的证据。

  人类对蝗虫聚群成灾的熟悉,迄今已履历几个主要突破:首先是尤瓦洛夫提出的著名的蝗虫型变理论,该理论提出之后,先后在天下上发现大约有10种最具危险性的蝗虫都有型变征象。

  第二个主要突破是英国科学家辛普森向导的团队在上世纪90年代确立的沙漠蝗群居型与散居型行为判别模式和心理学特征。

  第三个主要的突破是来自于中科院康乐院士团队,他们新发现飞蝗群聚信息素,展现出飞蝗群聚的秘密。这一突破具有主要的理论意义与应用价值,将进一步推动国际蝗虫领域的研究。(完)

蝗虫如何聚群成灾?中国科学家最新研究揭秘

【编辑:王诗尧】

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