生态防范蝗灾！我国科学家破译“虫族密会”暗号

秋天的田野被大量蝗虫振翅的轰鸣惊扰。这些生物为何能在一夕之间“集结”？如何开辟化学农药之外的治蝗“新路径”？

记者获悉，我国研究团队成功实现对蝗虫群聚信息素4-乙烯基苯甲醚（4VA）生物合成与释放过程的精准化学调控，破译了这场“虫族密会”的暗号，今后生态防范蝗灾成为可能。

这项成果由中国科学院动物研究所康乐团队与北京大学雷晓光团队合作完成，25日晚间在线发表于国际学术期刊《自然》。

解码“交流暗号”：揭示蝗虫信息素的完整生物合成途径

每年夏秋之交，农田上经常会突然腾起一片褐色的“云”，所到之处绿叶多成枯枝，这就是蝗虫群聚导致的蝗灾。

作为“散居类”昆虫，蝗虫为何能从四面八方聚集成群？中国科学院院士康乐介绍，蝗虫可以释放信息素吸引同类，从而形成大规模的蝗群。

作为昆虫体内各种腺体或细胞产生并分泌到体外的微量化学物质，昆虫信息素是昆虫通讯的重要化学媒介，在求偶、交配、觅食、聚集、产卵、导航定向等行为中发挥重要作用。

业内专家认为，尽管已有超过3000种昆虫的信息素被发现和鉴定，但是全面揭示一个特定的信息素在昆虫体内的生物合成途径依然少见。

对于蝗虫来说，群聚信息素4VA是它们呼朋引伴的“交流暗号”。我国科研团队通过解析这种微量化学物质的完整生物合成途径，成功鉴定出4VA的生物合成前体化合物以及关键合成酶4VPMT1和4VPMT2。

定向发出“假请柬”：对蝗虫群聚行为人工干预

蝗虫自己不会制造群聚信息素4VA，需要通过啃食植物中最常见的氨基酸，制成自己的“交流暗号”。

“作为4VA生物合成的关键酶，我们发现4VPMTs也是抑制蝗虫聚集的重要靶点。”中国科学院动物研究所郭晓娇副研究员说，在此基础上，借助植物中普遍含有的4-硝基苯酚，与4VPMTs的特异性相互作用，从而抑制4VA生物合成，阻止蝗虫聚集。

顺藤摸瓜，研究团队设计和筛选开发出特异性小分子抑制剂，成功实现对蝗虫群聚信息素的调控，进而完成对蝗虫群聚行为的人工定向干预。

也就是说，通过对4VA进行生物合成与释放过程的精准化学调控，人类或许可以给蝗虫发一张“假请柬”。

“昆虫信息素的生物合成研究极具挑战性，很多情况下缺少有效的研究手段。这项研究突破领域瓶颈，系统剖析了蝗虫群聚信息素的完整生物合成途径。”上海交通大学教授、中国科学院上海有机化学研究所研究员刘文说。

减少杀虫剂“误伤”：开辟综合治蝗“新路径”

为了快速应对蝗虫，传统化学农药往往是首选，但经常会对益虫造成“误伤”，甚至污染水源和土壤，影响人类健康。寻找化学农药替代，已经成为当前的紧迫任务。

昆虫信息素的开发与利用，是实现精准调控害虫行为、推动害虫防控绿色可持续发展的关键突破方向。

“当蝗虫种群密度高时，就会形成灾害。”康乐院士介绍，借助这项研究，我们可以把蝗虫集聚起来，在有限的范围内使用化学农药，避免大规模撒药，减少生态污染。

通过高效特异的小分子抑制剂，也可以进行生物防治。比如在群聚情况下，蝗虫会产生苯乙腈，对鸟类等天敌有警告作用。设计拮抗剂后，蝗虫难以群聚，在分散的情况下，蝗虫就不再产生苯乙腈，鸟类就可以吃掉它们，从而达到生物防治的目的。

中国工程院院士、中国农业科学院植物保护研究所研究员吴孔明说，这一成果填补了昆虫化学通讯合成机制研究与靶向调控的空白，提供了“以生物信息交流为靶点”的害虫防控新思路，为田野里的绿色防控开辟新路。

(彭韵佳、胡喆)