浙大科学家最新发现:水稻里有一种神秘物质 只要控制好它的分泌,害虫就会自动离开

2018-05-16 10:03:19 来源: 杭州网—都市快报 记者 胡信昌
  左边是自然野生型水稻;右边是敲除了CYP71A1基因的水稻 受访者供图  褐飞虱田间危害水稻症状 受访者供图  成长期的水稻最怕两大害虫的生死考验  目前消灭害虫一直靠不断喷洒农药  五羟(音“qiǎng”)色胺是一种让动物(包括人)的大脑产生愉悦感的化合物,韦德1946手机版客户端大学农学院舒庆尧及其合作者最新的研究发现,五羟色胺也会让水稻田里的害虫更加愉悦。害虫在啃食水稻时候,水稻体内的五羟色胺含量会增加,害虫口中的水稻也因此变得更加美味可口。而没有了五羟色胺的水稻,害虫不爱吃。  这是科学家第一次发现五羟色胺与水稻病虫害之间的关系。为防治水稻病虫害和水稻品种培育,提供了全新思路。  相关论文《基于五羟色胺生物合成抑制的水稻抗虫性》2018年5月7日发表在植物领域世界顶级学术期刊Nature Plants上。  水稻害虫现在只有农药能治  昨天,舒庆尧教授接受记者专访,为我们系统解读了他们科研团队的研究成果。  舒庆尧教授,主要从事水稻新品种选育工作,要选好水稻种子,主要是考量水稻抗虫抗病的表现,还有产量高低和品质优劣。这次舒庆尧教授团队研究的成果,主要与水稻抗害虫相关。  舒庆尧教授直言,在水稻抗病方面,科学家已经做得很好,但在水稻抗害虫方面,目前还没有什么大突破。目前防治害虫的办法就是打农药。“可以说,在水稻抗害虫这个研究领域,目前研究成果和积累非常稀少,有一点点突破,都会被业界所关注。这也是我们的研究成果备受关注的原因。”  水稻每年都要面临两大害虫的生死考验  常年在超市买米的你可能不知道,每年,处于成长期的水稻,都会迎来两大害虫带来的生死考验——褐飞虱和二化螟。这两种害虫很细小,不仔细看还看不到,但其危害却可造成水稻大幅度减产甚至颗粒无收。这是各地农技人员严防死守的两种害虫。  褐飞虱主要通过水稻叶子与茎相连的叶鞘吸食水稻的汁液而危害水稻。因为个子小,危害部位隐蔽,往往不容易被发现。褐飞虱成灾时,可以在两天之内,把整块田里的水稻植株的汁液吸干,造成水稻变黄干枯,就像是火烧过一样,这种情况被称作为“虱烧”(Hopper burn)。每年都有几十万亩水稻成灾,水稻颗粒无收,让农民救都没法救。  而二化螟,又叫蛀心虫,顾名思义,这是一种喜欢钻进水稻茎秆最里面,吃最幼嫩的稻叶的主。它是个吃货,就知道不停地吃啊吃,被它蹂躏过的水稻,会出现空心化现象,外面看上去好好的,里面已经空掉。就算水稻穗抽出来了,它也会把茎咬断,外面看上去稻谷长出来了,但谷粒是空心的。  舒老师说:“我们的水稻实验田中,因为不打农药,水稻经常会被这两种害虫困扰。在一些大型农场,农场主害怕碰到害虫颗粒无收的可怕后果,所以到了时间点,就洒农药。不管有病没病,先吃药再说。这样做的后果,让水稻的农药残留更加高了。”  五羟色胺决定害虫爱不爱吃水稻  了解了害虫的危害。再了解这次科研成果的主角,五羟色胺。在这项科研成果中,五羟色胺非常关键。这是一种让大脑愉悦的化合物,如果人缺少这种化学物质,那就麻烦了,人要抑郁了。害虫也喜欢五羟色胺,吃进五羟色胺,不仅欢乐,而且对害虫身体好。  水稻里面,有少量的五羟色胺这一物质。但神奇的是,害虫一吃水稻,水稻就会不断分泌五羟色胺这种物质。这样,在啃食水稻时,水稻在害虫口中变得更加美味了。大自然就是这么神奇,水稻明明要被害虫咬死了,但水稻却分泌出了五羟色胺,让害虫吃得更加欢乐!  这是害虫有魔法吗?舒教授说,其中原因,我们也在研究中,初步认为,害虫的唾液,可能激发了水稻体内的某个基因开关,害虫一咬,水稻内的五羟色胺就会源源不断分泌出来,让水稻在害虫口中更加的美味。这真是要命了。  “五羟色胺含量升高,它主要由一个叫CYP71A1的基因负责合成。当害虫侵食水稻时,这个合成五羟色胺的‘开关’就被打开了。”舒庆尧说。他们在研究过程中发现,水稻没有了五羟色胺,害虫就不爱水稻了。  在一个实验中,为了探究五羟色胺对害虫的影响,课题组人员先数出15只褐飞虱,放到装有两株水稻的容器中:一株水稻是自然野生型水稻,另一株是敲除了CYP71A1基因,不能合成五羟色胺的水稻。工作人员每隔一小时观察水稻上褐飞虱的数量。最后他们发现,一开始均匀分布的褐飞虱,最后大部分都到野生水稻那边去了。明显不爱吃没有合成五羟色胺的水稻。  在另一个实验中,两组螟虫,一组吃了五羟色胺饲料,一组没有,在成活率和个头大小上,吃了五羟色胺的虫子,比没有吃的虫子,要优秀很多。螟虫幼虫成为蛹,一般需要35天,没有吃五羟色胺饲料的虫子,要47天才成为蛹,个头只有正常一半。很明显,五羟色胺对虫子非常重要,就像是能量块对汽车人一样重要。  舒教授说,在科研过程中,他们也有了其他收获。“比如对水杨酸有了新的认识。以前研究人员认为,水杨酸与水稻抗病有关,对抗虫,也有一些作用。但我们的研究发现,水杨酸并不直接抗虫,真正抗虫,还是五羟色胺在起作用。水稻在遇到害虫咬的时候,水杨酸分泌会增加,水杨酸会抑制五羟色胺的分泌,起到抗虫的作用。”  “五羟色胺和水杨酸就像是两个彼此相连的水龙头,一个开大了,另一个势必就会小一点。这表明,水稻在遭遇虫咬的时候,并不是毫无抵抗的,它也是分泌出了水杨酸,试图抑制五羟色胺的分泌,让害虫不喜欢它。可惜,一方面他想抵抗,一方面身体内却在不断地分泌出五羟色胺,让害虫吃得更加开心。这种反抗,显得非常徒劳。”  目前正在努力研究  抑制水稻的五羟色胺分泌  种种研究和实验表明,五羟色胺,就是水稻抗虫的关键物质了。  舒教授研究团队发现了五羟色胺的作用后,想到了新的抗虫思路。只要抑制五羟色胺的分泌,害虫就不会喜欢水稻,这样水稻抗虫性就好了很多。  舒教授说,害虫吃了水稻,水稻分泌五羟色胺,这肯定是水稻的某个基因在起作用。我们接下来想找到这个基因,把这个基因改造一下,这样虫子吃水稻的时候,五羟色胺不会再分泌,虫子觉得不好吃,也就不会去吃了。目前,科研团队正在努力做这方面的研究。  “我们业内对这个思路,还是很开心的,因为这样对水稻来说,不需要增加基因,我们只要稍微改造一下原有基因就可以达到防虫的目的了。”  舒教授有信心实现这一设想,目前他们正在加倍努力中。  科学到实际应用  需要很长时间  《Nature》《Science》《Cell》是世界顶级的学术期刊。这两年浙大的教授在这些顶级期刊上发表的论文多起来了。  舒教授说,发表在《Nature》《Science》《Cell》上的科学论文,进入实际运用中,要经过很多科学家们漫长时间的努力。  比如现在生物技术中,运用比较火的基因编辑技术,相关的学术论文,在15年前就发表了。从科学机制的发现,到10多年后,成为一项技术,解决很多问题,在科学研究领域,10多年已经是非常快的时间了。
标签:水稻;害虫;水稻抗虫抗病 编辑: 李爱红
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