我国科学家研究揭示烟粉虱入侵机制(2)

　　刘树生说，由于这种求偶互作在B型烟粉虱与土著烟粉虱之间的作用是对一方有利而对另一方有害，他们将这一行为机制称之为“非对称交配互作”。刘树生说，这一发现揭示了动物入侵的一个极具威力的行为机制，这种机制是入侵者的一种重要内在潜能，当入侵者到达新地域与土著近缘生物共存产生互作，激发这一潜能迅速发挥作用，驱动其入侵和对土著生物的取代过程。这一发现破解了B型烟粉虱入侵的一个关键机制，为解释该害虫的广泛入侵并取代土著烟粉虱的现象和规律，以及对其进一步入侵和地域扩张的预警，提供了重要的理论基础。这一研究成果就是今天发表在《科学》杂志上的论文内容。

　　课题组在研究中还发现，B型烟粉虱与它所传播的植物双生病毒(对植物危害最严重的一类病毒)之间存在互利共生关系，这种关系既有利于B型烟粉虱的繁殖入侵，又加速了病毒病的流行。课题组发现B型烟粉虱吃了带病毒的烟草植株后，其生殖力提高11-17倍，成虫寿命延长5-6倍，8个星期后B型烟粉虱的数量就提高了2-13倍，本地烟粉虱则不能从病毒中获利。并且经B型烟粉虱传播后，植物双生病毒的“毒性”也越来越强。

　　在这两大入侵机制的共同作用下，B型烟粉虱种群迅速扩大，而对农作物危害不大的土著烟粉虱种群迅速减少直至灭绝，就一点都不值得奇怪了。

　　“超级害虫”的奥秘是怎样被揭开的

　　刘树生的一位邻居曾到他的实验室参观，看到他在摆弄植物和试管，对他开玩笑：“你是个大教授啦，可是你做的事也没什么特别嘛。”刘树生笑着说，你隔壁的裁缝每天用尺子量来量去做衣服，一件衣服只能赚几十元钱，巴黎的时装设计师也一样用尺子量来量去，做出的衣服要几万、几十万元一件。关键是不一样的思想。

　　刘树生，首位获得“昆虫学杰出成就奖”荣誉的中国昆虫学家，做出来的真是一件件“巴黎时装”。

　　国外有科学家在研究时，也想通过观察烟粉虱的行为找出B型烟粉虱的入侵机制，但他们采用显微镜观察，把烟粉虱的活动限制在很小的范围，改变了它们的生活习惯，结果没有能揭示B型烟粉虱入侵的奥秘。

　　我们在浙大昆虫科学研究所一间恒温的实验室里看到，生长着烟粉虱的叶子被一个网状的装置固定住，一台台微型摄像机正对着生活在一片片叶子上的烟粉虱拍摄。

　　刘树生发明的这套独特的录像系统，既完全尊重了烟粉虱的生活习惯，又把烟粉虱每天24小时的一举一动完全记录下来，详细观察到烟粉虱在植物上的活动、求偶交配行为以及B型烟粉虱与土著烟粉虱之间的求偶相互作用。

　　在摄像机的小屏幕上，我们看到一只只烟粉虱正在叶子上自由自在地活动、吃东西、交配。刘树生介绍说，他所采用的研究方法的每一步、每一个做法并不高深，有些小聪明的人可能都会想到。

　　但正是这些“小聪明”整合起来创新出了被《科学》杂志看中的大发现。

　　在实验室的冰箱里，冷藏着几十个装着烟粉虱样本的试管。科研人员告诉我们，每根试管里都有几百只烟粉虱，都是今年从浙江各地采集来的烟粉虱样品，还没来得及鉴别它们到底是入侵的烟粉虱还是本地种。在1995至2006年的10多年时间里，课题组成员在中国浙江、澳大利亚昆士兰共40多个地点进行野外系统采样调查，每年在9至11月，要采集上万只烟粉虱，一年要鉴别数千头。

　　烟粉虱非常小，即使放大了55倍，记者也看不出B型烟粉虱与土著烟粉虱的差别，它们从外表形态上来看一模一样。科研人员告诉记者，用肉眼观察，他们也分辨不出B型烟粉虱与土著烟粉虱的区别，就是在显微镜下，他们的外形也是一样。不同的环境中生长的B型烟粉虱还会有随着环境的变化而变化的特征。同一母亲产的卵，产在一片光滑的叶子上，“宝宝”长大后身体是光滑的，而产在长毛的叶片上的卵孵化出的B型烟粉虱也会长一身毛。在研究前，他们要用分子标记也就是通过昆虫的DNA来鉴别出B型烟粉虱和土著烟粉虱。

　　在实验室的一角，整整齐齐码放着四五百盒录像带。刘树生告诉我们，为了获得详尽的行为学数据，课题组用10台摄像机共对1060头烟粉虱做了两万多小时的录像观察。把烟粉虱每天的行为录下来只是第一步，还要对每盘录像带进行观察、分析，然后应用图像处理软件和监视器，详细记录和分析这些昆虫的各种行为。统计出烟粉虱每天的交配次数、繁殖的数量，实验室的科研人员都“叫苦”：每天看昆虫交配，眼睛都看酸了。

　　研究成果引起世界各国媒体广泛关注

　　在《科学》上发表的论文都是经过世界上最优秀的科学家审稿后择优录用的，每年，大约有六七千份论文稿件投到《科学》周刊编辑部，但只有10%左右稿件会最终能被录用，使投稿论文被《科学》录用的关键，是该论文必须对科学进步有大范围的贡献。

　　《科学》杂志论文评审专家在阅读了刘树生等投寄的论文后，对其做了高度评价。他们认为，这一研究综合应用生态学、行为学、分子生物学等领域的方法，将广泛系统的野外调查、巧妙的实验种群试验和独特且详细的行为观察有机地结合应用，而且研究在位于中国和澳大利亚的两个地理区同时进行，设计之巧妙，数据之系统和完整，在入侵生物学研究领域实属罕见，所做的结论令人信服。他们指出，该研究是入侵生物学领域的开拓性工作，将对这一学科的发展起到显著的推动作用，同时昆虫学、农学、动物行为学、进化生物学等学科领域也会从中得到启迪。

　　美国、英国、德国等世界各国的媒体记者得知《科学》杂志将于今天发表刘树生等的论文后，这几天纷纷发邮件、打电话采访刘树生。该杂志编辑部还对刘树生进行了电话专访，采访的电话录音在该杂志多媒体中心主页上登载，并且还刊发了刘树生教授和学生在田间采样调查的照片。一般《科学》杂志每一期只对其中一篇论文作如此重点宣传。记者采访的当天下午，刘树生按约定接受了英国BBC的采访。

　　刘树生教授等完成的B型烟粉虱与所传病毒之间存在互惠共生研究成果的相关论文，今年1月31日在国际期刊《公共科学图书馆·综合》网络版上发表后，也引起国外媒体的广泛关注。美国科学促进会《全球科学新闻网》在“重点新闻”栏目宣布：中国科学家发现生物入侵新机制。美国纽约报纸《科学现场》在报道中称：这是国际科学界首次发现一种入侵昆虫与其所传播的病毒之间存在这种互利共生关系。

　　“超级害虫”可以合理防治

　　为了对付B型烟粉虱的蔓延，世界各国科学家都动足了脑子。“超级害虫”虽然厉害，但科学家还是找到了对付它们的武器。澳大利亚科学家、CSIRO昆虫研究所的P.J.DeBarro教授近年来采用寄生蜂的办法对付B型烟粉虱，他们引进B型烟粉虱的天敌——蚜小蜂，这种蜂把卵产在烟粉虱里面，从而抑制了B烟粉虱的繁殖，收到了良好的防治效果。刘树生说，他们准备在进行生态评估后考虑引进蚜小蜂防治B型烟粉虱的入侵。

　　我省最早于2002年在包心菜上发现B型烟粉虱入侵， 2006年发现由烟粉虱传播的多种双生病毒入侵我省。B型烟粉虱入侵以来，陆续在我省东部地区蔬菜、棉花等作物上暴发成灾，并迅速将本地危害性不大的土著烟粉虱灭绝并予以取代。

　　依据B型烟粉虱的入侵危害规律，课题组针对番茄等作物，提出了“清洁田园预备无病虫苗床、防虫网培育无虫苗、悬挂黄色胶板粘杀成虫、适时使用高效低毒农药杀灭害虫”的综合防控技术，并在温州市郊区、苍南、瑞安等地示范推广，实践证明安全高效、经济可行，不仅减少使用化学农药70%，而且可有效防治烟粉虱及其所传病毒对番茄的危害。

　　去年种植秋冬番茄时，苍南县灵溪镇南萍村部分种植户在温州市科技人员的指导下，采用了这一综合防控技术，约10天才施药一次，番茄依然获得丰收，亩产达6000-8000公斤；而盲目依赖化学防治的，2-3天施药一次，仍减产5-6成以上，部分地块绝收。温州市郊区今年7-8月份育苗、9月上中旬移栽的秋冬番茄，凡是采用了综合防控技术的，目前发病率在3%以下，而盲目依赖化学防治的，发病率已达60-100%，面临严重减产甚至绝收。

　　刘树生说，B型烟粉虱对一块作物危害越早，损失越大，因此必须在育苗时就开始防治，把苗床里的植物都清理干净，把苗床用防虫网隔离十来天，B型烟粉虱没食物吃就会死掉。

　　现在，刘树生等课题组成员又开始了国家自然科学基金重点项目《媒介昆虫—病毒—植物互作加剧生物入侵的过程和生理机制》的研究，以寻求更好的防治办法。

被列为全球100种最危险入侵生物之一的B型烟粉虱，其强大的入侵能力源于它的一项极具威力的行为机制——“非对称交配互作”。浙江大学昆虫科学研究所、中国农业科学院植物保护研究所与澳大利亚同行的合作研究首次发现了这一机制，被《科学》杂志评价为入侵生物学领域的开拓性工作，将对这一学科的发展起到显著的推动作用，相关论文《非对称交配互作驱动一种粉虱的广泛入侵及对土著生物的取代》11月8日发表在该杂志“科学特快”栏目。浙江大学刘树生教授是论文的第一作者兼通讯作者。

　　研究发现，“非对称交配互作”是B型烟粉虱入侵的一个关键机制，它促进B型烟粉虱数量增长的同时压抑土著烟粉虱种群增长，促进B型烟粉虱迅速入侵和扩张，取代危害性不大的土著烟粉虱。这一成果为解释该害虫的广泛入侵并取代土著烟粉虱的现象和规律，以及对其进一步入侵和地域扩张的预警提供了重要的理论基础，同时昆虫学、农学、动物行为学、进化生物学等学科领域也会从中得到启迪。

　　日前，《科学》杂志编辑部对刘树生教授做了电话专访，相关报道同时在《科学》杂志网站(www.sciencemag.org)上登载。

　　“超级害虫”严重危害全球种植业

　　B型烟粉虱起源于地中海-小亚细亚地区，伴随一品红等植物的运输被人为传播，已迅速入侵到世界各地。入侵后，这种害虫种群迅速增长并扩张，大量取食危害番茄、烟草、棉花等数十种重要经济作物，传播双生病毒引发植物病毒病蔓延成灾，取代危害性不大的土著烟粉虱导致本地生物灭绝，严重危害种植业的持续发展和食品安全。1991年，《科学》杂志记者撰文报道B型烟粉虱在美国暴发成灾的新闻，称其为“超级害虫”，从此便成为国际科学界公认的称呼。B型烟粉虱也成为际科技界有史以来唯一被冠以“超级害虫”称谓的昆虫。

　　由于该入侵生物近年来陆续在北美洲、南美洲、亚洲、大洋洲许多国家和地区造成大片作物严重减产和绝收，许多国家的科学家一直在探索其超级入侵本能的奥秘，以深入了解其入侵过程和机制，为准确预警和治理提供新思路。全球科学家为此要每五年召开一次学术会议，探讨B型烟粉虱的入侵机制和防治办法。

　　揭示害虫入侵的行为机制

　　刘树生教授领衔的科研团队于1995-2006年间在中国浙江、澳大利亚昆士兰共40多个地点进行野外系统采样调查，用分子标记鉴别B型烟粉虱和土著烟粉虱，详细记录B型烟粉虱的入侵以及对土著烟粉虱的取代。同时利用笼罩等设备建立烟粉虱实验种群，对B型烟粉虱的入侵和取代过程进行模拟和分析。在研究过程中，设计了一套独特的录像系统来观察和分析烟粉虱的交配行为，使烟粉虱一天24小时的一举一动都在他们的监视之下，因而能详细观察到烟粉虱在植物上的活动、求偶交配行为以及B型烟粉虱与土著烟粉虱之间的求偶相互作用。

　　为了获得详尽的行为学数据，课题组用10台摄像机共对1060头烟粉虱做了两万多小时的录像观察，然后应用图像处理软件和监视器，详细记录和分析了这些昆虫的各种行为。

　　观察表明，当B型烟粉虱到达新的地域与土著烟粉虱共存后，虽然它们之间并不能真正的完成交配，但相互间发生一系列的求偶行为及相互作用，使B型烟粉虱的交配频率迅速增加，卵子受精率提高，后代雌性个体比例由独处时的约60%提升到70-80%，种群增长加快；同时B型烟粉虱雄虫又频频向土著烟粉虱雌虫求爱，干扰土著烟粉虱雌雄之间的交配，使后者交配频率下降，后代雌性比由独处时的约50%下降到20-40%，压抑其种群增长。

　　刘树生介绍，由于这种求偶互作在B型烟粉虱与土著烟粉虱之间的作用是对一方有利而对另一方有害，他们将这一行为机制称之为“非对称交配互作”。刘树生说，这种机制是入侵者的一种重要内在潜能，当入侵者到达新地域与土著近缘生物共存产生互作，激发这一潜能迅速发挥作用，驱动其入侵和对土著生物的取代过程。 (责任编辑：泉水)

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