珞珈山上养虫人

原文地址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/7/505578.shtm

珞珈山，武汉大学东北角，几间老平房旁边有片巨大白色纱网。几十年来，它默默笼罩在那里，绝大多数人都不知道它是做什么用的。

直到不久前，这里突然成了海内外媒体关注的焦点——《自然》杂志介绍的一项重要成果，便是在此处完成的。跟着何光存教授的脚步，进入大网内部，《中国科学报》记者这才看清，原来此地饲养着无以计数的虫子。过去30多年，“养虫人”何光存带领课题组成员围绕数以百万计的害虫“做了一篇大文章”。

武汉大学何光存教授。武汉大学供图

这种害虫，每年危害上亿亩稻田

水稻是世界上主要粮食作物之一，水稻收成关乎亿万家庭温饱冷暖。水稻虫害是影响水稻收成的重要因素。在水稻虫害中，褐飞虱之害尤其突出。

别看褐飞虱只是一种体长仅三四毫米的小飞虫，它却对中国、菲律宾、越南、泰国、印度尼西亚等水稻主产国产生严重危害，是亚洲水稻生产中的头号害虫。科学家研究发现，它们成群结队的在一些水稻主产区大量繁殖，吸食水稻韧皮部汁液、传播病毒病并导致水稻大面积倒伏。权威数据统计，在我国，稻飞虱每年发生面积接近4亿亩次、造成100多万吨粮食损失——这些粮食可以养活几百万人。

褐飞虱防治是世界性难题，这种害虫为害严重时，可让水稻成片倒伏死亡，颗粒无收。更令科学家头疼的是，由于长期使用化学农药，在我国的水稻产区，褐飞虱已经有了很强的抗药性，一般农药收效甚微，有的甚至无济于事。

在武汉大学生命科学学院杂交水稻全国重点实验室（以下简称武大杂交水稻重点实验室），记者随着何光存的指引，猫下腰仔细看，果然就看清了那些看似细小纤弱、人畜无害的小飞虫盘踞在稻杆基部啃食。何光存告诉《中国科学报》记者：“这种害虫喜欢蛰伏在水稻基部吸食水稻汁液，因此，在稻田喷洒农药防治效果往往不好。”

褐飞虱其实并非我国本地害虫，而是漂洋过海而来的不速之客。武大杂交水稻重点实验室副主任杨芳介绍，褐飞虱属于典型的“迁飞害虫”。它们分布在东南亚稻田越冬，每年随着季风迁飞来到中国，主要落脚到长江中下游地区的稻田，繁殖五六代，一生百、百生万，产生庞大群体严重威胁着我国的粮食安全。

既然褐飞虱危害这么严重，能不能专门研究这种害虫，为国家找到破解之策？

褐飞虱。受访者供图

研究害虫，需要“很大的胆量”

上世纪90年代，水稻研究倍受国家重视，以袁隆平、朱英国等为代表的农业科学家在水稻遗传育种等方面做出许多开创性工作。受此影响，很多人都紧随其后，把科研重点放在水稻良种选育上。

然而，专门从事水稻虫害抗性研究的科学家却非常少。一方面，世界上很多人一度不相信“水稻抗虫”，他们认为褐飞虱这些虫子天生就是吃水稻的，不依靠化学农药等外部作用，单凭作物自身不可能抵抗害虫的取食。另一方面，抗虫研究技术难度大、周期长，不好出成果、可能陷入虫害研究里一事无成。听说何光存要搞褐飞虱抗性研究，已故中国工程院院士、著名农业科学家朱英国称赞“小何有胆量”。

“我们这一辈人，受前辈科学家影响很深，留学回国，一心就想为国家解决难题，促进农民增收。”何光存不仅这样想，而且坚持这样做。从上个世纪90年代开始，他背着瓶瓶罐罐深入田间捕捉褐飞虱，并开始在纱网棚内大量养殖褐飞虱，测试各种水稻对褐飞虱的抵抗能力。在此后的许多年里，养殖和研究各种各样的虫子，成了这个“虫子教授”干的最多的工作。

随着研究的深入，褐飞虱数量越来越多，需要安置。于是，武汉大学东南角，大纱网和几间老平房就成了他和课题组成员养殖各种褐飞虱，并找到抗虫资源和抗虫基因的“神秘实验场所”。

“国际同行的抗褐飞虱研究比我们早20多年，我们起步晚，但21世纪初就走到了世界前沿。”杨芳介绍，经过14年默默无闻的艰辛研究，到2009年，何光存带领科研课题组终于克隆出国际上第一个水稻抗褐飞虱基因Bphl4——何光存课题组在掌握大量褐飞虱样本，研究水稻对害虫反应的基础上，从野生稻杂交后代中克隆出抗褐飞虱基因Bph14，带有这一基因的水稻，能够有效提高对虫害的“反抗能力”，让褐飞虱吸食不到水稻汁液、不得不知难而退。

这项技术一经问世，就引发密切关注。随后的短短几年时间，国内数十家肓种单位推广应用了这一成果。很多农户发现，过去让他们减产乃至绝收的稻飞虱“不见了”。凭借这一成果，何光存先后获得“湖北省自然科学奖一等奖”“第七届大北农科技奖特等奖”等荣誉，备受追捧。用他的话说，“着实风光了一把！”

反抗害虫，让水稻自己“挺直腰杆”

“风光了一把”之后，何光存又清醒地认识到，虽然都是褐飞虱，但不同褐飞虱类型对水稻的危害有所不同，单靠一种“反抗基因”还不够。这就好比打疫苗，常见流行病有一二十种，单注射一种疫苗不保险。于是，何光存课题又经过20余年艰苦研究，从野生稻和古老农家水稻品种中陆续克隆出10个抗褐飞虱基因。

杨芳介绍，目前各国科学家根据全世界水稻对不同生物型褐飞虱的抗性反应，已克隆17个抗褐飞虱基因，其中，武大杂交水稻重点实验室何光存教授课题组拥有11个，在这一细分领域占据绝对国际话语权，这些基因的广泛应用推动我国抗褐飞虱研究跃居世界领先水平。

国际上利用作物自身的抗性来控制害虫已经有上百年的历史。但是，作物天然抗虫品种如何抗虫的分子机理一直不明确。也就是说，科学家掌握了对付褐飞虱等害虫的办法，但这些办法是如何发挥作用的，还没有弄明白，“知其然，不知其所以然”。

何光存课题组的研究发现，褐飞虱咬食水稻时会产生唾液，其中含有一种名为BISP的唾液蛋白，该蛋白是将普通水稻变得脆弱、易于被取食的“元凶”。而在含有Bph14基因的抗虫水稻中，当BISP进入水稻细胞后，会立即与Bph14编码的受体蛋白发生特异性结合，激发强烈抗虫反应，使褐飞虱不能取食、生长发育受阻、死亡率上升，从而阻止了侵害。

“抗褐飞虱基因编码的受体蛋白就相当于水稻细胞中的一个哨兵，当褐飞虱虫的唾液蛋白BISP进来之后，它马上就能够发现它，产生一种信号，继而把这个信号传递下去，激发水稻强烈的抗虫性，抵抗住这个害虫。”何光存解释说。这是国际上首次发现被植物免疫受体感知的昆虫唾液蛋白。

事物都有两面性，抗虫基因可以抗虫害，但抗性过于强烈则会影响水稻的生长发育。怎么解决？何光存课题组继续探索，发现BISP-BPH14结合后进一步与细胞自噬受体NBR1结合。细胞自噬是真核生物对细胞内物质进行降解周转的重要过程。BISP-BPH14-OSNBR1三蛋白互作激发细胞自噬，精细调控水稻抗虫性的水平，从而成功地让水稻生长和抗虫性达到动态平衡，达到既抗虫又高产的目的。

该研究成果培育的水稻新品种推广应用后，在褐飞虱轻发生地区，可以不打农药；在重发生地区可少打农药2-3次，每亩节省成本40—60元。

也正是因为第一次清楚地揭开了害虫取食与植物反取食的分子机制，《自然》以长文的形式刊发了何光存课题组研究成果。于是，20多家海内外媒体闻讯赶来集中采访。

何光存教授课题组成员。受访者供图

 研究害虫，练就“雕虫小技”

走进武大杂交水稻重点实验室，何光存课题组成员郭建平揭开一个塑料薄膜罩，里面放置有3盆长势茂盛的水稻株，凑近稻株的基部可以看到，密密麻麻的褐飞虱正聚集啃食稻杆。郭建平介绍，这里养殖的褐飞虱是课题组的试验虫源。

而在那个专门饲养褐飞虱的巨网里，该课题组还饲养着超过200万只虫子。“我们经常要去用吸管吸虫，把虫子带回实验室做研究。”郭建平说。

何光存介绍：“飞虫虽然很小，但研究人员需要对它们的品种、产地、性别、虫龄、体重、特性等进行详细分类，并且细致观察它们平均每小时吸食的水稻汁液重量等等，做出细致实验分析，得出详细数据，用以指导抗虫基因研究。”

面向国家重大战略需求和世界科技前沿，利用何光存课题组抗褐飞虱基因培育的水稻品种目前已在湖北、安徽、湖南、江西、广西、海南等省份大面积推广应用，田间褐飞虱虫口密度降低85%以上，在减少农药使用的情况下，保障了农民增产增收。2020年他们因此获得国家技术发明奖二等奖。

回顾当初决定“研究虫子”时的义无反顾，以及30多年研究“一只虫子”的矢志坚守，何光存颇有感慨，“一个人的时间精力是有限的，很多看起来冷门的研究也需要有人去做，下定决心在某个领域倾力而为，做出自己的贡献，科研生涯就算没有虚度。”

令杨芳印象深刻的是，何光存因在水稻抗虫领域的突出贡献，屡获奖励。但他几乎每次都把相关部门颁发给他个人的奖金，分给参与研究的每一位成员，就连帮忙养虫子的工人师傅都不会落下。何光存解释：“研究虫子是一件非常枯燥的事情。如果说，我们做出了一点贡献，那是几十年来、100多位参与研究的师生、工人共同汗水的结晶。”

在同事眼中，何光存几乎把全部精力都投入到了抗虫研究中，几十年如一日，几乎每天都是早来晚归。有一年，本到了下班回家的时候，他却因为醉心于趴在地上观察“虫子啃噬水稻的过程”，忽视了对孩子的照料。当有人慌慌张张跑来告诉他：“你女儿掉水塘里了！”他才猛然起身，感觉天旋地转。

何光存记得很清楚，那天晚些时候，他非常敬重的朱英国院士去医院看望被救起来的孩子，瞅见病床边满眼通红、一脸愧疚、木在那里的何光存，朱先生温柔地拍了拍他的肩膀。那一瞬，他实在绷不住了，眼泪刷刷地流了下来。

现在，让我们再回望珞珈山、武汉大学东北角，那张硕大的网子以及它笼罩的养虫室。30多年来，它静静伫立于此，包括很多武大师生在内的绝大多数人，都不知道它是做什么用的。

未来，越来越多的人会知道，这里有一位勤劳的养虫人，与数百万只虫子为伴，30年如一日，默默钻研着他的“雕虫小技”。

相关论文链接：