當前,我國傳統農業正在快速地向現代化農業發展。植保研究以可持續控制為目標,進一步深入探討生物災害頻發原因、防止有害生物入侵與傳播、轉基因植物安全性等一系列涉及多個分支學科的新問題。在國家政策的支持下,植保工作者繼承前輩艱苦奮斗、振興中華的傳統,在消化吸收世界最新科技成果的基礎上,通過十幾年或更長時間的努力,取得了多項重要的甚至突破性成果。事實表明,我們已從傳統植保向現代化植保跨越了一大步,有很多方面的研究已進入國際先進行列。為祝賀學會成立 40 周年,受學會囑托,下面就最近 10 年我國植物保護研究工作的重大進展作簡要介紹。由于水平所限,錯漏之處敬請批評、補正。
一. 重要病蟲害發生機制和控制技術方面
(一)禾谷多粘菌及其傳播麥類病毒研究
真菌傳播植物病毒病害研究難度較大,是世界性難題。傳播麥類花葉病的禾谷多粘菌休眠孢子帶毒傳病,在土中可存活多年,輪作、施藥都無效。20世紀 70 年代以來日漸嚴重,據查因麥類病毒病年損失小麥 10 億公斤以上。為控制其危害,浙江省農科院陳劍平研究組 10 多年深入研究,取得了重大突破:
自 1990 年通過電鏡觀察 1 萬多個多粘菌超薄切片,終于首次從游走孢子中發現了完整的大麥黃花葉病毒粒子。為了明確禾谷多粘菌傳小麥和燕麥病毒的種類,他們測定的真菌傳麥類病毒基因組序列總數超過 12 萬個堿基,占國際已測定病毒登錄序列總數的 71% ,其中中國發生的 7 種病毒均屬首次測定。同時明確了這 7 種病毒基因組結構特征及其在世界范圍內的分布。
1992年首次發現土傳小麥花葉病毒、燕麥金色條紋病毒和燕麥花葉病毒基因組的自發缺失突變現象,精確測定了三者的缺失位點。以土傳小麥花葉病毒為例,證明其缺失突變現象是由高溫或摩擦接種引起,是其復制酶工作錯誤所造成。
制備了 20 個小麥花葉病毒和 7 個土傳小麥花葉病毒的單克隆抗體,測定了 Furovirus 屬成員抗原決定簇的同源性,及其在外殼蛋白中的位置。建立了土傳小麥花葉病毒外殼蛋白的三維結構模型。
篩選出 47 個小麥黃花葉病毒新抗源,分析了我國小麥黃花葉病毒不同株系的致病性分化及其與歐美小麥梭條斑花葉病毒致病性的差異。發現小麥黃花葉病毒的復合侵染能抑制小麥品種對小麥黃花葉病毒的抗性。這些發現為研究禾谷多粘菌傳麥類病毒的抗性遺傳、抗病育種、病害流行學和防治提供科學依據和研究材料。
本項目是迄今國際上有關植物病毒基因組突變過程、突變機理及其生物學特性的最詳細的研究,評審專家組評議認為達到國際領先水平。 曾先后獲國家科技進步一等獎(1995)和二等獎(2001)。
(二)花生病毒株系侵染規律及其防治
花生病毒病廣泛流行于占我國三分之二花生種植面積的北方花生產區,自 20 世紀 70 年代以來曾多次暴發大流行,給生產帶來嚴重損失。中國農科院油料作物研究所許澤永研究組對為害我國花生的三種主要病毒的發生規律及控制措施進行了深入研究,取得了重大進展:
通過寄主反應、血清學性質研究和殼蛋白 CP 基因序列分析,首次證實我國 PSV 株系與國外已報導的 E 和 W 株系存在顯著差異,據此單獨建立一個新亞組-PSV 亞組III。比較發現,我國分別引起花生表現輕斑駁,斑塊和壞死病征的 PStV 3 個株系的 CP 基因序列與印尼和泰國株系同源性較高,由此證明其遺傳親緣關系與地理區域相關。
首次證實刺槐是通過蚜蟲傳播的 PSV 初侵染源;而帶毒種子是 PStV 和 CMV 的初侵染源,并系統研究了種子攜帶 PStV 病毒的過程。明確花生基因型和病毒侵染時期是影響種傳率的主要因素。通過在河南、山東、江蘇和北京等地多年田間系統調查,結合氣象資料分析,查明不同種類蚜蟲對 3 種病毒傳毒效率存在明顯差異;蚜蟲發生量、花生苗期雨量和種子帶毒率是影響三種病毒流行的主要因素,建立了準確預測三種病害的流行預測式。
經過種子帶毒率檢測,發現國家資源庫收藏的 2496 份花生種質資源中, PStV 平均帶毒率 4.2%;CMV 平均帶毒率 0.1% 。提出對這些種子作必要處理的建議。選育出抗 PSV 的花生品種 "中花 3 號" ,該品種在人工接種條件下的病情指數比感病品種減少 50% ,產量損失減少 66% 。篩選出對 PStV 和 CMV 具有田間抗性的豫花 1 號等幾個品種,并在野生花生中發現了抗花生病毒病的抗源材料。制定用無(低)毒花生種子和覆膜栽培為主要內容的綜合防治措施,在山東煙臺、北京密云和江蘇徐州開展大面積防病示范,平均防病效果在 80% 以上。
本成果經專家組評定認為達到國際先進水平,獲 2001 年國家科技進步二等獎。
(三)棉鈴蟲地理型組成和兼性遷飛研究
80年代后期以來棉鈴蟲在我國棉區頻繁致災。國家科委在“八五”和“九五”科技攻關計劃和“九五”攀登計劃中都將棉鈴蟲遷飛規律的研究列為重點研究內容,由中國農科院植保所等單位圍繞我國棉鈴蟲遷飛規律和生境適應機制、發展區域性棉鈴蟲災變預警和治理技術的總目標,開展了系統的研究,取得了重要進展:
1. 根據其生境適應特性研究,首次提出我國棉鈴蟲可劃分為不同地理型,(熱帶型、亞熱帶型、溫帶型和新疆型 4 個類群),其適宜分布的生態區分別為華南地區、長江流域、黃河流域和新疆南部的部分地區及東部的吐魯番盆地。
不同地理型棉鈴蟲對我國熱帶、亞熱帶和南溫帶地區氣候環境具有高度專化適應性。降雨導致的土壤含水量增加是扼制各地理型棉鈴蟲致災程度的最重要環境因子。
對棉鈴蟲滯育誘導和解除機制、地理種群滯育誘導和解除特性的分化、滯育的種群內變異性和滯育遺傳的系列研究,揭示了棉鈴蟲生長發育與各地物候變化的關系。
2.對棉鈴蟲飛翔肌結構、飛翔能源物質、標記與回收、空中誘捕監測、運動性與寄主關系和兼性遷飛機理進行了系統的研究,明確了棉鈴蟲兼性遷飛行為的生物學基礎。在國內外首次闡明了棉鈴蟲的地理型—兼性遷飛環境適應模式。
通過對棉鈴蟲地理種群形態分類,遺傳雜交,生態適合度,等位酶,隨機擴增多態性和限制性片段長度多態性的研究,從傳統的形態觀察到蛋白質和 DNA 分子水平上明確了棉鈴蟲種群分化水平和基因流動程度。
完成了棉鈴蟲在我國的越冬區劃,其在華北的越冬北界位于一月份平均日最低溫度-15(C 等溫線附近。
3.對棉鈴蟲地理種群抗藥性水平演化動態、成蟲在渤海海面遷飛觀察、環渤海灣種群動態分析、成蟲攜帶花粉分析、遷飛成蟲的鑒別、雷達觀測及成蟲遷飛與東亞大氣環流關系研究,表明我國河北、山西省北部地區、遼寧、內蒙古和吉林等東北地區棉鈴蟲是由華北地區隨春季和夏季季風遷入。
專家評審認為本項研究達到國際同類研究的領先水平,獲 1999 年農業部科技進步一等獎。
(四)斑潛蠅生物學與防治
斑潛蠅是我國 90 年代中期新發現的雜食性害蟲,在許多地區猖獗成災,為此,各地組織力量開展了大量調查研究,廣東等省市還給斑潛蠅研究成果給予科技獎勵,其中北京市植保站和中國農科院植保所為主的合作成果獲 1999 年北京市科技進步一等獎。他們用傳統分類,同功酶譜分析及 RAPD-PCR 分析等方法對斑潛蠅進行分類鑒別,及時確定了美洲斑潛蠅和南美斑潛蠅為危險性檢疫害蟲。
查明其寄主達 20 多科 100 多種,主要寄主是瓜類、豆類、番茄、馬鈴薯和棉花等,其中許多寄主植物為我國首次記錄,發現其對大麥和小麥等禾本科作物也能危害。作物受害葉片光合作用率比正常葉片減少 62% 左右,嚴重時葉片大量脫落。1994年海南省瓜菜因美洲斑潛蠅危害減產 20-30% 以上。1996年四川省美洲斑潛蠅危害造成的經濟損失達 3 億元以上。1997年南美斑潛蠅對云南省的蠶豆、蔬菜、花卉、烤煙、小麥和大麥等作物造成的損失更超過 10 億元。
明確了美洲斑潛蠅的發育起點溫度和有效積溫;研究了成蟲在不同溫度下的取食、產卵及壽命等規律;確定了它的越冬北界。查明了兩個種的分布及其在各主要發生區的年發生代數。通過寄主選擇性試驗確定寄主適合性排序為豆類瓜類茄科十字花科;電鏡觀察和生化分析證明對寄主的選擇性與寄主葉表毛密度、柵欄組織及海綿組織緊密程度呈負相關,而與海綿組織的厚度呈正相關。研究南美斑潛蠅食性分化機理發現其在適應非寄主植物—小麥的過程中,隨著代數的增加,其體內保護酶(POD)的比活力逐步增強,由此證明斑潛蠅適應非寄主植物的能力較強。
種群自然消長規律研究表明,斑潛蠅的發生數量受溫度影響較大,其次為寄主和天敵,而濕度影響較小。在自然條件下,天敵特別是寄生蜂類是控制斑潛蠅發生的主要因子。國內已發現斑潛蠅寄生蜂 30 多種,以姬小蜂和繭蜂為主。對優勢種的生物學、大量繁殖技術及田間防治試驗等進行了研究,取得較好效果。
制定了以加強檢疫嚴防擴散、及時準確測報、采用改進耕作栽培技術、輪作等農業防治措施,結合黃卡誘集與設置防蟲網以及保護利用寄生蜂,輔以特效化學藥劑等方法。經過幾年努力,在大部分地區已基本控制其猖獗危害。
二. 農作物病蟲害監測技術方面
(一)首創昆蟲掃描雷達實時數據采集分析系統
昆蟲雷達是監測昆蟲遷飛大區域種群動態的重要信息處理手段之一,可為暴發性遷飛害蟲的準確預測預報提供關鍵數據。長期以來國內外對掃描雷達回波的信號處理多采用對雷達屏幕直接照相和攝像,一次觀測往往積幾百張乃至上千張圖片資料,分析要花費幾個月,無法應用于長期監測,且分析精度較差。近年來,國內有的單位擬用計算機數據采集和分析的垂直雷達來監測,但是進口一個這種雷達加上配套設施需要耗資 100 多萬美元,且正常觀測需要多臺雷達組成網絡來進行,即便是較發達國家也很難擔負得起這筆費用。為了在我國充分發揮昆蟲雷達的作用,在國家自然科學基金的資助下,中國農科院植保所程登發研究組參考國內外的研究情況,結合昆蟲遷飛特點,首次設計、制作了可單幀和序列進行的昆蟲掃描雷達數據實時采集、分析系統。該系統進行圖像整圓