(一)中国粮棉农作物病虫害综合防治技术体系的创建和成效
农作物生产在我国整个农业生产中占有主导地位,粮棉作物关系着人们的温饱问题。研究创建农作物病虫害综合防治技术体系是构成我国农业生产保障体系的重要组成部分。因此,自“六五”~“八五”国家设立的科技攻关计划中“主要农作物病虫害防治技术研究”一直给予重点支持。通过十多年的联合攻关研究,取得了突破性进展,使我国病虫害的综合防治技术(IPM)研究与实践提高到一个新层次。即由“六五”开始立项前以单虫、单病为研究对象,在国内外率先发展为以每种作物的主要病虫害复合群体为研究对象,并在各主要生态区分作物组建多病虫对象的综合防治技术体系,进一步增强了自然控制与人为防治措施的合理结合以及措施的规范化和可行性。并形成了重要的阶段性成果。该成果体现了我国农业生态多样性和生物群落多样性的特色,与国际同类研究相比,其创新性和先进性主要有以下几点:
•率先开展了以作物为单元多病虫害的综合防治技术研究,将以往重点面向某种重要病、虫的综合治理改进为?;つ持肿魑锉苊馕:Φ淖酆戏乐尾呗裕?#8226;针对农作物同时遭受多种病虫混合为害的实际,首次提出病虫复合危害动态防治指标的概念,开展了相关研究,并结合作物对病虫为害补偿功能、天敌控害作用,计算和制定出粮棉作物主要病虫复合防治指标,突破了经典的综合防治经济阈值概念,极大地提高了综防决策的科学性和准确性;•在充分考虑农作物生长发育与栽培管理、病虫为害的时空关系的前提下,开发研究各种关键防治技术,合理组装出适用于不同关键生长发育阶段的配套技术,实现了对作物全生育期的?;ぷ饔茫?#8226;将各项关键技术通过所设立的示范区进行检验和应用示范,使其不断完善和提高,突出了时效性、实用性;•从我国农业生态多样性和生物群落多样性的特点出发,针对不同生态区种植制度、生物群落结构和生产水平的差异,研究组建了能充分发挥多种防治技术措施实效、并与当地农业发展水平相适应的控害减灾配套技术体系。
通过贯彻主要农作物病虫害综合防治技术体系的总体设计思想和技术路线,在“七五”末,建立了38个综合防治试验示范基地,示范面积330万亩,减少化学用药2~3次,取得显著的增产、保产和生态效益,并将我国病虫害综合防治技术整体水平提高到了一个新的阶段?!鞍宋濉逼诩洌凇捌呶濉弊鄯姥芯炕∩?,按粮棉作物的不同生态区划分别组建的病虫害综合防治技术体系,经33个综防示范区300万亩大面积示范,每亩挽回粮食损失15~30公斤,皮棉4~6公斤。特别是先后经受住了1990年小麦条锈病、1991年褐飞虱、1992~1993年棉铃虫等相继暴发成灾的严峻考验;农药施药量减少1/3,天敌数量成倍增加,投入产出比达到1:5~10,获得了显著的经济、社会和生态效益。该项研究成果1999年荣获农业部科技进步一等奖。
(二)中国小麦条锈病的流行体系
锈病是我国小麦生产上发生危害严重的一类病害。1950年全国小麦锈病(条锈病为主)大流行,损失小麦60亿kg。中国农科院植保所与全国有关单位协作,进行了长期的调查研究,取得了重大成就,在小麦生产中起到了重要作用。
查明了主要越夏区有西北、川西北、华北、云南和新疆5大片,其中甘肃陇南和陇东是越夏基地,陇南又是新小种产生的策源地和品种抗性变异的易变区,而海拔1600~1800m是陇南的关键地区。但华北,包括山西北纬38°30′以北,以宁武、五寨等为代表和内蒙古乌盟及河北坝上的晚熟春麦越夏区,一般年份越夏菌源很少,仅个别年份有一定意义。条锈菌在最热一旬均温20℃以下可以越夏,超过23℃则不能越夏。病菌在高原晚熟冬春麦和自生麦苗上越夏后,至秋季越夏菌源借气流向当地、关中、华北和江汉流域等广大冬麦区秋苗传播并越冬。在华北的德州、石家庄和介休一线以北一月均气温低于-6~-7℃,病菌难以越冬,此线以南可以越冬。证实绵阳、汉中及信阳以南、湖北等江汉流域麦区为条锈病冬繁区,是春季流行的重要菌源基地,这对测报和控制策略具有重要意义。春季流行条件:有一定数量的越冬菌源;大面积种植感病品种;3~5月,特别是3~4月的雨水较多;早春气温回升早。1958年,根据已获得资料提出预测预报试行办法,经实践多年,相当可靠。按此办法,准确预报了1990年条锈病流行。根据上述研究结果将条锈病发生区分为11个流行区:关中、晋南常发区;豫东南常发区;豫苏皖鲁的淮北易发区;豫中北平原易发区;冀中南平原易发区;晋中易发区;冀中东平原偶发区;汉中常发区;甘肃渭泾流域常发区;陇东中部高原偶发区;川西盆地常发区。此外,云南的中、西部,新疆的伊犁、塔城、阿克苏、喀什等地,条锈病也常发流行。按生态学观点,该发生区可概括为越夏、越冬和冬繁3个生态区系。根据生态区的栽培特点和菌源数量,确定改治重点,提高经济效益。其研究成果荣获1987年度国家自然科学二等奖。
(三)粘虫迁飞行为发生与调控的生理生态机制
粘虫是我国粮食作物的重要害虫,也是一种典型的远距离迁飞害虫。由于其经济重要性和迁飞危害的代表性,国家自然科学基金委将“粘虫、褐飞虱迁飞行为机制研究”设立为重点项目,中国农科院植保所等单位通过5年多的系统深入研究,取得了显著的进展和部分突破;并在1998年获得农业部科技进步二等奖。
1. 研究明确了成虫飞行肌超微结构特征,发现了横穿肌节中央的肌质网,这是世界上发现的第4种具有这种结构的昆虫;率先阐明了肌原纤维、内膜及线粒体在发育过程中的变化规律及其与飞行能力的关系,并在飞行肌的研究史中首次阐明了肌节长度和横管系统与功能的关系;首次揭示了粘虫乃至鳞翅类昆虫飞行肌肌蛋白在成虫生殖中的作用,为重新认识飞行肌在昆虫生殖中的作用提供了进一步的科学证据。
2. 在阐明了成虫飞行能源物质种类(糖原和甘油酯)的基础上,系统地揭示了成虫对能源物质的动用规律、来源器官、代谢途径及其载体物质的结构性质,以及粘虫卵黄蛋白的结构和性质在成虫期的发生规律及其与保幼激素和补充营养的关系;明确了保幼激素是影响成虫飞行与生殖的主要生理调控因子及其成虫飞行与生殖系统的互作关系。尤其是与能源物质代谢有关的酶系活性在不同虫态、成虫不同发育、飞行阶段的变化规律的研究结果,都较Gunn等(1988)的相关报道有突破性进展。
3. 系统深入的研究了主要生态因素对成虫飞行与生殖的综合影响。明确了幼虫密度较高、幼虫期饥饿、短光照和高温等不良环境因素是诱导成虫迁飞行为发生的主要原因。其中幼虫密度对成虫飞行与生殖的研究,不仅以充足的实验依据否定了日本的Hill等(1986)粘虫“幼虫密度与成虫的飞行、产卵能力无关”的结论,而且从理论上阐明了不同密度条件下成虫飞行能力不同的原因。
4. 通过飞行对生殖以及生殖对飞行的影响、HOAD酶系活性等方面的研究分析,率先发现了羽化后的24小时之内是成虫“决定”迁飞或留在本地生殖的关键时期或最后“开关”。并率先确定了该时期的生理特征及对该时期具有重要影响作用的环境生理因子。为粘虫预测及防治水平的提高提供了新的理论依据。
5. 研究明确了成虫翅的力学结构特征、翅振模式;科学地揭示了飞行能力与补充营养、环境气流、温湿度的关系;首次建立了飞行能源物质利用效益的概念,并运用该理论阐明了不同温湿条件下成虫飞行能力产生变异的原因。为阐明粘虫在不同季节、纬度对迁飞高度的选择提供了重要的理论依据。
(四)棉铃虫地理型组成和兼性迁飞研究
80年代后期以来棉铃虫在我国棉区频繁致灾。国家科委在“八五”和“九五”科技攻关计划和“九五”攀登计划中都将棉铃虫迁飞规律的研究列为重点研究内容,由中国农科院植保所等单位围绕我国棉铃虫迁飞规律和生境适应机制、发展区域性棉铃虫灾变预警和治理技术的总目标,开展了系统的研究,取得了重要进展:
1. 根据其生境适应特性研究,首次提出我国棉铃虫可划分为不同地理型,(热带型、亚热带型、温带型和新疆型 4 个类群),其适宜分布的生态区分别为华南地区、长江流域、黄河流域和新疆南部的部分地区及东部的吐鲁番盆地。
不同地理型棉铃虫对我国热带、亚热带和南温带地区气候环境具有高度专化适应性。降雨导致的土壤含水量增加是扼制各地理型棉铃虫致灾程度的最重要环境因子。
对棉铃虫滞育诱导和解除机制、地理种群滞育诱导和解除特性的分化、滞育的种群内变异性和滞育遗传的系列研究,揭示了棉铃虫生长发育与各地物候变化的关系。
2.对棉铃虫飞翔肌结构、飞翔能源物质、标记与回收、空中诱捕监测、运动性与寄主关系和兼性迁飞机理进行了系统的研究,明确了棉铃虫兼性迁飞行为的生物学基础。在国内外首次阐明了棉铃虫的地理型—兼性迁飞环境适应模式。
通过对棉铃虫地理种群形态分类,遗传杂交,生态适合度,等位酶,随机扩增多态性和限制性片段长度多态性的研究,从传统的形态观察到蛋白质和 DNA 分子水平上明确了棉铃虫种群分化水平和基因流动程度。
完成了棉铃虫在我国的越冬区划,其在华北的越冬北界位于一月份平均日最低温度-15(C 等温线附近。
3.对棉铃虫地理种群抗药性水平演化动态、成虫在渤海海面迁飞观察、环渤海湾种群动态分析、成虫携带花粉分析、迁飞成虫的鉴别、雷达观测及成虫迁飞与东亚大气环流关系研究,表明我国河北、山西省北部地区、辽宁、内蒙古和吉林等东北地区棉铃虫是由华北地区随春季和夏季季风迁入。
专家评审认为本项研究达到国际同类研究的领先水平, 1999 年获农业部科技进步一等奖。
(五)小麦吸浆虫种群动态规律及综合治理技术体系
小麦吸浆虫是一种世界性的毁灭性害虫,专门吸食籽粒内的浆液,造成麦??诊酰÷笱现丶醪?,甚至绝收。50年代吸浆虫在我国曾严重发生危害,到60年代初基本控制危害。由于耕作栽培制度的不断变革,品种更换和有机氯农药禁用等原因。1985年又再度严重回升,暴发成灾,发生范围之广、虫口密度之高、危害之重超过了50年代。为了遏制小麦吸浆虫