——访浙江大学昆虫科学研究所娄永根教授

本刊记者　薛海峰　周 颖

　　元丰中，庆州界生子方虫，方为秋田之害。忽有一虫生，如土中狗蝎，其喙有钳，千万蔽地；遇子方虫，则以钳搏之，悉为两段。旬日子方皆尽，岁以大穰。其虫旧曾有之，土人谓之‘傍不肯’。”这是《梦溪笔谈》卷二十四《杂志》中记载的故事，记叙的是宋神宗元丰年间庆州地区秋田中“傍不肯”消灭“子方虫”，从而使农作物获得丰收的事例，说明开展生物防治，利用某些农作物害虫的天敌消灭虫害，是促进农业增产的一项有效措施。
　　古人的记叙给了今人诸多启示，特别是随着现代农业科学技术的发展，使得农业科学家们得以在“以虫治虫”的生物防治领域有了更多积极有效的作为。浙江大学昆虫科学研究所的娄永根教授，前不久就在世界植物科学领域的权威学术期刊《新植物学家》上，发表了一篇名为《喷雾除草剂2，4-D，能使水稻变成害虫及其寄生蜂的诱集器》的论文。论文阐述了通过一种无毒的小分子化合物，可以刺激水稻，自己散发出吸引害虫天敌的气味，叫虫儿因此毙命。
　　
以虫治虫有作为
　　
　　民以食为天，但当你得知你吃的米饭还是稻谷时曾被喷洒过大量农药，你不会担心农药残留问题吗？为了防止这种局面的发生，给稻谷治虫是关键。怎么才能既不借助“农药大哥”的力量，又能达到防治的效果？娄永根教授独辟蹊径，他从摸清植物的秉性入手，想出了“以虫治虫”的奇招。
　　利用天敌昆虫防治害虫称为“以虫治虫”。目前化学农药的广泛使用，一方面杀伤了大量的天敌，另一方面导致害虫的抗药性不断增强，出现农药防治无效的现象，于是喷药次数增加，导致恶性循环。但“以虫治虫”生物防治方法却很好地解决了这个问题。娄永根教授带领的研究组就从水稻内部信号系统入手，通过改变水稻自身气味诱杀害虫，既安全又无污染。
　　娄教授说，任何植物都有自己的“体香”。像水稻，天生有股小清新味，很招虫子喜爱。水稻的这股味儿，能吸引一两百种虫子，其中最凶猛的两种叫做稻飞虱和二化螟。虽然它们寿命不长，但是它们会一边吃水稻，一边在上面繁殖“小祸害”。
　　通过研究，娄教授发现，在被不同虫子叮咬、吸食之后，水稻的内部信号系统会被驱动，散发出另外几种“重口味”。这些味道，有的能招引害虫的天敌，有的能趋避害虫。只是水稻的这股抵抗力相对孱弱，有时候它们变出来的味儿，反而会招致更多害虫联盟的围攻，就这么活活被自己整死的，也不在少数。所以娄教授的课题组，目标是要弄明白，什么气味是保护水稻的，什么物质能尽可能多地刺激植物散发出这种味道。
　　2011年，娄教授和浙大化学系教授合作，筛选到了一种无毒的小分子化合物2，4-D。只要将这种化合物在水稻上一喷，水稻身体里的自我保护系统，就会热情饱满地启动，大量分泌气味，而这种气味不仅能吸引稻飞虱，还能吸引它的天敌——稻虱缨小蜂和黑肩绿盲蝽，而这两号天敌都是来吃稻飞虱卵的。
　　在《喷雾除草剂2，4-D，能使水稻变成害虫及其寄生蜂的诱集器》论文发表前，娄教授已经做了小面积的稻田试验，结果显示，两周时间里，稻田只喷了一次喷雾，围过来的缨小蜂和绿盲蝽就比平时多一倍，稻飞虱的有效消灭率高了一倍。
　　
结缘植保创辉煌
　　
　　娄永根教授是土生土长的浙大人。1985年他从浙江（农业）大学毕业后即留校从事了八年的行政工作，1993年获浙大理学硕士后转为教学科研岗位，1999年博士毕业后，他曾到德国著名的科研机构马普学会化学生态学研究所从事博士后研究。
　　2003年年底，娄永根回国在浙大昆虫所工作，围绕昆虫与植物互作关系研究方向，以水稻-害虫-天敌为研究体系，开展了植物诱导抗虫反应的化学与分子机理及其在害虫治理中应用的研究工作。他希望通过研究，在理论上揭示植物诱导抗虫反应的化学与分子机理，在实践上则开发安全有效的害虫控制新技术，如培育新型抗虫品种、开发昆虫行为调控剂与植物诱导抗虫剂等，从而为实现水稻害虫的可持续治理提供重要的理论与技术支撑。
　　近5年，娄永根教授在水稻诱导抗虫反应机理及其应用方面取得了重要的原创性研究成果，深入揭示了水稻诱导抗虫反应的化学与分子机理。不仅明确了水稻在受害虫为害后能产生系统性的直接和间接防御反应，并且揭示了害虫为害诱导的胰蛋白酶抑制剂是水稻防御咀嚼式口器害虫的直接防御化合物，而害虫为害诱导的水稻挥发物则是引诱天敌从而控制害虫的间接防御化合物。同时，首次证实了虫害诱导的植物挥发物在调控害虫自然种群动态中发挥着重要作用。
　　通过利用反向遗传学、分子生物学、化学以及昆虫学等研究技术，娄永根教授课题组首次揭示了茉莉酸信号转导途径在水稻防御不同为害习性害虫中发挥着不同作用：正向调控水稻对咀嚼式口器害虫的抗性，而反向调控对刺吸式口器害虫的抗性；对刺吸式口器害虫抗性的负调控主要是由于茉莉酸途径的减弱会导致过氧化氢和水杨酸含量上升，从而引起水稻的类似过敏性反应，增强对刺吸式口器害虫的抗性。课题组还首次报道了水稻诱导防御反应中的两类早期调控因子，OsERF3和两种磷脂酶D(α4和α5)，发现它们作用于茉莉酸、乙烯等信号途径上游，对水稻的虫害诱导防御反应起着重要调控作用。
　　上述研究结果从诱导防御反应的“早期调控因子”到“信号转导途径”，再到“特异防御化合物的产生”等不同层面，深入揭示了水稻诱导抗虫反应的化学与分子机理。这为进一步阐明水稻诱导防御反应的机理打下了坚实基础。这些成果先后发表SCI论文30余篇，其中的代表性论文分别发表在Ecology Letters, Plant Journal, New Phytologist, Plant Physiology等国际权威学术刊物上，并授权国家发明专利2项，申请国家发明专利8项。研究工作得到国内外权威专家的高度认可，多次应邀在国内外学术大会上做大会报告或专题报告、担任分会场主席，并应邀担任亚太地区化学生态学家协会委员。
　　在深入揭示水稻诱导抗虫反应化学与分子机理的基础上，他结合利用分子生物学、化学遗传学、反向遗传学以及化学与行为学等研究技术，着重就基于植物诱导防御反应的害虫防治新技术的开发进行了深入研究，首次筛选到对稻飞虱具控制作用、并具应用前景的一种化学激发子，并开发了基于行为调控的天敌引诱剂，为褐飞虱的生态调控与绿色治理开辟了新的途径
　　
专家简介
　　娄永根，博士，浙江大学教授，浙江大学农学院植保系党总支书记、副系主任。亚太地区化学生态学家协会委员、中国生态学学会化学生态学专业委员会副主任委员。先后主持承担了国家973项目、国家自然科学基金等各类国家级项目30多项，在水稻诱导抗虫反应机理及其在害虫治理应用方面取得了重要的原创性研究成果。在Proc Natl Acad Sci USA, Ecology Letters, Plant Journal, New Phytologist和Plant Physiology等国内外重要学术刊物上发表论文80余篇。2008年被农业部聘为“水稻产业技术体系”岗位科学家，2009年被科技部聘为973项目“稻飞虱灾变机理与可持续治的基础研究”首席科学家；应邀担任《Journal of Integrative Plant Biology》、《Journal of Integrative Agriculture》、《应用昆虫学报》和《植物生理学报》等国内外期刊编委。