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杨晗之

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让害虫自我毁灭

2012-07-30 15:53:34

你想知道害虫是如何一步一步走向毁灭的,不妨听听专家的介绍。

让害虫自我控制数量

/黄勇平

盛夏,蚊虫肆虐,叮咬皮肤,传播疾病,让人们苦不堪言。然而,蚊香、花露水、灭蚊剂等夏季常用的驱蚊产品,如果使用不当,就可能变成人们身边的“隐形杀手”。那么,有没有什么天然、安全的方法,既不会对人体造成伤害,又能有效驱除蚊虫呢?

在加勒比海的大开曼岛,一支“军队”正在执行任务。然而,这支“军队”的任务不是战斗,而是交配。这些“士兵”的后代中只有“男孩”能够很好地生存下来,“女孩”的生长发育受到影响而不能长大。这主要是从它们“父亲”身上遗传的雌性发育受阻基因所造成的。

这些“士兵”采用的是一种种群自我调控的方式,只对自己的同类发挥调控作用,而不伤害其他生物。第一批入伍的“士兵”主要是蚊子和农作物害虫,科学家采用害虫种群遗传调控技术对这些“士兵”进行了改造。当然,随着技术的日益完善,几乎所有动物都可“光荣入伍”,包括对本地生态造成危害的外来鱼类、青蛙、老鼠和兔子等。

 

昆虫辐射不育技术遇难题

众所周知,农业害虫、卫生害虫等有害生物对人类及其生存环境带来危害。以农业害虫为例,每年由于农业害虫的危害造成粮食减产达到15%以上。如果不采取防治措施,损失会更大,甚至颗粒无收。我们熟悉的卫生害虫,如蚊子、苍蝇、蟑螂、臭虫等不仅影响我们正常的生活,而且传播疾病,给人类健康带来巨大的负面影响。让人类远离这些有害生物的危害一直是生物学家和生态学家共同努力的目标。

到目前为止,我们所采用的害虫防治方法主要是以化学农药为主。这种方法在相当长的时间内解决了卫生害虫和农业害虫的问题,但带来的问题也显而易见。为避免化学农药在害虫抗性、环境污染和农药残留等方面产生的一系列问题,科研工作者一方面在研究高效、低毒化学农药,另一方面也在积极寻求新的害虫防治方法。纵观害虫种群治理技术的发展,开发环境友好、高效、低毒的防治方法是未来害虫防治技术发展的必然趋势。

为了满足未来害虫种群控制所要达到的环境友好的目标,针对害虫种群本身进行遗传调控是一种理想的选择。20世纪50年代,美国科学家发明了辐射不育法。自从伦琴于1895年首先发现X射线后,人们发现电离辐射在较高剂量的情况下,会引起生物体发生病变甚至死亡。于是,美国科学家决定尝试用辐射来杀虫。他们用人工的方法饲养了一些羊皮螺旋蝇,并对这种害虫进行辐射试验。研究发现,经过一定剂量辐射后的雄性害虫,它们的精子被杀死,输精管发生堵塞。随后,科学家把这种丧失生育能力的雄性害虫释放到田间,让它们与雌虫交配,使它们无法产生后代。经过一段时间的观察,他们发现害虫种群密度果然大幅度降低。到了80年代后期,全世界利用辐射不育法能够控制或消灭的害虫有秋家蝇、红铃虫、舞毒蛾等7080种。

这种方法具有环境友好的特点,但是也存在着两个关键的问题。一是害虫退化失去竞争能力。在实际操作中,对害虫进行多代的持续饲养会造成害虫种群的退化,导致其运动、交配等综合竞争能力的衰退。另一方面,经过辐射处理的害虫种群,其在野外与野生昆虫的竞争能力相比变得较弱。为了有效控制野外害虫种群密度,通常要释放1020倍于野生种群数量的辐射处理害虫来进行竞争**配,这样就需要大规模饲养害虫,饲养成本通常较高。特别是某些类群的昆虫(如斜纹夜蛾、棉铃虫等)存在种内相残的习性,需要单头隔离饲养,增加了饲养的难度。

 

遗传转化技术显奇效

到了21世纪初期,科研人员开始采用遗传转化为主体的遗传调控技术。这种新一代害虫防治技术首先在蚊类昆虫中得以尝试。蚊类是传播人类和动物疾病(如疟疾、登革热、黄热病、嗜睡病等)的媒介,随着世界人口的增加,这些虫媒的传染病是威胁人类健康的重要公共卫生问题。2008年,英国一家生物公司通过培育一种转基因雄蚊,实施“以蚊灭蚊”的方案。这种转基因雄蚊具有正常的生存和交配能力,可与野外的雌蚊交配并导致下一代雌虫发育异常或死亡,而雄虫则能够正常发育。经过世代繁殖,具有这种能力的雄虫逐渐增加,自然种群中的雌虫比例下降,使害虫种群密度逐渐降低,从而达到控制害虫种群的目的。该方法不同于传统的辐射不育技术,成功释放少量经过遗传转化的目标雄虫就能够达到种群控制的目的。

昆虫遗传转化技术不仅可以控制害虫种群,还可以削弱或阻断害虫对疾病的传播。斯氏按蚊是疟原虫的寄主,是导致人类患上疟疾的罪魁祸首。美国科学家安东尼·詹姆斯发现,如果将一种结合了老鼠和蚊子免疫系统基因片段的合成基因植入蚊子体内,将可以创造出一种让疟原虫无法寄生的蚊子类型。美国的一些研究人员试图借助蚊子自身的免疫力阻断疟原虫的传播。他们培育了一种经过基因改造的蚊子,激活了其体内一种名为Rel2的特定蛋白质,当它吸血时就会自动启动其身体的免疫系统。

疟蚊是在非洲传播疟疾的最主要种类。英国牛津大学的研究人员发现,只要将沃尔巴克氏菌引入这种蚊子体内就可以有效地缩短其寿命,从而阻断病原虫的发育链条,并同时激活蚊子体内的免疫系统,对其体内的寄生虫进行遏制和杀伤。埃及伊蚊是登革热病毒寄主。2010年,美国密歇根州立大学的研究人员利用埃及伊蚊的雌性特异启动子——卵黄原蛋白启动子来调控防御素的表达量,提升防御素对病原微生物的广谱毒杀效应,从而使转基因埃及伊蚊能有效干扰病原体的传播。

昆虫遗传转化技术除了在蚊类中应用,也不断在其他昆虫中尝试利用。目前,成功转化的昆虫包括双翅目、鳞翅目、鞘翅目、膜翅目等多种昆虫。随着研究的不断深入,昆虫遗传转化已广泛应用于人类生产生活的很多领域。但与此同时,昆虫遗传转化使用的载体、目的基因等的安全性、大量饲养及环境释放对生态环境带来的风险等也是人们一直在关注的问题。在害虫种群遗传调控的理论和技术都能够满足所定目标的前提下,研究人员在各个环节都十分关注这项技术的安全评估问题。目前,各国政府已相继对昆虫遗传转化进行规范和管理,以使其风险降到最低程度,并促进其健康发展。

也许不远的将来,炎炎夏日你不用再担心被蚊子叮咬了,因为它们的基因已经改变,无法再向人类传播疾病。中国科学家也正在积极建立这样的害虫控制体系,以便在未来的害虫防治中具有自主知识产权和防治技术。

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