用心“刨地”收获一流研究成果

郭兆将在观察番茄上烟粉虱的防治情况。

韩昊霖摄

(资料图)

人物简介：

郭兆将，1985年3月生，现为中国农业科学院蔬菜花卉研究所植物保护研究室主任，博士生导师，主要从事蔬菜害虫灾变机理与绿色防控研究。

郭兆将是中国农业科学院蔬菜花卉研究所（以下简称“蔬菜花卉所”）的学术新星。去年底，凭借一系列出色的研究成果，这位“地里刨食”的85后青年科学家荣获第十七届中国青年科技奖。

“学农业就是‘刨地’，‘刨地’也能刨出国际一流成果。”郭兆将认为，接地气的农业科研，同样有广阔的前景。

阐释科学机理，揭开“超级害虫”多食性奥秘

烟粉虱成虫不足1毫米，看上去很不起眼，却是让农民头疼的“超级害虫”。

根据其寄主范围的差异，害虫一般分为单食性、寡食性和多食性三大类，烟粉虱是典型的多食性害虫。它能吃包括许多重要蔬菜作物在内的600余种寄主植物，是名副其实的害虫“冠军”。更可怕的是，它不仅通过口器刺吸取食蔬菜叶片汁液，还能传播300多种植物病毒，给蔬菜造成二次伤害。联合国粮农组织将烟粉虱列为全球第二大害虫，是目前唯一被冠以“超级害虫”的农业害虫，也是我国设施蔬菜最主要的害虫。

用化学农药防治“超级害虫”，虽然效果不错，但存在导致农药残留超标的隐患。郭兆将认为，实现绿色防控，关键要在深入研究蔬菜害虫发生危害规律和灾变机制的基础上，开发新一代高效安全的蔬菜害虫绿色精准防控技术。

早在本世纪初，郭兆将的导师、蔬菜花卉所张友军研究员就开展烟粉虱多食性研究。近10年来，得益于基因组测序技术的突飞猛进，张友军团队率先完成了烟粉虱全基因组测序工作，为解决烟粉虱的多食性问题奠定了基础。

然而，面对浩如烟海的基因序列信息，如何开展下一步研究，团队一时没有思路。“如果将基因组比作研究的金库，谁先找到金库的钥匙，谁就能获得宝贵的财富。” 郭兆将介绍，他结合老师的工作，带领团队持续攻关，终于找到了打开“金库”的钥匙。

2021年，郭兆将团队首次在国际上阐明了“超级害虫”烟粉虱能为害600余种寄主植物的多食性奥秘，相关成果以封面文章发表在国际顶级期刊《细胞》上。这是我国农业昆虫领域的研究成果首次发表在《细胞》上，入选当年由两院院士评选的中国十大科技进展新闻。业界专家评价，这项从0到1的开创性研究，在降服“超级害虫”的道路上迈出了一大步。

郭兆将团队的研究发现，当蔬菜遭受害虫侵害时会产生一种抗虫次生代谢物酚糖，这种化学物质具有很强的抗虫作用，但积累过多时就不利于蔬菜的自身生长发育。所以，当害虫离开蔬菜不再为害时，蔬菜就会利用自身的解毒基因PMaT1代谢体内的抗虫次生代谢物酚糖，保证自己不受危害。这是蔬菜自己的一种生化防御机制。

郭兆将向记者解释烟粉虱多食性的“秘密”：在烟粉虱与蔬菜等寄主植物长期的共进化过程中，大约在3500万到8600万年前，竟然神奇地从寄主植物“偷盗”了这个解毒基因PMaT1并成功在自己的肠道细胞内表达，使其也能像植物一样代谢抗虫次生代谢物酚糖，导致植物的生化防御机制失效，从而使取食范围扩大到惊人的600余种寄主植物。

聚焦基础研究，为破解小菜蛾抗药性提供科学支撑

人们打农药防治害虫，害虫也会进化、产生抗药性抵御。科学家一直在想办法解决害虫抗药性，从而延长农药的使用寿命。

小菜蛾就是这样一个具有抗药性的害虫，别看它小，每年在全球造成的经济损失高达数十亿美元。在我国，小菜蛾专挑消费者喜欢的白菜、甘蓝、花椰菜、西蓝花、萝卜、油菜等十字花科蔬菜下手，每年给菜农带来很大的经济损失。

科学家此前的研究发现，自然界存在一种叫做苏云金芽孢杆菌（以下简称“Bt”）的昆虫病原细菌，它产生的杀虫蛋白可以杀死包括小菜蛾在内的多种害虫，而且对人畜无害，是化学农药的理想替代品。目前，Bt农药已成为全球用量最大的微生物杀虫剂，在控制害虫危害、减少作物产量损失、降低化学农药环境污染等方面发挥了重要作用。

科学家们没有想到的是，在使用Bt生物农药防治小菜蛾后，狡猾的小菜蛾也随之进化，居然对Bt生物农药产生了抗药性。

小菜蛾为何不再怕Bt的威力？已有的研究发现，Bt被小菜蛾取食并进入其中肠后，Bt杀虫蛋白能与中肠细胞膜表面的受体蛋白结合，造成细胞膜穿孔和细胞内外渗透压失衡，并杀死小菜蛾。而小菜蛾能形成Bt抗性的关键在于，中肠细胞膜表面的受体蛋白发生变化而阻断其与Bt杀虫蛋白结合，最终使其存活下来。

“过去的研究多集中于小菜蛾中肠细胞膜表面的Bt杀虫蛋白的受体变化开展，而没有深入研究中肠细胞内的深层次根本性变化。”郭兆将说。经过10多年的攻关，他带领团队揭示小菜蛾对Bt抗性的层级调控模式，深入揭示了小菜蛾对Bt生物农药产生抗药性的原因，为小菜蛾Bt抗性治理提供全新途径，并推动害虫抗药性研究进入基因网络调控时代。2021年，相关研究结果发表于《自然·通讯》等国际期刊上，被国际同行评为“里程碑意义研究成果”，并入选农业农村部评选的“2021中国农业科学十大进展”。

“未来我将努力让Bt生物农药恢复对小菜蛾的防治效果，实现绿色防治。”郭兆将表示。

致力成果转化，把实验室研究与农业生产紧密结合

郭兆将从小就想当科学家。2006年，他以高分考入了山东农业大学植物保护学院。村里的乡亲们对此很不解：“学农业不是和刨地差不多吗，考那么高的分，学个啥不行？”

进入大学后，郭兆将慢慢体会到，学好农业科技还真离不开刨地。但是，不要小瞧了刨地。“发展现代农业，少了农业科技支撑行吗？”

大学毕业后，郭兆将考取了张友军的研究生。老师看中他的科研潜力和干劲，给了他不少鼓励和支持。郭兆将也不负老师的期望，全身心投入科研中。从研究生阶段开始，他不一定是每天到实验室最早的，但肯定是走得最晚的，做实验到凌晨两三点也是家常便饭，一年到头几乎没休过节假日。

“耐得住寂寞，才可能出好成果。”回顾自己的科研生涯，郭兆将如是感慨。

他告诉记者，一个优秀的农业科学家既要有“顶天”的视野、力争在原始创新实现突破，又要有“立地”的情怀，把研究成果应用到农业生产中去。他把对烟粉虱和小菜蛾的相关研究成果申报了国家发明专利，获得10多项授权。一些大型跨国公司给他开出了诱人的合作条件，但郭兆将不为所动。“我希望自己的成果首先帮助中国农业发展。”他说。

郭兆将团队和北京大北农集团签订了《生物育种技术合作意向协议书》，联合研发新一代作物害虫绿色防控产品。

让郭兆将高兴的是，基于小菜蛾Bt抗性机制研究成果，他和团队成员研发的实时荧光定量聚合酶链反应的小菜蛾Bt抗性快速高效检测预警技术，已经在我国10余个省份开展田间示范推广应用，在蔬菜害虫绿色防控上迈出了重要一步。

“当年选学‘刨地’，看来是对的。”郭兆将笑着说。

记者 蒋建科