我科學家精準“關閉”蝗蟲集結號

來源：光明網-《光明日報》

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光明日報北京7月1日電（記者晉浩天）在廣袤的農田上空，遮天蔽日的蝗羣曾是人類農業的噩夢。如今，我國科學家不僅破解了蝗蟲的“集結密碼”，更成功掌握了精準“關閉”這一危險集結號的鑰匙。國際學術期刊《自然》日前在線發表中國科學院動物研究所康樂院士團隊與北京大學雷曉光教授團隊合作的研究成果，首次完整解析了導致蝗蟲大規模聚集的核心信息素——4-乙烯基苯甲醚（以下簡稱“4VA”）在蝗蟲體內的生物合成全過程，並基於此成功研發出能精準干預其合成、從而阻止蝗羣形成的小分子抑制劑，爲農業害蟲綠色防控體系的構建開闢全新路徑。

蝗蟲羣聚信息素是蝗災形成的關鍵推手。康樂團隊在2020年率先鑑定出4VA是飛蝗的羣聚信息素，結束了長達半個世紀的科學爭論。然而，4VA如何在蝗蟲體內合成，其合成又如何受種羣密度調控，始終是懸而未決的謎團。

團隊研究發現，蝗蟲合成4VA的原料竟源自植物中最常見的苯丙氨酸。這種狡猾的生物利用植物木質素合成通路的中間產物，僅需在體內完成最後兩步轉化，就能製造出引發蝗羣聚集的化學信號。這一“借雞生蛋”的策略大幅降低了蝗蟲的能量與物質消耗。

經過多年探索，研究團隊成功鎖定了將中間體4-乙烯基苯酚（以下簡稱“4VP”）轉化爲最終信息素4VA的“分子開關”——兩個關鍵的甲基轉移酶4VPMT1和4VPMT2。這兩個酶的表達水平會隨着蝗蟲種羣密度的增加而顯著上升，是羣居蝗蟲能產生4VA而散居蝗蟲不能的核心原因。當研究人員利用RNA干擾技術同時抑制這兩個基因時，4VA的釋放量急劇下降，羣居蝗蟲的行爲也隨之顯著轉變爲散居狀態。

“令人振奮的是，基於對這兩個關鍵酶結構的深入解析，研究團隊精準設計並篩選出一種高效的小分子抑制劑——4-硝基苯酚（以下簡稱“4NP”）。這種抑制劑能阻止其將4VP轉化爲4VA。”雷曉光說。

實驗證明，抑制劑效果極其顯著：在實驗室中，僅需向羣居蝗蟲體內注射0.1納摩爾的4NP，就能大幅抑制4VA的產生；在更貼近實際的場景中，給羣居蝗蟲餵食噴灑了4NP的麥苗後，其4VA釋放量同樣驟降，行爲迅速從羣居轉變爲散居。更關鍵的是，即使將散居蝗蟲置於通常能誘導其羣聚的條件下，飼餵4NP後，它們依然保持散居狀態，而對照組則迅速聚集。這表明4NP能有效阻斷蝗蟲形成災害性的羣體。

“該研究創新性地提出並實踐了一種全新的害蟲防控策略：通過精準化學干預昆蟲的信息素通信系統來調控其行爲，而非依賴傳統的廣譜殺蟲劑進行毒殺。”雷曉光指出，這種基於“行爲調控”的“綠色農藥”，具有高度靶向性，隻影響目標害蟲的關鍵行爲，對環境和非靶標生物友好，代表了未來農業害蟲綠色可持續防控的重要方向，爲全球應對蝗災、保障糧食安全和維護生態健康提供了強大的科學武器。