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(chóng)更加愉悅。害蟲(chóng)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(chóng)口中的水稻也因此變得更加美味可口。而沒(méi)有了五羥色胺的水稻，害蟲(chóng)不愛(ài)吃。
這是科學(xué)家第一次發(fā)現(xiàn)五羥色胺與水稻病蟲(chóng)害之間的關(guān)系。為防治水稻病蟲(chóng)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(chóng)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(chóng)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(chóng)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(chóng)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(chóng)方面，目前還沒(méi)有什么大突破。目前防治害蟲(chóng)的辦法就是打農(nóng)藥。“可以說(shuō)，在水稻抗害蟲(chóng)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(chóng)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(lái)兩大害蟲(chóng)帶來(lái)的生死考驗(yàn)——褐飛虱和二化螟。這兩種害蟲(chóng)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(wú)收。這是各地農(nóng)技人員嚴(yán)防死守的兩種害蟲(chóng)。
褐飛虱主要通過(guò)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(guò)一樣，這種情況被稱作為“虱燒”(Hopper burn)。每年都有幾十萬(wàn)畝水稻成災(zāi)，水稻顆粒無(wú)收，讓農(nóng)民救都沒(méi)法救。
而二化螟，又叫蛀心蟲(chóng)，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(guò)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(lái)了，它也會(huì)把莖咬斷，外面看上去稻谷長(zhǎng)出來(lái)了，但谷粒是空心的。
舒老師說(shuō)：“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(chóng)困擾。在一些大型農(nóng)場(chǎng)，農(nóng)場(chǎng)主害怕碰到害蟲(chóng)顆粒無(wú)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(méi)病，先吃藥再說(shuō)。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(chóng)愛(ài)不愛(ài)吃水稻
了解了害蟲(chóng)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(chóng)也喜歡五羥色胺，吃進(jìn)五羥色胺，不僅歡樂(lè)，而且對(duì)害蟲(chóng)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(chóng)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(chóng)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(chóng)咬死了，但水稻卻分泌出了五羥色胺，讓害蟲(chóng)吃得更加歡樂(lè)！
這是害蟲(chóng)有魔法嗎？舒教授說(shuō)，其中原因，我們也在研究中，初步認(rèn)為，害蟲(chóng)的唾液，可能激發(fā)了水稻體內(nèi)的某個(gè)基因開(kāi)關(guān)，害蟲(chóng)一咬，水稻內(nèi)的五羥色胺就會(huì)源源不斷分泌出來(lái)，讓水稻在害蟲(chóng)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(chóng)侵食水稻時(shí)，這個(gè)合成五羥色胺的‘開(kāi)關(guān)’就被打開(kāi)了。”舒慶堯說(shuō)。他們?cè)谘芯窟^(guò)程中發(fā)現(xiàn)，水稻沒(méi)有了五羥色胺，害蟲(chóng)就不愛(ài)水稻了。
在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，為了探究五羥色胺對(duì)害蟲(chóng)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(kāi)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(ài)吃沒(méi)有合成五羥色胺的水稻。
在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，兩組螟蟲(chóng)，一組吃了五羥色胺飼料，一組沒(méi)有，在成活率和個(gè)頭大小上，吃了五羥色胺的蟲(chóng)子，比沒(méi)有吃的蟲(chóng)子，要優(yōu)秀很多。螟蟲(chóng)幼蟲(chóng)成為蛹，一般需要35天，沒(méi)有吃五羥色胺飼料的蟲(chóng)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(chóng)子非常重要，就像是能量塊對(duì)汽車人一樣重要。
舒教授說(shuō)，在科研過(guò)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(chóng)，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(chóng)，真正抗蟲(chóng)，還是五羥色胺在起作用。水稻在遇到害蟲(chóng)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(chóng)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(kāi)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(chóng)咬的時(shí)候，并不是毫無(wú)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(chóng)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(chóng)吃得更加開(kāi)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(chóng)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(chóng)思路。只要抑制五羥色胺的分泌，害蟲(chóng)就不會(huì)喜歡水稻，這樣水稻抗蟲(chóng)性就好了很多。
舒教授說(shuō)，害蟲(chóng)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(lái)想找到這個(gè)基因，把這個(gè)基因改造一下，這樣蟲(chóng)子吃水稻的時(shí)候，五羥色胺不會(huì)再分泌，蟲(chóng)子覺(jué)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(kāi)心的，因?yàn)檫@樣對(duì)水稻來(lái)說(shuō)，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(chóng)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(lái)了。
舒教授說(shuō)，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(guò)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(wèn)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。
