我國科學家發現「蝗蟲群聚成災」奧秘，「特效藥」開啟防控新思路

　　在世界範圍內，蝗災對農業、經濟和環境構成重大威脅。揭秘蝗蟲聚群成災的原因，是各國科學家不懈努力的重要課題。近日，中國科學院動物研究所康樂院士團隊首次發現和確立了一種蝗蟲群聚信息素——4-乙烯基苯甲醚（4VA），揭示了蝗蟲聚群成災的奧秘。該成果已在國際著名學術期刊《自然》上發表。

蝗蟲為何聚群成災？

　　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對農業和經濟造成的損失。雖然僅僅分布在非洲、中東、南歐和南亞地區，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，飛蝗曾對我國農業生產造成嚴重影響，至今仍然是非洲、亞洲、中東和澳大利亞的重要農業害蟲。

儘管蝗災與人類發展歷史長期相伴，但真正從科學上對蝗災成因的認識不足百年。在很長一段時間內，人們認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，不發生遷飛，一般認為無害。群居型蝗蟲一旦形成就會導致蝗災發生，蝗群會大規模移動或遷飛導致更大範圍的蝗災發生。

上世紀20年代，國際著名昆蟲學家和蝗蟲學之父尤瓦洛夫發現飛蝗之所以能成災，是因為蝗蟲可以從低密度的散居型轉變為高密度的群居型，這為之後科學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理是什麼，並沒有在科學上被揭示。

直到上世紀七十年代，科學家們逐步認識到群聚信息素可能是蝗蟲能夠聚集的最關鍵因素。「科學家們經過努力，認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準，特別是沒有野外種群驗證的證據。」康樂院士解釋道。

首次發現並確認蝗蟲群聚信息素

在前期數年的研究基礎之上，近日，康樂院士團隊通過分析飛蝗群居型和散居型的體表和糞便揮發物，在35種化合物中鑑定到了一種由群居型蝗蟲特異性揮發的氣味，釋放量低但生物活性非常高的化合物，4-乙烯基苯甲醚（4VA，4-vinylanisole）。

對此，康樂在成果發布環節表示，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育階段和性別都有很強的吸引力。4VA能夠響應蝗蟲種群密度的變化，隨著種群密度增加而增加，甚至它的產生可由4-5隻散居飛蝗聚集而觸發，具有很低的誘發閾值。

據了解，研究人員在飛蝗觸角上的四種主要感器類型中，發現了4VA特異引起錐形感器的反應。在蝗蟲的上百個嗅覺受體中，他們發現定位在錐形感器中的嗅覺受體OR35是4VA的特異性受體。「當使用基因編輯技術CRISPR/Cas9敲除OR35後，飛蝗突變體的觸角與錐形感器神經電生理反應顯著降低，突變體也對4VA的響應行為和吸引力喪失。」康樂在回答記者提問時表示。

4VA在實驗室得到確認，那麼4VA在戶外和自然環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的吸引力。進而，他們將誘芯直接布局到蝗蟲野外發生區天津北大港，大範圍的區塊實驗再一次證明4VA不僅能吸引野外種群，而且不受自然環境中蝗蟲背景密度的影響。

與會專家一致認為，此次研究首次從化學分析、行為驗證、神經電生理記錄、嗅覺受體鑑定、基因敲除和野外驗證等多個層面對飛蝗群聚信息素進行了全面充分的鑑定和驗證，發現和確立了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。本項研究範式將化學生態學的研究提高到一個新的階段，也是昆蟲學研究的一個重要突破。

改變：控蝗新理念

對於研究的應用前景，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防控成為可能。「長期以來，人們對於蝗災的防治主要依賴化學殺蟲劑大規模的噴施，但不合理的化學農藥的使用對食品安全、生態系統和人類健康會產生負面影響。4VA和它的受體的發現將從多個方面改變人們控制蝗災的理念和方法。」

據了解，依據此次研究，今後可以利用人工合成的信息素在田間長期監測蝗蟲種群動態，為預測預報服務。同時，也可以利用人工合成的信息素設計誘集帶誘集蝗蟲，並在誘集帶集中使用化學農藥或生物製劑將其消滅，從而極大地減少化學農藥的使用。

此外，康樂介紹，根據4VA的結構可以設計出相應的拮抗劑，從而阻止蝗蟲的聚集。同時，嗅覺受體OR35的發現，令使用基因編輯技術建立4VA反應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區建立起不能群居的蝗蟲種群，既在野外維持了一定數量的蝗蟲，又達到可持續控制的目的，將環境保護與害蟲控制有機地結合起來。」