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实验室里与虫共舞

来源:浙江日报
摘要:初冬的暖阳照着浙大华家池校区西北角的一幢白色小楼,斑驳的光影投照在楼前“农业昆虫与害虫防治国家重点学科”的铜牌上。这是一幢不夜的小楼,因为在这里进进出出的人们,他们的研究对象各种大大小小的虫子的生活,是不按照“白天”“晚上”的时间表作息的。科学家们的研究课题是“以虫治虫”,发现“虫子的生物链”,目......

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  初冬的暖阳照着浙大华家池校区西北角的一幢白色小楼,斑驳的光影投照在楼前“农业昆虫与害虫防治国家重点学科”的铜牌上。这是一幢不夜的小楼,因为在这里进进出出的人们,他们的研究对象各种大大小小的虫子的生活,是不按照“白天”“晚上”的时间表作息的。科学家们的研究课题是“以虫治虫”,发现“虫子的生物链”,目的是让农民兄弟放下农药喷雾器,让不吃植物的“益虫”去吃掉被人类称为“害虫”的虫子。这是一个世界性的课题,所以这幢小楼,不光聚集了中国的虫子、从外国来到中国的虫子,也吸引了世界各地研究虫子的科学家。



  在这里,有一个浙大农学院刘树生、冯明光、陈学新、沈志成、叶恭银、娄永根6位教授和研究生组成的研究团队,目前,这支6人团队获得了国家自然基金委“国家创新研究群体”项目资助。这是我国植物保护领域的第一个创新研究群体项目。



  泥腿子的追求



  项目启动会上,生物技术育种专家沈志成教授着西装亮相,令大伙眼前一亮。“他平时和农民没啥两样,办公室里找不到他,一般都是穿着套鞋在大田里干活。他的小轿车里,每天载着从田里带回来的稻子……今天是第一次见他穿西装。”他的研究生都说,这位从美国回来的教授是个拼命三郎,“抱负很大”。沈志成有一个很明确的目标,从生物中寻找有效的抗虫基因,培养出新型的抗虫作物品种,从而减少化学农药的使用。



  2004年,在美国学习生活了14年的沈志成辞去美国Athenix公司技术课题负责人的工作回国。公司很舍不得他离开,对他说,公司随时欢迎他回来。



  “三个月时间,大家共同努力,硬是为我挤出了将近100平方的实验用房。有了实验室,工作就能开展了。”这让沈志成很感动:“这真的是一个互相帮助,值得信任的团队。”



  回国半年后,沈志成下了死决心,一定要在国内坚持下去。“国外在这个领域都是大公司大规模投入,而我国才刚刚起步,急需要懂得生物技术育种的人,所以只要坚持,必将大有可为。”现在,Athenix公司和这个团队也有了合作。



  实验室建起来后,2005年,一门“关系”主动找上门来。昆虫楼里最早获得长江学者奖励计划支持的长江特聘教授冯明光教授,多年从事真菌杀虫剂研究,他的研究路径是让真菌带上一定的杀虫蛋白后去感染害虫,更快更有效地杀死害虫。几次研讨会下来,冯明光突然心头一亮,他觉得有必要找沈志成聊聊,“或许会有一个漂亮的结果”。



  “我的真菌杀虫剂对小害虫很有用,但是对大害虫作用不大。药性还没上来,植物就被吃了。你研究的杀虫蛋白刚好能对付大害虫,能否把它用过来做真菌杀虫剂呢?”一拍即合。利用沈志成提供的杀虫基因,冯明光计划将它植入到真菌中,携带杀虫蛋白的真菌就能产生带杀虫蛋白的孢子了。



  5年后,一种真菌杀虫剂在实验室里诞生了,它既能对付大害虫,又能对付小害虫。研究成果今年7月发表在《应用与环境微生物》上,为新型真菌杀虫剂的开发开辟了新领域。



  “没有他,我就想不到这点。”冯明光说。三四个月以后,他又对自己的真菌杀虫剂进行了功能改进,效果更好。“连6厘米左右的大虫子都能杀。”现在,冯教授很注意留心沈教授的研究动向。“我还觉得应该找叶恭银合作,他对转基因作物的安全性评价很有研究。”



  实验室的起点



  国家为什么要设立这个研究项目?国家自然科学基金委生命科学部常务副主任杜生明说:“我国耕地面积只占世界的8%,而化学农药的使用量超过了全球的三分之一。只有利用生物间的天敌关系对付农业害虫,把传统和现代生物技术相结合,降低化学农药的使用量,才能保证我国农产品安全和农业可持续发展。”



  对付害虫,这支团队的办法不仅有直接致害虫于死地的,还有一招“间接法”改良植物的“口味”,变得让害虫不感兴趣,或者让植物能散发一种能吸引害虫天敌的气味。



  娄永根教授说,害虫主要靠嗅觉来寻找食物,作物的挥发物是关键的信号。娄永根曾在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。在那里,娄永根不但接触和学习了国际最前沿的化学和分子生态学,还对导师实验室为什么产生那么高效率的科研状态进行了一番观察。“发现了两点,一是导师天天找学生谈心,很关注学生的研究状态。二是建立精确的、可操作的科研模块,让学生能够在较短时间内进行独立研究。”



  2003年底,娄永根回国。在浙大昆虫所的最初6年,他几乎没有成果发表。他认为,马普学会化学生态学研究所之所以能如此高效地产出高水平研究成果,有一个行之有效的模块化的实验平台是关键。娄永根用了近6年的时间来构思和搭建一个模块化的实验平台。娄教授在德国的研究对象是烟草,而在中国,水稻的科研需求更为紧迫。于是他开始涉足一个全新的领域用化学和分子生态学的方法去研究水稻,试图找到调节水稻挥发物等相关生理指标的基因。



  每个课题组的研究生都要学习怎样进行一个完整的研究,并把具体的操作过程和注意事项记录下来,形成完整的操作手册。娄教授的学生周国鑫用了5年时间,建立了水稻遗传转化实验模块。其过程被编写在《分子生物学常用实验技术汇集》里。这本实验手册成为每一个新人的必备案头读物,它使得一切研究工作变得按部就班,有章可循。



  今年,周国鑫的研究论文发表在植物学领域国际权威期刊《植物杂志》上。这是实验室从2004年组建后发表的第一篇论文,“这以后,因为前面的平台搭好了,相关的研究结果就会陆续出来得快一些。”娄永根认为,这6年的投入是必须的,大学不光是出成果,关键是培养人,有一个好的起点,才会有可持续的发展进步。



  圆桌边的对话



  与娄永根教授在同一层楼的刘树生教授,平时去超市有个习惯,总要去关心一下番茄的价格。“前几天刚去过,贵了,12元一公斤,看来今年的番茄收成仍不乐观。”令刘教授头疼的是一种叫烟粉虱的小虫,来自海外的“洋”烟粉虱几年来迅速取代了本地烟粉虱,吃食蔬菜的同时还传播病毒,番茄等多种蔬菜不堪其扰,前些年,山东等省还出现过番茄绝收的情况。



  这些年来,刘教授的视线一直没离开这种只有1毫米长的小虫上。2007年12月,他的研究成果发表在《科学》杂志上,解释了什么样的行为机制让烟粉虱在本地如此猖狂。此后,他又和农学院研究植物病毒的著名专家周雪平教授合作,解释了烟粉虱传播双生病毒危害蔬菜的机制。



  刘树生是国家产业技术体系岗位科学家,除了开展基础研究,他还编写了一个如何防治烟粉虱的操作手册,发给农户。“这套技术虽不能百分之百解决问题,但能维持生产,成本不高,农药用量很少。”



  21世纪,“农业昆虫与害虫防治”已扩展到了现代微生物学、生态学、分子生物学、生物化学、生物信息学等各个领域,他们有了一个互相支持的学科生态圈,共同为田间开展生物防治发现理论依据,寻找技术路径,为现代高效生态农业和农产品安全生产解题。刘教授是浙大农业害虫生物防治创新研究群体的负责人,所以,他特地把自己的办公桌设计成一个独特的形状:写字台面的一侧向外延伸出半张圆桌,这样,桌子周围就能同时围坐两三位教授,每个人都能边讨论边记录。国家杰出青年科学基金获得者叶恭银教授和陈学新教授都是这里的常客。



  陈学新是研究害虫天敌的高手,主编过《中国动物志》等专著,目前中国命名的1000多种寄生蜂中,大多数都是在浙大昆虫所命名的。烟粉虱能不能直接通过调动天敌对它进行控制?2007年起,陈学新开始研究寄生在烟粉虱上、肉眼几乎看不见的寄生蜂,“我们一共养出了7000多头,发现了十几种寄生蜂,其中多种对烟粉虱有明显的控制作用。”这个消息对刘树生来说真是好极了。“这个研究证明用生物防治烟粉虱是可行的,如果打农药同样也会伤害了烟粉虱的天敌,我们主张少打农药的路径是正确的。”





  接下来的几年,这支团队的科学家们将继续从天敌生物资源的发掘与评价、重要生物防治基因资源的发掘与利用、生物多层次互作机制三个方面及其交叉融合开展研究,寻求新的突破点。



  “在这样的环境里,你可以永远像一颗拼命汲水的种子,尽情享受这里高水平科研平台和高度共享智慧平台所盛产的甘露,而从来不会有‘打工仔’的感觉。”在这里工作的博士生都这样说。对此,刘树生很自信,近几年每年研究生新生的见面会上,他总要引用2006年《自然》杂志刊载的一篇“如何做一个好的研究生”的10点“准则”,其中第一点是“加入一个研究气氛良好的团队。”说到这里,他都会说:“恭喜你们,这点你们肯定是做到了。”
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