点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:给蝗虫群聚装上“智能刹车”
首页> 光明科普> 焦点新闻 > 正文

给蝗虫群聚装上“智能刹车”

来源:中国科学报2025-06-27 10:23

  ■中国科学报记者 冯丽妃

  蝗虫群聚是蝗灾暴发的核心因素。这些农业害虫为何会“集结”?2020年,中国科学院院士、中国科学院动物研究所研究员康乐团队发现,蝗虫的群聚依赖于一种化学信号——信息素4-乙烯基苯甲醚(4VA)。但是,这种化学信号是如何合成的尚不清楚。

  现在,康乐团队与北京大学教授雷晓光团队合作,揭示了其背后的合成机制,鉴定出关键合成酶并开发出特异性抑制剂,首次实现对蝗虫群聚行为的精准化学调控,为全球农业害虫绿色防控提供了革命性策略。相关研究6月25日发表于《自然》。

给蝗虫群聚装上“智能刹车”

群居蝗虫(右)与散居蝗虫对比。研究团队供图

  打开蝗虫群聚“黑箱”

  当蝗灾发生时,成千上万的蝗虫总是集群而来,遮天蔽日,危害植物。

  但事实上,蝗虫并非生来就是群居状态。通常,人们看到的是散居的绿色蝗虫,它们相对温和,危害不大。然而,当蝗虫聚集在一起,种群密度较高时,它们的体色会逐渐变成黑棕色,迅速繁殖,并吸引周围的同类加入,飞快吞食所经过地区的农作物和其他植物,造成严重的经济损失。

  成群的蝗虫很难治理,而大量使用化学农药会造成生态环境污染。能否通过生物手段不让蝗虫集群,从而控制蝗灾呢?2020年,康乐团队发现4VA会引起蝗虫聚集后,为这一想法提供了实现路径。

  然而,这种信息素如何在蝗虫体内合成、为何仅群居型蝗虫能产生该物质仍是未解之谜。

  此次研究中,合作团队通过稳定同位素标记实验,首次绘制出4VA的合成“路线图”。当一只蝗虫在吞食植物时,其群聚信息素的生物合成就开始了。它会吸收植物的氨基酸苯丙氨酸,历经肉桂酸、对羟基肉桂酸,随血淋巴扩散转化为4-乙烯基苯酚(4VP),最终在甲基转移酶——4VPMT1和4VPMT2(以下简称4VPMTs)的催化下生成4VA。

  值得关注的是,蝗虫可直接从植物中获取前体物质,仅需两步反应即可合成信息素,展现出高效节能的进化策略。

  简单地说,康乐表示,蝗虫这种“借植物原料,造‘集结’信号”的合成策略,极大提高了蝗虫的信息素合成效率。

  精准调控“分子开关”

  研究团队发现,散居与群居蝗虫的区别,关键在于4VP到4VA的甲基化步骤。群居型蝗虫体内4VPMTs的表达量随种群密度升高而激增,犹如分子开关,控制4VA的释放。当通过RNA干扰技术抑制这两种酶的表达后,群居蝗虫显著向散居转变。

  以此为靶点,他们设计筛选出小分子抑制剂4-硝基苯酚(4NP)——其与酶的结合亲和力比天然底物4VP更高,能竞争性占据活性位点,在0.1纳摩尔的极低浓度下即可抑制4VA合成。

  实验显示,饲喂喷洒4NP的麦苗后,群居蝗虫的4VA释放量显著下降,群聚行为显著向散居行为转变。与此类似,即使对散居蝗虫进行群聚化处理,4NP仍能阻断其向群居转变。

  “这相当于给蝗虫群聚行为装上了‘智能刹车’。” 雷晓光比喻说,4NP作为底物类似物,与4VPMTs的特异性相互作用,既能干扰4VA的合成通路,又能避免干扰其他代谢通路时产生的脱靶效应。

  开创害虫防控新路径

  昆虫信息素作为维系昆虫种内协同与种间互作的核心化学纽带,其功能机制的深度解析与创新应用,始终是害虫绿色防控领域的前沿焦点与攻坚方向。

  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评价称,该系列研究不仅填补了昆虫化学通信合成机制研究与靶向调控的重要空白,更开创了“以生物信息流为靶点”的害虫防控新路径,标志着害虫防控迈入“智能调控时代”。

  中国科学院院士、中国科学院微生物研究所研究员高福指出,其“结构解析—机制阐明—药物设计—功能调控”的全流程创新范式,具有广泛借鉴意义。

  中国科学院上海有机化学研究所研究员刘文表示,蝗虫利用植物代谢产物合成信息素的“取巧”策略,为理解昆虫与植物的协同进化提供了新视角。

  研究人员表示,通过干扰害虫化学通信而非直接毒杀,实现精准、绿色防控,为害虫治理开辟了全新路径。下一步,团队希望开发出能够抑制蝗虫群聚信息素的更多候选化合物。

  相关论文信息:

  https://doi.org/10.1038/s41586-025-09110-y

  《中国科学报》 (2025-06-27 第1版 要闻)

[ 责编:李欣哲 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平同阿曼苏丹海赛姆会谈

  • 探访第九届进博会布展现场

独家策划

推荐阅读
11月3日8时15分,力箭二号遥二运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空,将搭载的千帆极轨21组卫星顺利送入预定轨道,飞行试验任务取得圆满成功。
2026-11-03 09:33
2026年5月,国务院印发《加快农业农村现代化“十五五”规划》,对“健全现代农业经营服务体系”进行部署,强调“将先进适用品种、技术、装备引入小农户”“促进小农户和现代农业发展有机衔接”。
2026-11-03 03:55
近日,中共中央、国务院印发《关于发展新质生产力的意见》,对“改造提升传统产业”作出系统部署,并将其作为推动科技创新和产业创新深度融合的重要任务之一。
2026-11-03 03:55
1983年2月,“两弹一星”元勋钱学森给中国科学院院士李正武写了一封信。信件仅200余字,没有客套寒暄,却映照出两位“患难之交”的深厚情谊和默契。
2026-11-03 03:55
近日,中国科学院昆明动物研究所科研人员联合缅甸同行,在缅甸伊洛瓦底江水系发现宝鳊属一鱼类新种——蓝纹宝鳊。相关成果已发表在国际期刊《动物分类杂志》上。
2026-11-03 03:55
广东油柑、贵州抹茶、四川栀子花、西藏青稞,这些作物有几百年甚至上千年的种植史。祖祖辈辈种下来,为什么偏偏这几年,被一杯奶茶给带火了?
2026-11-02 09:53
2026世界顶尖科学家论坛开幕式暨颁奖典礼、主论坛日前在上海举行。颁奖典礼上,11位科学家分别获颁2026世界顶尖科学家奖“智能科学或数学奖”、2026世界顶尖科学家奖“生命科学或医学奖”和今年增设的2026世界顶尖科学家奖“青年科学家奖”。
2026-11-02 09:59
10月31日,以“万物智联共创未来”为主题的2026世界物联网博览会在江苏无锡举办开幕式,无锡国家人工智能产业创新应用先导区建设在本次大会同步启动。
2026-11-02 09:57
生物多样性是人类赖以生存发展的重要基础,对生物多样性的威胁也是全球面临的三大环境危机之一。海洋生物多样性对保障海洋生态安全、促进海洋可持续发展、实现人海和谐共生具有重要作用。在气候变化与人类活动双重压力下,海洋生物多样性治理是各国共同的责任使命。
2026-11-02 10:03
1日,国家海洋环境预报中心正式发布“妈祖”海洋预报数值模式2.0版本。据悉,升级至2.0版本后,“妈祖”海洋预报数值模式预报分辨率进一步提升,应用场景进一步拓展,自主可控水平进一步增强。
2026-11-02 09:58
记者詹媛29日从中国汽车工程学会了解到,该学会日前发布了《2027年度中国汽车十大技术趋势》。这份凝聚共识的行业“风向标”提示,明年,汽车的电池会更强、芯片更自主、“硬科技”使用更多,且能减少堵车。
2026-10-30 09:51
如果说户外运动项目是产业发展的根系,选对项目之后还要让它根往深里扎,让项目发展的更有质量。户外运动产业的高质量发展,体现于一个个鲜活的户外运动项目及项目产业的健康成长,根深方能叶茂,户外运动产业才能行稳致远。
2026-10-30 09:49
生态环境部29日公布的全国地表水环境质量状况显示,今年1月至9月,全国地表水Ⅰ至Ⅲ类水质比例为86.1%,同比上升1.7个百分点;劣Ⅴ类水质比例为0.8%,同比下降0.4个百分点。
2026-10-30 09:50
脑膜边界的免疫细胞还会“监控”蛋白清除过程,并促成免疫耐受反应,避免免疫系统误伤大脑自身组织。在正常生理状态下,这一多通路清除系统与蛋白生成之间保持动态平衡。在此背景下,恢复或增强脑内蛋白清除通路的功能成为值得关注的方向。
2026-10-30 09:59
深秋的陕北,天高云淡。记者走进陕西省榆林市佳县方塌镇圪崂湾村现代农业示范园,联排的大棚在黄土高原的沟峁间依次排开。棚内葡萄藤上挂满沉甸甸的果实,工人们正忙着采摘、分选、打包。
2026-10-30 09:56
北京大学地球与空间科学学院教授江大勇领衔的三叠纪国际合作研究团队与贵州省地质博物馆合作,在贵州关岭三叠纪晚期地层中发现两栖类新物种海异螈。
2026-10-30 09:50
“数字乡村是乡村振兴的战略方向,是建设网络强国、农业强国的重要内容。”中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心主任赵春江表示。“十五五”时期数字乡村怎么建?记者就此采访了相关专家,梳理数字乡村建设的发力方向。
2026-10-29 09:56
突然口角歪斜、一侧肢体无力、说话含混,或眩晕、行走不稳、视物异常,都可能是脑卒中的信号。赵文博提醒,等待症状自行缓解、未拨打120而自行送医、仅凭血压高低判断是否发生卒中,以及忽视不典型症状,都是脑卒中急救的常见误区。
2026-10-29 09:58
在创新决策方面,应发挥企业洞悉市场需求、产业需求的优势,研判未来产业走势,强化关键问题凝练,让企业当好“出题者”。构建以科技领军企业为牵引、大中小企业融通共生的创新生态,打造高水平产业集群,是驱动引领未来产业高质量发展的基石。
2026-10-29 09:52
一边是批量产出的“成果”,一边是说“不”的数学界。这场“冲突”让人不得不追问:数学真正在意的究竟是答案还是过程?一份通过了验证却无人能道出所以然的证明,算不算数学的收获?AI闯入数学,二者之间是取代、叠加,还是互相成全?
2026-10-29 09:51
加载更多