当前,我国传统农业正在快速地向现代化农业发展。植保研究以可持续控制为目标,进一步深入探讨生物灾害频发原因、防止有害生物入侵与传播、转基因植物安全性等一系列涉及多个分支学科的新问题。在国家政策的支持下,植保工作者继承前辈艰苦奋斗、振兴中华的传统,在消化吸收世界最新科技成果的基础上,通过十几年或更长时间的努力,取得了多项重要的甚至突破性成果。事实表明,我们已从传统植保向现代化植保跨越了一大步,有很多方面的研究已进入国际先进行列。为祝贺学会成立 40 周年,受学会嘱托,下面就最近 10 年我国植物保护研究工作的重大进展作简要介绍。由于水平所限,错漏之处敬请批评、补正。
一. 重要病虫害发生机制和控制技术方面
(一)禾谷多粘菌及其传播麦类病毒研究
真菌传播植物病毒病害研究难度较大,是世界性难题。传播麦类花叶病的禾谷多粘菌休眠孢子带毒传病,在土中可存活多年,轮作、施药都无效。20世纪 70 年代以来日渐严重,据查因麦类病毒病年损失小麦 10 亿公斤以上。为控制其危害,浙江省农科院陈剑平研究组 10 多年深入研究,取得了重大突破:
自 1990 年通过电镜观察 1 万多个多粘菌超薄切片,终于首次从游走孢子中发现了完整的大麦黄花叶病毒粒子。为了明确禾谷多粘菌传小麦和燕麦病毒的种类,他们测定的真菌传麦类病毒基因组序列总数超过 12 万个碱基,占国际已测定病毒登录序列总数的 71% ,其中中国发生的 7 种病毒均属首次测定。同时明确了这 7 种病毒基因组结构特征及其在世界范围内的分布。
1992年首次发现土传小麦花叶病毒、燕麦金色条纹病毒和燕麦花叶病毒基因组的自发缺失突变现象,精确测定了三者的缺失位点。以土传小麦花叶病毒为例,证明其缺失突变现象是由高温或摩擦接种引起,是其复制酶工作错误所造成。
制备了 20 个小麦花叶病毒和 7 个土传小麦花叶病毒的单克隆抗体,测定了 Furovirus 属成员抗原决定簇的同源性,及其在外壳蛋白中的位置。建立了土传小麦花叶病毒外壳蛋白的三维结构模型。
筛选出 47 个小麦黄花叶病毒新抗源,分析了我国小麦黄花叶病毒不同株系的致病性分化及其与欧美小麦梭条斑花叶病毒致病性的差异。发现小麦黄花叶病毒的复合侵染能抑制小麦品种对小麦黄花叶病毒的抗性。这些发现为研究禾谷多粘菌传麦类病毒的抗性遗传、抗病育种、病害流行学和防治提供科学依据和研究材料。
本项目是迄今国际上有关植物病毒基因组突变过程、突变机理及其生物学特性的最详细的研究,评审专家组评议认为达到国际领先水平。 曾先后获国家科技进步一等奖(1995)和二等奖(2001)。
(二)花生病毒株系侵染规律及其防治
花生病毒病广泛流行于占我国三分之二花生种植面积的北方花生产区,自 20 世纪 70 年代以来曾多次暴发大流行,给生产带来严重损失。中国农科院油料作物研究所许泽永研究组对为害我国花生的三种主要病毒的发生规律及控制措施进行了深入研究,取得了重大进展:
通过寄主反应、血清学性质研究和壳蛋白 CP 基因序列分析,首次证实我国 PSV 株系与国外已报导的 E 和 W 株系存在显著差异,据此单独建立一个新亚组-PSV 亚组III。比较发现,我国分别引起花生表现轻斑驳,斑块和坏死病征的 PStV 3 个株系的 CP 基因序列与印尼和泰国株系同源性较高,由此证明其遗传亲缘关系与地理区域相关。
首次证实刺槐是通过蚜虫传播的 PSV 初侵染源;而带毒种子是 PStV 和 CMV 的初侵染源,并系统研究了种子携带 PStV 病毒的过程。明确花生基因型和病毒侵染时期是影响种传率的主要因素。通过在河南、山东、江苏和北京等地多年田间系统调查,结合气象资料分析,查明不同种类蚜虫对 3 种病毒传毒效率存在明显差异;蚜虫发生量、花生苗期雨量和种子带毒率是影响三种病毒流行的主要因素,建立了准确预测三种病害的流行预测式。
经过种子带毒率检测,发现国家资源库收藏的 2496 份花生种质资源中, PStV 平均带毒率 4.2%;CMV 平均带毒率 0.1% 。提出对这些种子作必要处理的建议。选育出抗 PSV 的花生品种 "中花 3 号" ,该品种在人工接种条件下的病情指数比感病品种减少 50% ,产量损失减少 66% 。筛选出对 PStV 和 CMV 具有田间抗性的豫花 1 号等几个品种,并在野生花生中发现了抗花生病毒病的抗源材料。制定用无(低)毒花生种子和覆膜栽培为主要内容的综合防治措施,在山东烟台、北京密云和江苏徐州开展大面积防病示范,平均防病效果在 80% 以上。
本成果经专家组评定认为达到国际先进水平,获 2001 年国家科技进步二等奖。
(三)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,获 1999 年农业部科技进步一等奖。
(四)斑潜蝇生物学与防治
斑潜蝇是我国 90 年代中期新发现的杂食性害虫,在许多地区猖獗成灾,为此,各地组织力量开展了大量调查研究,广东等省市还给斑潜蝇研究成果给予科技奖励,其中北京市植保站和中国农科院植保所为主的合作成果获 1999 年北京市科技进步一等奖。他们用传统分类,同功酶谱分析及 RAPD-PCR 分析等方法对斑潜蝇进行分类鉴别,及时确定了美洲斑潜蝇和南美斑潜蝇为危险性检疫害虫。
查明其寄主达 20 多科 100 多种,主要寄主是瓜类、豆类、番茄、马铃薯和棉花等,其中许多寄主植物为我国首次记录,发现其对大麦和小麦等禾本科作物也能危害。作物受害叶片光合作用率比正常叶片减少 62% 左右,严重时叶片大量脱落。1994年海南省瓜菜因美洲斑潜蝇危害减产 20-30% 以上。1996年四川省美洲斑潜蝇危害造成的经济损失达 3 亿元以上。1997年南美斑潜蝇对云南省的蚕豆、蔬菜、花卉、烤烟、小麦和大麦等作物造成的损失更超过 10 亿元。
明确了美洲斑潜蝇的发育起点温度和有效积温;研究了成虫在不同温度下的取食、产卵及寿命等规律;确定了它的越冬北界。查明了两个种的分布及其在各主要发生区的年发生代数。通过寄主选择性试验确定寄主适合性排序为豆类瓜类茄科十字花科;电镜观察和生化分析证明对寄主的选择性与寄主叶表毛密度、栅栏组织及海绵组织紧密程度呈负相关,而与海绵组织的厚度呈正相关。研究南美斑潜蝇食性分化机理发现其在适应非寄主植物—小麦的过程中,随着代数的增加,其体内?;っ福≒OD)的比活力逐步增强,由此证明斑潜蝇适应非寄主植物的能力较强。
种群自然消长规律研究表明,斑潜蝇的发生数量受温度影响较大,其次为寄主和天敌,而湿度影响较小。在自然条件下,天敌特别是寄生蜂类是控制斑潜蝇发生的主要因子。国内已发现斑潜蝇寄生蜂 30 多种,以姬小蜂和茧蜂为主。对优势种的生物学、大量繁殖技术及田间防治试验等进行了研究,取得较好效果。
制定了以加强检疫严防扩散、及时准确测报、采用改进耕作栽培技术、轮作等农业防治措施,结合黄卡诱集与设置防虫网以及保护利用寄生蜂,辅以特效化学药剂等方法。经过几年努力,在大部分地区已基本控制其猖獗危害。
二. 农作物病虫害监测技术方面
(一)首创昆虫扫描雷达实时数据采集分析系统
昆虫雷达是监测昆虫迁飞大区域种群动态的重要信息处理手段之一,可为暴发性迁飞害虫的准确预测预报提供关键数据。长期以来国内外对扫描雷达回波的信号处理多采用对雷达屏幕直接照相和摄像,一次观测往往积几百张乃至上千张图片资料,分析要花费几个月,无法应用于长期监测,且分析精度较差。近年来,国内有的单位拟用计算机数据采集和分析的垂直雷达来监测,但是进口一个这种雷达加上配套设施需要耗资 100 多万美元,且正常观测需要多台雷达组成网络来进行,即便是较发达国家也很难担负得起这笔费用。为了在我国充分发挥昆虫雷达的作用,在国家自然科学基金的资助下,中国农科院植保所程登发研究组参考国内外的研究情况,结合昆虫迁飞特点,首次设计、制作了可单帧和序列进行的昆虫扫描雷达数据实时采集、分析系统。该系统进行图像整圆