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历时14年推翻国际盛行假说 ——寄主迁飞传病理论的诞生记
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蚜虫是严重威胁全世界农业生产的主要作物害虫。生态学家一直在研究探索能让蚜虫生病的“天敌”，其中虫霉目真菌诱发的蚜虫流行病对蚜虫自然控制的作用举足轻重。
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冯明光于1986年1月赴美国爱达荷大学攻读博士学位，期间从事蚜虫流行病的田间研究。当时，他对国际上盛行的“土壤传病假说”深信不疑。该假说由欧者学者在上世纪70年代末至80年代初提出，认为病死蚜尸落入土中，病原菌的休眠孢子会在土壤中越冬或渡过不利季节，成为翌年作物地迁入蚜虫的初始侵染源。这一流行学假说载入多种相关专著和教科书，对蚜虫流行病基础研究和保护利用产生了深远影响。在历时四年的田间研究中，冯明光虽然发表了一系列充分揭示虫霉流行病在麦蚜自然控制中意义重大的科研论文，但自己却陷入了对虫霉流行病基本成因的困惑。一种只侵染蚜虫的新蚜虫疠霉并不产生休眠孢子，却在蚜虫种群中频繁流行，“土壤传病假说”显然无法解释这一重要现象，更无法解释更广阔范围内田间蚜虫流行病“来无踪、去无影”的季节性流行现象。
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带着困惑，冯明光开始了在蒙他拿州立大学的博士后研究。1990年秋末冬初的一天，华盛顿州一家农业实验站突然寄给他一批苜蓿蚜尸请求鉴定死因，结果都是新蚜虫疠霉所致。“那批冬天寄来的蚜尸给了我重要启示，因为麦蚜病害主要在夏季流行，我先前的研究都在夏季，对入冬蚜虫的病变没有多加关注。”他立刻驱车八九百千米，去那家农业实验站苜蓿地采集了大量蚜尸标本，利用它们进行了验证土壤传病假说的实验，却没有获得预期的结果。这使他加深了对土壤传病假说的怀疑，企盼用一种新的观点来解释蚜病季节性流行的现象。“我当时很保守，毕竟土壤传病假说是很多权威学者一致公认的，当时根据实验结果写了一篇论文，仅发表在一个不太引人注目的刊物上，很委婉地提出了至少新蚜虫疠霉存在土壤以外传播途径的可能性。”从那以后，冯明光开始真正怀疑土壤传病假说了，整整一个冬季在雪地里坚持观察秋末播种的冬小麦，寻找蚜虫的踪迹。虽然冬季蚜虫数量很少，但他最终还发现了几头受感染的蚜虫，如获至宝带回实验室观察。
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冯明光于1992年底博士后出站回国，他深信蚜虫流行病的传播存在另外一种机制，希望能找到证据。蚜虫具有举世公认的迁飞扩散能力，体长仅一两毫米的有翅蚜能通过主动飞行进行近距离扩散，还能够随风被动飞行数百乃到上千千米，而绝大多数蚜虫病原真菌是蚜科专化性的种类。根据这些生物学常识和亲身研究蚜虫流行病得来的认识，冯明光推测，新蚜虫疠霉等几种蚜科专化性病原菌在全世界的广泛流行，可能借助空中走廊的传播，即蚜虫真菌性病害随有翅蚜迁飞传播而流行。当1995年前后构建出这一新的假说时，冯明光很兴奋，认为这是个非常值得努力探索的方向。他申请到了国家杰出青年科学基金，是浙江大学农业与生命科学领域第一个获得这项基金的学者。此后，他带领的课题组踏上证明这一科学假说的漫漫征途。
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最初的研究是从华家池校区中心大楼楼顶开始的。冯明光首先设计了这样的实验，在楼顶上铺上一块大黄布，在黄布上安放了数十盆蔬菜诱捕空中迁飞性有翅蚜。他带着博士生每天去盆栽蔬菜上找有翅蚜，然后带回实验室一头头饲养。坚持三个月后，得到了令人振奋的结果，并很快在《科学通报》上发表，《科学时报》见此论文后又专门报道了这一发现，称这是国内外首次关于蚜虫病原真菌借有翅蚜迁飞而传播的直接证据，充分说明蚜虫迁飞活动在蚜虫流行病形成中的重要作用，为深入研究和利用蚜虫流行病控制蚜害提供了崭新的思路。
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华家池中心大楼的楼顶毕竟是个“小地方”。在首战告捷后，冯明光将目光聚焦到全国范围内，以杭州为据点，数年间先后派遣博士生在河南原阳、云南昆明和勐海及新疆阿拉尔市四省区五地设点进行系统观察，总计从空中诱捕观察有翅蚜30092头，获得了大量空中迁飞性有翅蚜传病的证据。与此同时，在实验室进行了1200余头带病有翅蚜的模拟飞行试验，所获数据经流行学模型和生殖概率模型的拟合分析，证明感病有翅蚜在发病潜伏期内具有飞行扩散能力，飞后能够在植物上成功定殖并将病害传给后代或周围同类。这项研究的多篇论文发表于Environmental Microbiology、Applied and Environmental Microbiology、Ecological Entomology、Biological Control、Journal of Invertebrate Pathology等国际权威刊物，引起了国际同行专家的关注和广泛认可，并于2006年获得了浙江省科学技术奖一等奖。
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至此，冯明光实验室的这些新发现确立了有翅蚜带菌迁飞作为蚜虫流行病主要传播途径的新学说地位，不仅冲破了国际上土壤传病假说的长期束缚，还深刻揭示了有翅蚜迁飞传病与其他可能传病途径间的关系。围绕主题研究需要，成功建立了新蚜虫疠霉等虫霉侵染体的黍米培养技术体系，突破了寄主专化性虫霉侵染体繁殖的国际性难题。砺声声奏凯歌——新的理论和技术体系的成功建立，将有助于推动基于虫霉的蚜虫生物防治技术发展以及数百种其他害虫的虫霉病原物的利用及资源开发，造福于无公害农业及生物多样性保护。
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从研制世界上首张大熊猫基因身份码开始
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1869年3月，在四川地区传教的法国神父让·皮埃尔·阿曼德·大卫，发现了一种奇特的“黑白熊”，便断言“这可能会成为科学上一个有趣的新种”。后经过巴黎国家博物馆主任米勒·爱德华研究，认为它既不是熊，也不是猫，便正式定名为“大猫熊”（Giant Panda），即后在我国称为国宝的大熊猫。
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在浙江大学，有一位对大熊猫这样的国宝级动物痴迷了一辈子的专家，他就是浙江大学生命科学学院方盛国教授。
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2001年2月22日，方盛国教授在教育部濒危野生动物保护遗传与繁殖重点实验室公开展示了由他负责的研究小组研制的世界首张野生大熊猫基因身份证，以及陕西佛坪和四川唐家河两个国家级自然保护区野生大熊猫种群完整的基因户籍档案。当人类的户籍管理还停留在电子时代时，野生大熊猫的户籍管理已正式步入基因管理时代。
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野生大熊猫究竟有多少只？每只熊猫的性别和所属的家庭及其之间的亲缘关系如何？有关野生大熊猫的诸多问题，一直受到国内外各界的极大关注。要合理地制定野生大熊猫物种保护对策，实施野外就地保护和人工圈养迁地保护计划，国家主管部门必须组织有关的科研机构，对野生大熊猫种群的数量和结构进行研究，以掌握物种的野外现状。
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多年来，为了改进目前大熊猫野外数量调查中关于数量和种群结构的确认方法，提高种群的动态监测和管理水平，方盛国负责的研究小组开展了该领域的方法性探索。
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要取得野生大熊猫的基因，首先要采集到熊猫的毛发、粪便等物质。在完成了“大熊猫DNA指纹探针研制”和“高质量基因组DNA提取方法”的前期工作后，学院的一批研究生先后在1999年、2000年两度赶赴四川唐家河国家级自然保护区和陕西佛坪国家级自然保护区，进行了长时间的野外粪便的采集工作。在人迹罕至的深山老林里，这批研究野生动物的人自己也成了“野生动物”，他们以山洞为家，白天一大早便出门，“寸土不漏”地搜寻大熊猫的粪便。一天下来，浑身都被露水和汗水浸湿了。入夜，他们围聚在篝火旁，烘烤衣服，埋锅造饭……采集工作完成后，专家们在实验室从大熊猫的粪便中首先分离出脱落的消化道细胞，而后从中提取出高质量的熊猫基因组，完成大熊猫“基因身份证”的研制。
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首张大熊猫的基因身份证由两部分构成：一是约定俗成的数字码，由国家代码、省（自治区）代码、地区代码、县代码、保护区代码、家庭代码和个体代码共同构成。另一个是由每只熊猫的性别和个体确认的基因条形码构成，这种码具有唯一性，误差率在大熊猫为十六亿分之一。在此基础上，将保护区所有大熊猫的基因码集中起来，就形成了一个完整的，且以保护区为管理单元的大熊猫户籍档案。
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有了这个基因身份证管理系统和基因户籍档案系统，管理人员在进行动态监测时，若发现一只不知名的熊猫，就可以通过基因检测确定它的性别和所属家庭，发放一个基因身份证给它，并报上户口。若死亡一只或从野外捕捉一只个体，通过此方法可知道此个体是来源于哪一个家庭，据此将其在野外的户口注销。对于人工饲养种群，管理人员在人工繁殖的亲本选择时，就能避免近亲繁殖。
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正是由于上述研究的推动，方盛国教授及其指导的研究生，才在动物保护遗传学领域，首次提出了濒危物种保护的“行动单元”和“家庭网络”两个新的管理单元，丰富和发展了动物的保护遗传学理论。该成果被美国斯坦福大学的同行称之为“这一全新的概念，对美国濒危动物的保护，具有极其重要的意义”。
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众所周知，要在大熊猫现今分布的六个彼此隔离的山系之间建立走廊带，其科学性一直存在争议。支持者认为，“走廊带”能促进山系间的基因交流，防止近交衰退而免于灭绝。但反对者却认为，山系之间可能已产生了明显的遗传分化，“走廊带”不仅要耗费国家数亿元的巨资，还会因遗传的不亲和性造成远交衰退而置大熊猫于灭绝的险境之中。有鉴于此，虽然国家在“十五”期间就批准了高达4.1亿元的“走廊带”建设工程，但由于争议的存在，主管部门并未盲目地实施该项工程。为此，方盛国教授及其研究生们以“六个山系之间是否产生了遗传分化”为切入点，开展了大熊猫分子生态学的系统研究。
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然而，由于大熊猫古老、珍贵、稀少和进化速率缓慢等特殊性，众多野生动物遗传检测的有效方法，均难以在大熊猫的研究中取得理想结果。因此，在很长一段时期内，大熊猫有效的分子检测标记问题、粪便高质量DNA的提取问题和福尔马林固定组织高质量DNA的提取问题，就成为了限制大熊猫分子生态学和保护遗传学深层次研究中的世界性难题。
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基于上述科学问题，方盛国教授研究组在认真分析和总结国内外相关研究成果的基础上，通过缜密的实验方案设计，于2002—2005年期间，先后解决了分子检测标记、福尔马林固定组织高质量DNA提取，以及粪便高质量DNA提取三大问题。又进一步利用所取得的成果，通过基因组的遗传分化、头骨和牙齿形态特征的多变量统计分析，以及毛发色泽的群体差异性统计分析的综合研究，发现秦岭山系的大熊猫已于距今10000～12000年前的晚更新世冰川末期，便分化成一个独立的亚种——秦岭亚种。该结果为国家林业局和陕西省人民政府于2006年6月11日决定取消大熊猫“走廊带”建设工程（计划投资4.1亿元），提供了重要的决策依据，为促进我国濒危动物的科学保护和保护区建设事业的发展，做出了重要贡献。
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此外，国家林业局和陕西省人民政府还根据方盛国教授的建议，批准了在陕西省楼观台建立一个大熊猫秦岭亚种的种源繁育基地，从而将大熊猫的保护工作进一步推向深入。
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（作者：周炜）
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