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瞄準(zhǔn)蔬菜害蟲綠色防控研究前沿，85后農(nóng)業(yè)科學(xué)家郭兆將——

用心“刨地”收獲一流研究成果（科技視點(diǎn)·科技自立自強(qiáng) 青年奮勇?lián)?dāng)⑥）

(資料圖)

郭兆將在觀察番茄上煙粉虱的防治情況。

韓昊霖?cái)z

人物簡介：

郭兆將，1985年3月生，現(xiàn)為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所植物保護(hù)研究室主任，博士生導(dǎo)師，主要從事蔬菜害蟲災(zāi)變機(jī)理與綠色防控研究。

郭兆將是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所（以下簡稱“蔬菜花卉所”）的學(xué)術(shù)新星。去年底，憑借一系列出色的研究成果，這位“地里刨食”的85后青年科學(xué)家榮獲第十七屆中國青年科技獎(jiǎng)。

“學(xué)農(nóng)業(yè)就是‘刨地’，‘刨地’也能刨出國際一流成果。”郭兆將認(rèn)為，接地氣的農(nóng)業(yè)科研，同樣有廣闊的前景。

闡釋科學(xué)機(jī)理，揭開“超級害蟲”多食性奧秘

煙粉虱成蟲不足1毫米，看上去很不起眼，卻是讓農(nóng)民頭疼的“超級害蟲”。

根據(jù)其寄主范圍的差異，害蟲一般分為單食性、寡食性和多食性三大類，煙粉虱是典型的多食性害蟲。它能吃包括許多重要蔬菜作物在內(nèi)的600余種寄主植物，是名副其實(shí)的害蟲“冠軍”。更可怕的是，它不僅通過口器刺吸取食蔬菜葉片汁液，還能傳播300多種植物病毒，給蔬菜造成二次傷害。聯(lián)合國糧農(nóng)組織將煙粉虱列為全球第二大害蟲，是目前唯一被冠以“超級害蟲”的農(nóng)業(yè)害蟲，也是我國設(shè)施蔬菜最主要的害蟲。

用化學(xué)農(nóng)藥防治“超級害蟲”，雖然效果不錯(cuò)，但存在導(dǎo)致農(nóng)藥殘留超標(biāo)的隱患。郭兆將認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)綠色防控，關(guān)鍵要在深入研究蔬菜害蟲發(fā)生危害規(guī)律和災(zāi)變機(jī)制的基礎(chǔ)上，開發(fā)新一代高效安全的蔬菜害蟲綠色精準(zhǔn)防控技術(shù)。

早在本世紀(jì)初，郭兆將的導(dǎo)師、蔬菜花卉所張友軍研究員就開展煙粉虱多食性研究。近10年來，得益于基因組測序技術(shù)的突飛猛進(jìn)，張友軍團(tuán)隊(duì)率先完成了煙粉虱全基因組測序工作，為解決煙粉虱的多食性問題奠定了基礎(chǔ)。

然而，面對浩如煙海的基因序列信息，如何開展下一步研究，團(tuán)隊(duì)一時(shí)沒有思路。“如果將基因組比作研究的金庫，誰先找到金庫的鑰匙，誰就能獲得寶貴的財(cái)富。”郭兆將介紹，他結(jié)合老師的工作，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)持續(xù)攻關(guān)，終于找到了打開“金庫”的鑰匙。

2021年，郭兆將團(tuán)隊(duì)首次在國際上闡明了“超級害蟲”煙粉虱能為害600余種寄主植物的多食性奧秘，相關(guān)成果以封面文章發(fā)表在國際頂級期刊《細(xì)胞》上。這是我國農(nóng)業(yè)昆蟲領(lǐng)域的研究成果首次發(fā)表在《細(xì)胞》上，入選當(dāng)年由兩院院士評選的中國十大科技進(jìn)展新聞。業(yè)界專家評價(jià)，這項(xiàng)從0到1的開創(chuàng)性研究，在降服“超級害蟲”的道路上邁出了一大步。

郭兆將團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蔬菜遭受害蟲侵害時(shí)會產(chǎn)生一種抗蟲次生代謝物酚糖，這種化學(xué)物質(zhì)具有很強(qiáng)的抗蟲作用，但積累過多時(shí)就不利于蔬菜的自身生長發(fā)育。所以，當(dāng)害蟲離開蔬菜不再為害時(shí)，蔬菜就會利用自身的解毒基因PMaT1代謝體內(nèi)的抗蟲次生代謝物酚糖，保證自己不受危害。這是蔬菜自己的一種生化防御機(jī)制。

郭兆將向記者解釋煙粉虱多食性的“秘密”：在煙粉虱與蔬菜等寄主植物長期的共進(jìn)化過程中，大約在3500萬到8600萬年前，竟然神奇地從寄主植物“偷盜”了這個(gè)解毒基因PMaT1并成功在自己的腸道細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，使其也能像植物一樣代謝抗蟲次生代謝物酚糖，導(dǎo)致植物的生化防御機(jī)制失效，從而使取食范圍擴(kuò)大到驚人的600余種寄主植物。

聚焦基礎(chǔ)研究，為破解小菜蛾抗藥性提供科學(xué)支撐

人們打農(nóng)藥防治害蟲，害蟲也會進(jìn)化、產(chǎn)生抗藥性抵御。科學(xué)家一直在想辦法解決害蟲抗藥性，從而延長農(nóng)藥的使用壽命。

小菜蛾就是這樣一個(gè)具有抗藥性的害蟲，別看它小，每年在全球造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)十億美元。在我國，小菜蛾專挑消費(fèi)者喜歡的白菜、甘藍(lán)、花椰菜、西藍(lán)花、蘿卜、油菜等十字花科蔬菜下手，每年給菜農(nóng)帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。

科學(xué)家此前的研究發(fā)現(xiàn)，自然界存在一種叫做蘇云金芽孢桿菌（以下簡稱“Bt”）的昆蟲病原細(xì)菌，它產(chǎn)生的殺蟲蛋白可以殺死包括小菜蛾在內(nèi)的多種害蟲，而且對人畜無害，是化學(xué)農(nóng)藥的理想替代品。目前，Bt農(nóng)藥已成為全球用量最大的微生物殺蟲劑，在控制害蟲危害、減少作物產(chǎn)量損失、降低化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境污染等方面發(fā)揮了重要作用。

科學(xué)家們沒有想到的是，在使用Bt生物農(nóng)藥防治小菜蛾后，狡猾的小菜蛾也隨之進(jìn)化，居然對Bt生物農(nóng)藥產(chǎn)生了抗藥性。

小菜蛾為何不再怕Bt的威力？已有的研究發(fā)現(xiàn)，Bt被小菜蛾取食并進(jìn)入其中腸后，Bt殺蟲蛋白能與中腸細(xì)胞膜表面的受體蛋白結(jié)合，造成細(xì)胞膜穿孔和細(xì)胞內(nèi)外滲透壓失衡，并殺死小菜蛾。而小菜蛾能形成Bt抗性的關(guān)鍵在于，中腸細(xì)胞膜表面的受體蛋白發(fā)生變化而阻斷其與Bt殺蟲蛋白結(jié)合，最終使其存活下來。

“過去的研究多集中于小菜蛾中腸細(xì)胞膜表面的Bt殺蟲蛋白的受體變化開展，而沒有深入研究中腸細(xì)胞內(nèi)的深層次根本性變化。”郭兆將說。經(jīng)過10多年的攻關(guān)，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)揭示小菜蛾對Bt抗性的層級調(diào)控模式，深入揭示了小菜蛾對Bt生物農(nóng)藥產(chǎn)生抗藥性的原因，為小菜蛾Bt抗性治理提供全新途徑，并推動害蟲抗藥性研究進(jìn)入基因網(wǎng)絡(luò)調(diào)控時(shí)代。2021年，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《自然·通訊》等國際期刊上，被國際同行評為“里程碑意義研究成果”，并入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部評選的“2021中國農(nóng)業(yè)科學(xué)十大進(jìn)展”。

“未來我將努力讓Bt生物農(nóng)藥恢復(fù)對小菜蛾的防治效果，實(shí)現(xiàn)綠色防治。”郭兆將表示。

致力成果轉(zhuǎn)化，把實(shí)驗(yàn)室研究與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)緊密結(jié)合

郭兆將從小就想當(dāng)科學(xué)家。2006年，他以高分考入了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院。村里的鄉(xiāng)親們對此很不解：“學(xué)農(nóng)業(yè)不是和刨地差不多嗎，考那么高的分，學(xué)個(gè)啥不行？”

進(jìn)入大學(xué)后，郭兆將慢慢體會到，學(xué)好農(nóng)業(yè)科技還真離不開刨地。但是，不要小瞧了刨地。“發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，少了農(nóng)業(yè)科技支撐行嗎？”

大學(xué)畢業(yè)后，郭兆將考取了張友軍的研究生。老師看中他的科研潛力和干勁，給了他不少鼓勵(lì)和支持。郭兆將也不負(fù)老師的期望，全身心投入科研中。從研究生階段開始，他不一定是每天到實(shí)驗(yàn)室最早的，但肯定是走得最晚的，做實(shí)驗(yàn)到凌晨兩三點(diǎn)也是家常便飯，一年到頭幾乎沒休過節(jié)假日。

“耐得住寂寞，才可能出好成果。”回顧自己的科研生涯，郭兆將如是感慨。

他告訴記者，一個(gè)優(yōu)秀的農(nóng)業(yè)科學(xué)家既要有“頂天”的視野、力爭在原始創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)突破，又要有“立地”的情懷，把研究成果應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中去。他把對煙粉虱和小菜蛾的相關(guān)研究成果申報(bào)了國家發(fā)明專利，獲得10多項(xiàng)授權(quán)。一些大型跨國公司給他開出了誘人的合作條件，但郭兆將不為所動。“我希望自己的成果首先幫助中國農(nóng)業(yè)發(fā)展。”他說。

郭兆將團(tuán)隊(duì)和北京大北農(nóng)集團(tuán)簽訂了《生物育種技術(shù)合作意向協(xié)議書》，聯(lián)合研發(fā)新一代作物害蟲綠色防控產(chǎn)品。

讓郭兆將高興的是，基于小菜蛾Bt抗性機(jī)制研究成果，他和團(tuán)隊(duì)成員研發(fā)的實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)的小菜蛾Bt抗性快速高效檢測預(yù)警技術(shù)，已經(jīng)在我國10余個(gè)省份開展田間示范推廣應(yīng)用，在蔬菜害蟲綠色防控上邁出了重要一步。

“當(dāng)年選學(xué)‘刨地’，看來是對的。”郭兆將笑著說。

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