用心“刨地”收獲一流研究成果（科技視點·科技自立自強 青年奮勇擔當⑥）

人物簡介：

郭兆將，1985年3月生，現為中國農業科學院蔬菜花卉研究所植物保護研究室主任，博士生導師，主要從事蔬菜害虫災變機理與綠色防控研究。

郭兆將是中國農業科學院蔬菜花卉研究所（以下簡稱“蔬菜花卉所”）的學術新星。去年底，憑借一系列出色的研究成果，這位“地裡刨食”的85后青年科學家榮獲第十七屆中國青年科技獎。

“學農業就是‘刨地’，‘刨地’也能刨出國際一流成果。”郭兆將認為，接地氣的農業科研，同樣有廣闊的前景。

闡釋科學機理，揭開“超級害虫”多食性奧秘

煙粉虱成虫不足1毫米，看上去很不起眼，卻是讓農民頭疼的“超級害虫”。

根據其寄主范圍的差異，害虫一般分為單食性、寡食性和多食性三大類，煙粉虱是典型的多食性害虫。它能吃包括許多重要蔬菜作物在內的600余種寄主植物，是名副其實的害虫“冠軍”。更可怕的是，它不僅通過口器刺吸取食蔬菜葉片汁液，還能傳播300多種植物病毒，給蔬菜造成二次傷害。聯合國糧農組織將煙粉虱列為全球第二大害虫，是目前唯一被冠以“超級害虫”的農業害虫，也是我國設施蔬菜最主要的害虫。  

用化學農藥防治“超級害虫”，雖然效果不錯，但存在導致農藥殘留超標的隱患。郭兆將認為，實現綠色防控，關鍵要在深入研究蔬菜害虫發生危害規律和災變機制的基礎上，開發新一代高效安全的蔬菜害虫綠色精准防控技術。

早在本世紀初，郭兆將的導師、蔬菜花卉所張友軍研究員就開展煙粉虱多食性研究。近10年來，得益於基因組測序技術的突飛猛進，張友軍團隊率先完成了煙粉虱全基因組測序工作，為解決煙粉虱的多食性問題奠定了基礎。

然而，面對浩如煙海的基因序列信息，如何開展下一步研究，團隊一時沒有思路。“如果將基因組比作研究的金庫，誰先找到金庫的鑰匙，誰就能獲得寶貴的財富。” 郭兆將介紹，他結合老師的工作，帶領團隊持續攻關，終於找到了打開“金庫”的鑰匙。

2021年，郭兆將團隊首次在國際上闡明了“超級害虫”煙粉虱能為害600余種寄主植物的多食性奧秘，相關成果以封面文章發表在國際頂級期刊《細胞》上。這是我國農業昆虫領域的研究成果首次發表在《細胞》上，入選當年由兩院院士評選的中國十大科技進展新聞。業界專家評價，這項從0到1的開創性研究，在降服“超級害虫”的道路上邁出了一大步。

郭兆將團隊的研究發現，當蔬菜遭受害虫侵害時會產生一種抗虫次生代謝物酚糖，這種化學物質具有很強的抗虫作用，但積累過多時就不利於蔬菜的自身生長發育。所以，當害虫離開蔬菜不再為害時，蔬菜就會利用自身的解毒基因PMaT1代謝體內的抗虫次生代謝物酚糖，保証自己不受危害。這是蔬菜自己的一種生化防御機制。

郭兆將向記者解釋煙粉虱多食性的“秘密”：在煙粉虱與蔬菜等寄主植物長期的共進化過程中，大約在3500萬到8600萬年前，竟然神奇地從寄主植物“偷盜”了這個解毒基因PMaT1並成功在自己的腸道細胞內表達，使其也能像植物一樣代謝抗虫次生代謝物酚糖，導致植物的生化防御機制失效，從而使取食范圍擴大到驚人的600余種寄主植物。

聚焦基礎研究，為破解小菜蛾抗藥性提供科學支撐

人們打農藥防治害虫，害虫也會進化、產生抗藥性抵御。科學家一直在想辦法解決害虫抗藥性，從而延長農藥的使用壽命。

小菜蛾就是這樣一個具有抗藥性的害虫，別看它小，每年在全球造成的經濟損失高達數十億美元。在我國，小菜蛾專挑消費者喜歡的白菜、甘藍、花椰菜、西藍花、蘿卜、油菜等十字花科蔬菜下手，每年給菜農帶來很大的經濟損失。

科學家此前的研究發現，自然界存在一種叫做蘇雲金芽孢杆菌（以下簡稱“Bt”）的昆虫病原細菌，它產生的殺虫蛋白可以殺死包括小菜蛾在內的多種害虫，而且對人畜無害，是化學農藥的理想替代品。目前，Bt農藥已成為全球用量最大的微生物殺虫劑，在控制害虫危害、減少作物產量損失、降低化學農藥環境污染等方面發揮了重要作用。

科學家們沒有想到的是，在使用Bt生物農藥防治小菜蛾后，狡猾的小菜蛾也隨之進化，居然對Bt生物農藥產生了抗藥性。

小菜蛾為何不再怕Bt的威力？已有的研究發現，Bt被小菜蛾取食並進入其中腸后，Bt殺虫蛋白能與中腸細胞膜表面的受體蛋白結合，造成細胞膜穿孔和細胞內外滲透壓失衡，並殺死小菜蛾。而小菜蛾能形成Bt抗性的關鍵在於，中腸細胞膜表面的受體蛋白發生變化而阻斷其與Bt殺虫蛋白結合，最終使其存活下來。

“過去的研究多集中於小菜蛾中腸細胞膜表面的Bt殺虫蛋白的受體變化開展，而沒有深入研究中腸細胞內的深層次根本性變化。”郭兆將說。經過10多年的攻關，他帶領團隊揭示小菜蛾對Bt抗性的層級調控模式，深入揭示了小菜蛾對Bt生物農藥產生抗藥性的原因，為小菜蛾Bt抗性治理提供全新途徑，並推動害虫抗藥性研究進入基因網絡調控時代。2021年，相關研究結果發表於《自然·通訊》等國際期刊上，被國際同行評為“裡程碑意義研究成果”，並入選農業農村部評選的“2021中國農業科學十大進展”。

“未來我將努力讓Bt生物農藥恢復對小菜蛾的防治效果，實現綠色防治。”郭兆將表示。

致力成果轉化，把實驗室研究與農業生產緊密結合

郭兆將從小就想當科學家。2006年，他以高分考入了山東農業大學植物保護學院。村裡的鄉親們對此很不解：“學農業不是和刨地差不多嗎，考那麼高的分，學個啥不行？”

進入大學后，郭兆將慢慢體會到，學好農業科技還真離不開刨地。但是，不要小瞧了刨地。“發展現代農業，少了農業科技支撐行嗎？”

大學畢業后，郭兆將考取了張友軍的研究生。老師看中他的科研潛力和干勁，給了他不少鼓勵和支持。郭兆將也不負老師的期望，全身心投入科研中。從研究生階段開始，他不一定是每天到實驗室最早的，但肯定是走得最晚的，做實驗到凌晨兩三點也是家常便飯，一年到頭幾乎沒休過節假日。

“耐得住寂寞，才可能出好成果。”回顧自己的科研生涯，郭兆將如是感慨。

他告訴記者，一個優秀的農業科學家既要有“頂天”的視野、力爭在原始創新實現突破，又要有“立地”的情懷，把研究成果應用到農業生產中去。他把對煙粉虱和小菜蛾的相關研究成果申報了國家發明專利，獲得10多項授權。一些大型跨國公司給他開出了誘人的合作條件，但郭兆將不為所動。“我希望自己的成果首先幫助中國農業發展。”他說。

郭兆將團隊和北京大北農集團簽訂了《生物育種技術合作意向協議書》，聯合研發新一代作物害虫綠色防控產品。

讓郭兆將高興的是，基於小菜蛾Bt抗性機制研究成果，他和團隊成員研發的實時熒光定量聚合酶鏈反應的小菜蛾Bt抗性快速高效檢測預警技術，已經在我國10余個省份開展田間示范推廣應用，在蔬菜害虫綠色防控上邁出了重要一步。

“當年選學‘刨地’，看來是對的。”郭兆將笑著說。

《 人民日報 》（ 2023年01月16日 19 版）