五羥（音“qiǎng”）色胺是一種讓動(dòng)物（包括人）的大腦產(chǎn)生愉悅感的化合物，浙江大學(xué)農(nóng)學(xué)院舒慶堯及其合作者最新的研究發(fā)現(xiàn)，五羥色胺也會(huì)讓水稻田里的害蟲更加愉悅。害蟲在啃食水稻時(shí)候，水稻體內(nèi)的五羥色胺含量會(huì)增加，害蟲口中的水稻也因此變得更加美味可口。而沒有了五羥色胺的水稻，害蟲不愛吃。
這是科學(xué)家第一次發(fā)現(xiàn)五羥色胺與水稻病蟲害之間的關(guān)系。為防治水稻病蟲害和水稻品種培育，提供了全新思路。
相關(guān)論文《基于五羥色胺生物合成抑制的水稻抗蟲性》2018年5月7日發(fā)表在植物領(lǐng)域世界頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Nature Plants上。
水稻害蟲現(xiàn)在只有農(nóng)藥能治
昨天，舒慶堯教授接受記者專訪，為我們系統(tǒng)解讀了他們科研團(tuán)隊(duì)的研究成果。
舒慶堯教授，主要從事水稻新品種選育工作，要選好水稻種子，主要是考量水稻抗蟲抗病的表現(xiàn)，還有產(chǎn)量高低和品質(zhì)優(yōu)劣。這次舒慶堯教授團(tuán)隊(duì)研究的成果，主要與水稻抗害蟲相關(guān)。
舒慶堯教授直言，在水稻抗病方面，科學(xué)家已經(jīng)做得很好，但在水稻抗害蟲方面，目前還沒有什么大突破。目前防治害蟲的辦法就是打農(nóng)藥。“可以說，在水稻抗害蟲這個(gè)研究領(lǐng)域，目前研究成果和積累非常稀少，有一點(diǎn)點(diǎn)突破，都會(huì)被業(yè)界所關(guān)注。這也是我們的研究成果備受關(guān)注的原因。”
水稻每年都要面臨兩大害蟲的生死考驗(yàn)
常年在超市買米的你可能不知道，每年，處于成長(zhǎng)期的水稻，都會(huì)迎來兩大害蟲帶來的生死考驗(yàn)——褐飛虱和二化螟。這兩種害蟲很細(xì)小，不仔細(xì)看還看不到，但其危害卻可造成水稻大幅度減產(chǎn)甚至顆粒無收。這是各地農(nóng)技人員嚴(yán)防死守的兩種害蟲。
褐飛虱主要通過水稻葉子與莖相連的葉鞘吸食水稻的汁液而危害水稻。因?yàn)閭�(gè)子小，危害部位隱蔽，往往不容易被發(fā)現(xiàn)。褐飛虱成災(zāi)時(shí)，可以在兩天之內(nèi)，把整塊田里的水稻植株的汁液吸干，造成水稻變黃干枯，就像是火燒過一樣，這種情況被稱作為“虱燒”(Hopper burn)。每年都有幾十萬畝水稻成災(zāi)，水稻顆粒無收，讓農(nóng)民救都沒法救。
而二化螟，又叫蛀心蟲，顧名思義，這是一種喜歡鉆進(jìn)水稻莖稈最里面，吃最幼嫩的稻葉的主。它是個(gè)吃貨，就知道不停地吃啊吃，被它蹂躪過的水稻，會(huì)出現(xiàn)空心化現(xiàn)象，外面看上去好好的，里面已經(jīng)空掉。就算水稻穗抽出來了，它也會(huì)把莖咬斷，外面看上去稻谷長(zhǎng)出來了，但谷粒是空心的。
舒老師說：“我們的水稻實(shí)驗(yàn)田中，因?yàn)椴淮蜣r(nóng)藥，水稻經(jīng)常會(huì)被這兩種害蟲困擾。在一些大型農(nóng)場(chǎng)，農(nóng)場(chǎng)主害怕碰到害蟲顆粒無收的可怕后果，所以到了時(shí)間點(diǎn)，就灑農(nóng)藥。不管有病沒病，先吃藥再說。這樣做的后果，讓水稻的農(nóng)藥殘留更加高了。”
五羥色胺決定害蟲愛不愛吃水稻
了解了害蟲的危害。再了解這次科研成果的主角，五羥色胺。在這項(xiàng)科研成果中，五羥色胺非常關(guān)鍵。這是一種讓大腦愉悅的化合物，如果人缺少這種化學(xué)物質(zhì)，那就麻煩了，人要抑郁了。害蟲也喜歡五羥色胺，吃進(jìn)五羥色胺，不僅歡樂，而且對(duì)害蟲身體好。
水稻里面，有少量的五羥色胺這一物質(zhì)。但神奇的是，害蟲一吃水稻，水稻就會(huì)不斷分泌五羥色胺這種物質(zhì)。這樣，在啃食水稻時(shí)，水稻在害蟲口中變得更加美味了。大自然就是這么神奇，水稻明明要被害蟲咬死了，但水稻卻分泌出了五羥色胺，讓害蟲吃得更加歡樂！
這是害蟲有魔法嗎？舒教授說，其中原因，我們也在研究中，初步認(rèn)為，害蟲的唾液，可能激發(fā)了水稻體內(nèi)的某個(gè)基因開關(guān)，害蟲一咬，水稻內(nèi)的五羥色胺就會(huì)源源不斷分泌出來，讓水稻在害蟲口中更加的美味。這真是要命了。
“五羥色胺含量升高，它主要由一個(gè)叫CYP71A1的基因負(fù)責(zé)合成。當(dāng)害蟲侵食水稻時(shí)，這個(gè)合成五羥色胺的‘開關(guān)’就被打開了。”舒慶堯說。他們?cè)谘芯窟^程中發(fā)現(xiàn)，水稻沒有了五羥色胺，害蟲就不愛水稻了。
在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，為了探究五羥色胺對(duì)害蟲的影響，課題組人員先數(shù)出15只褐飛虱，放到裝有兩株水稻的容器中：一株水稻是自然野生型水稻，另一株是敲除了CYP71A1基因，不能合成五羥色胺的水稻。工作人員每隔一小時(shí)觀察水稻上褐飛虱的數(shù)量。最后他們發(fā)現(xiàn)，一開始均勻分布的褐飛虱，最后大部分都到野生水稻那邊去了。明顯不愛吃沒有合成五羥色胺的水稻。
在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，兩組螟蟲，一組吃了五羥色胺飼料，一組沒有，在成活率和個(gè)頭大小上，吃了五羥色胺的蟲子，比沒有吃的蟲子，要優(yōu)秀很多。螟蟲幼蟲成為蛹，一般需要35天，沒有吃五羥色胺飼料的蟲子，要47天才成為蛹，個(gè)頭只有正常一半。很明顯，五羥色胺對(duì)蟲子非常重要，就像是能量塊對(duì)汽車人一樣重要。
舒教授說，在科研過程中，他們也有了其他收獲。“比如對(duì)水楊酸有了新的認(rèn)識(shí)。以前研究人員認(rèn)為，水楊酸與水稻抗病有關(guān)，對(duì)抗蟲，也有一些作用。但我們的研究發(fā)現(xiàn)，水楊酸并不直接抗蟲，真正抗蟲，還是五羥色胺在起作用。水稻在遇到害蟲咬的時(shí)候，水楊酸分泌會(huì)增加，水楊酸會(huì)抑制五羥色胺的分泌，起到抗蟲的作用。”
“五羥色胺和水楊酸就像是兩個(gè)彼此相連的水龍頭，一個(gè)開大了，另一個(gè)勢(shì)必就會(huì)小一點(diǎn)。這表明，水稻在遭遇蟲咬的時(shí)候，并不是毫無抵抗的，它也是分泌出了水楊酸，試圖抑制五羥色胺的分泌，讓害蟲不喜歡它。可惜，一方面他想抵抗，一方面身體內(nèi)卻在不斷地分泌出五羥色胺，讓害蟲吃得更加開心。這種反抗，顯得非常徒勞。”
目前正在努力研究
抑制水稻的五羥色胺分泌
種種研究和實(shí)驗(yàn)表明，五羥色胺，就是水稻抗蟲的關(guān)鍵物質(zhì)了。
舒教授研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了五羥色胺的作用后，想到了新的抗蟲思路。只要抑制五羥色胺的分泌，害蟲就不會(huì)喜歡水稻，這樣水稻抗蟲性就好了很多。
舒教授說，害蟲吃了水稻，水稻分泌五羥色胺，這肯定是水稻的某個(gè)基因在起作用。我們接下來想找到這個(gè)基因，把這個(gè)基因改造一下，這樣蟲子吃水稻的時(shí)候，五羥色胺不會(huì)再分泌，蟲子覺得不好吃，也就不會(huì)去吃了。目前，科研團(tuán)隊(duì)正在努力做這方面的研究。
“我們業(yè)內(nèi)對(duì)這個(gè)思路，還是很開心的，因?yàn)檫@樣對(duì)水稻來說，不需要增加基因，我們只要稍微改造一下原有基因就可以達(dá)到防蟲的目的了。”
舒教授有信心實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想，目前他們正在加倍努力中。
科學(xué)到實(shí)際應(yīng)用
需要很長(zhǎng)時(shí)間
《Nature》《Science》《Cell》是世界頂級(jí)的學(xué)術(shù)期刊。這兩年浙大的教授在這些頂級(jí)期刊上發(fā)表的論文多起來了。
舒教授說，發(fā)表在《Nature》《Science》《Cell》上的科學(xué)論文，進(jìn)入實(shí)際運(yùn)用中，要經(jīng)過很多科學(xué)家們漫長(zhǎng)時(shí)間的努力。
比如現(xiàn)在生物技術(shù)中，運(yùn)用比較火的基因編輯技術(shù)，相關(guān)的學(xué)術(shù)論文，在15年前就發(fā)表了。從科學(xué)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)，到10多年后，成為一項(xiàng)技術(shù)，解決很多問題，在科學(xué)研究領(lǐng)域，10多年已經(jīng)是非常快的時(shí)間了。
