強(qiáng) 勝

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)雜草研究室，南京 210095）

草害一直困擾著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。我國(guó)有雜草1 400余種，其中嚴(yán)重危害的有130余種，分為5區(qū)、7亞區(qū)雜草植被類型。在每年投入235億元雜草防治費(fèi)用的情況下，雜草仍然導(dǎo)致糧食減產(chǎn)5千萬(wàn)t，直接經(jīng)濟(jì)損失近千億元。自20世紀(jì)70年代以來(lái)廣泛推廣應(yīng)用化學(xué)除草劑，當(dāng)前我國(guó)化除面積已占播種面積的60%，基本上形成了以化學(xué)防除為主體的雜草防除技術(shù)體系［1］。我國(guó)除草劑在農(nóng)藥市場(chǎng)中的比重已經(jīng)達(dá)到25%以上。而在國(guó)際上除草劑已幾乎占到整個(gè)農(nóng)藥市場(chǎng)的一半。大量化學(xué)除草劑的使用除帶來(lái)環(huán)境污染等問(wèn)題外［2］，更令人關(guān)注的是抗藥性雜草種群迅速上升，產(chǎn)生新的雜草問(wèn)題，敏感雜草種群滅絕，農(nóng)田雜草多樣性遭到破壞，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)和生態(tài)危機(jī)，已經(jīng)直接威脅作物生產(chǎn)安全和影響到農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展［3］；由于推行省工節(jié)本的農(nóng)業(yè)輕型栽培技術(shù)，加重了草害發(fā)生；外來(lái)雜草的入侵也產(chǎn)生了新的雜草問(wèn)題［4］。雜草群落演變，已經(jīng)成為雜草成災(zāi)的主要原因。

雜草科學(xué)除了上述為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供雜草治理的理論、方法和關(guān)鍵技術(shù)支撐的應(yīng)用屬性外，還兼有重要的基礎(chǔ)理論特性。外來(lái)入侵生物、轉(zhuǎn)基因環(huán)境安全許多機(jī)制以及目前受關(guān)注的生物均質(zhì)化問(wèn)題，均基于雜草科學(xué)的基本原理或是屬于雜草科學(xué)范疇；雜草科學(xué)問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)今人類關(guān)注的全球環(huán)境變化的焦點(diǎn)之一。轉(zhuǎn)基因作物的研制和產(chǎn)業(yè)化最成功的基因性狀是抗（耐）除草劑轉(zhuǎn)基因作物［5］，雜草抗藥性研究將會(huì)貢獻(xiàn)出更多的抗性機(jī)制和抗性基因，培育新的抗除草劑作物［3，6］。雜草的形成與人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)，雜草起源與進(jìn)化的研究有助于揭開(kāi)農(nóng)業(yè)文明起源、作物起源等困擾人類的基本科學(xué)問(wèn)題。生物除草機(jī)制的研究有助于揭示自然界存在的植物與植物、植物與其他生物的相互作用。

1 雜草學(xué)發(fā)展規(guī)律、研究特點(diǎn)和現(xiàn)狀

雜草防治是研究雜草發(fā)生、危害及其防治理論和防治技術(shù)的科學(xué)，屬于雜草科學(xué)（weed science）范疇。雜草和化學(xué)防除為兩個(gè)最核心和最基本的內(nèi)容。其中，雜草是基礎(chǔ)，沒(méi)有雜草也就不需要有雜草防治，而雜草科學(xué)的形成和發(fā)展是與化學(xué)除草劑的研制和廣泛使用密切相關(guān)的，化學(xué)除草劑在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間仍然是雜草防除的重要手段。顯然，這是一門理論與實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合性交叉學(xué)科，既涉及農(nóng)業(yè)科學(xué)的各個(gè)分支，又與植物學(xué)、生態(tài)學(xué)、有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、植物生理學(xué)、分子生物學(xué)等領(lǐng)域息息相關(guān)。需要通過(guò)在群落、種群、個(gè)體、細(xì)胞、分子水平上研究雜草的生物生態(tài)學(xué)、多樣性，揭示雜草形成、演化和發(fā)生危害的本質(zhì)規(guī)律性，發(fā)展生物、生態(tài)、化學(xué)等防除技術(shù)，建立雜草有效治理技術(shù)與雜草資源綜合利用相結(jié)合的雜草可持續(xù)管理體系。20世紀(jì)是雜草科學(xué)尤其是化學(xué)除草劑形成發(fā)展乃至達(dá)到鼎盛的時(shí)期。但是，近20年來(lái)生物科學(xué)研究的飛速發(fā)展，推動(dòng)并影響到雜草科學(xué)的發(fā)展方向，轉(zhuǎn)基因抗除草劑作物的商業(yè)化已經(jīng)改變了除草劑的研制、生產(chǎn)、推廣和銷售的格局，導(dǎo)致了草甘膦為主導(dǎo)的除草劑單一化趨勢(shì)，隨之而來(lái)的雜草抗藥性以及與此有關(guān)的轉(zhuǎn)基因作物的環(huán)境安全問(wèn)題也越顯突出，影響到以除草劑為主體的化學(xué)防除技術(shù)體系的可持續(xù)發(fā)展［6］；除草劑作用靶標(biāo)的深入研究已經(jīng)改變著傳統(tǒng)的除草劑研制方式；雜草生物防治和生物除草劑的研制和發(fā)展、通過(guò)生態(tài)調(diào)控途徑的雜草可持續(xù)管理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將改變完全依賴化學(xué)除草劑的狀態(tài)。這些都已極大地拓展了雜草防治的內(nèi)涵和研究領(lǐng)域，也昭示雜草科學(xué)由其化學(xué)時(shí)代向生物學(xué)時(shí)代的轉(zhuǎn)變。另一方面，隨著外來(lái)雜草入侵導(dǎo)致的環(huán)境安全問(wèn)題逐漸被人們所關(guān)注，形成了以田園雜草與環(huán)境外來(lái)雜草并重的雜草防治格局［7］。此外，除草劑的施用、雜草的機(jī)械、物理防治方法涉及物理和農(nóng)業(yè)機(jī)械工程，除草劑的合成和生產(chǎn)涉及化工，雜草生態(tài)學(xué)及其生態(tài)控制涉及作物栽培與耕作，轉(zhuǎn)基因抗除草劑作物的研制涉及分子生物學(xué)、生物工程和育種學(xué)，雜草檢疫和外來(lái)入侵植物的管理涉及管理學(xué)科的原理。

2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀與存在差距

近10年來(lái)國(guó)家自然科學(xué)基金立項(xiàng)的雜草科學(xué)相關(guān)的課題200余項(xiàng)。它們大多為中青年學(xué)者所承擔(dān)，培養(yǎng)了一批該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)帶頭人和學(xué)術(shù)骨干。特別是培養(yǎng)了百余名雜草科學(xué)的博士和碩士等高級(jí)專門人才，為未來(lái)發(fā)展奠定了人才基礎(chǔ)。其中，外來(lái)入侵植物立項(xiàng)最多，占30%。外來(lái)植物入侵機(jī)制列有2個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目，惡性外來(lái)雜草如紫莖澤蘭（10項(xiàng)）、互花米草（12項(xiàng)）、空心蓮子草（8項(xiàng)）、豚草和加拿大一枝黃花（各4項(xiàng)）等有較多的關(guān)注。由于外來(lái)入侵植物的地域性特點(diǎn)賦予這些研究的中國(guó)特色，對(duì)有效控制外來(lái)入侵植物危害產(chǎn)生了積極意義；已經(jīng)在國(guó)際主流雜志發(fā)表數(shù)10篇論文，特別是紫莖澤蘭氮素分配機(jī)制增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)性的研究發(fā)表在國(guó)際知名雜志PNAS和Ecology上，在國(guó)際上產(chǎn)生了重要影響，這也是我國(guó)在雜草科學(xué)領(lǐng)域重大的突破［8］。其次，是化學(xué)除草劑的研制及其環(huán)境毒理占24%。我國(guó)首次發(fā)現(xiàn)了抗草甘膦野芥菜種群，也報(bào)道了我國(guó)多種雜草分別抗不同種類除草劑的案例，并對(duì)部分種類的抗性機(jī)制進(jìn)行了解析［9－10］；通過(guò)除草劑作用靶標(biāo)以及對(duì)靶設(shè)計(jì)以期合成新的除草劑品種是其中立項(xiàng)的重要方向，也促進(jìn)了我國(guó)新型除草劑的創(chuàng)制，一些產(chǎn)品已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化或正在產(chǎn)業(yè)化，顯示出良好的前景?；凶饔醚芯考s占20%，雖然主要研究植物與植物通過(guò)化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生相互作用，但多數(shù)研究是圍繞化感物的抑草及其作用機(jī)制；水稻化感作用物質(zhì)基礎(chǔ)的闡明以及水稻與雜草間的化感相互作用、化感水稻品種培育等研究具有特色和一定國(guó)際影響［11－12］。受雜草生物生態(tài)學(xué)領(lǐng)域項(xiàng)目資助，建立了收集有千余種雜草子實(shí)和近3 000種雜草植株標(biāo)本的雜草標(biāo)本室，出版了《中國(guó)雜草志》，開(kāi)設(shè)了“中國(guó)雜草信息系統(tǒng)”、“外來(lái)入侵植物網(wǎng)站”，點(diǎn)擊近百萬(wàn)人次，在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生了重要的影響。生物除草劑研究領(lǐng)域結(jié)合其他項(xiàng)目共同的資助，已經(jīng)在生物除草劑機(jī)理研究方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，先后發(fā)表相關(guān)SCI論文10余篇；申請(qǐng)及獲得國(guó)家發(fā)明專利20余項(xiàng)，其中，國(guó)際專利2項(xiàng)；特別是四氨酸類物質(zhì)作為新的光系統(tǒng)II抑制劑的發(fā)現(xiàn)具有原創(chuàng)性，引起了國(guó)際學(xué)術(shù)界的關(guān)注［13－14］。近年來(lái)的雜草稻和轉(zhuǎn)基因作物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)受到重視，其中“轉(zhuǎn)基因水稻基因外逃”得到重點(diǎn)立項(xiàng)［15］。

總之，本學(xué)科近年來(lái)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，加之外來(lái)生物入侵、轉(zhuǎn)基因作物環(huán)境安全均涉及雜草科學(xué)問(wèn)題，使該領(lǐng)域的關(guān)注度得到顯著提升［16－17］。過(guò)去10年來(lái)科學(xué)基金項(xiàng)目立項(xiàng)的總體布局反映了雜草科學(xué)本身的發(fā)展規(guī)律，也基本符合實(shí)踐對(duì)本領(lǐng)域的需求。只是在生物防除、雜草多樣性、雜草抗藥性等領(lǐng)域的支持力度與其發(fā)展和社會(huì)需求有一定的差距。就本領(lǐng)域在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要地位而言，在重點(diǎn)、重大以及重點(diǎn)人才基金資助立項(xiàng)需要加強(qiáng)。就雜草學(xué)科的戰(zhàn)略地位和重要性，總體項(xiàng)目立項(xiàng)偏少，也一定程度影響到人才環(huán)境和學(xué)科本身的發(fā)展。

國(guó)內(nèi)雜草科學(xué)研究總體水平與國(guó)際先進(jìn)水平有較大差距，基礎(chǔ)研究薄弱，在轉(zhuǎn)基因抗除草劑作物研制、雜草基因組研究、除草功能基因研究、雜草抗藥性監(jiān)測(cè)和機(jī)理方面研究、數(shù)字和信息技術(shù)在雜草識(shí)別、監(jiān)測(cè)及其防治中的應(yīng)用等方面尤為明顯；雜草科學(xué)的拔尖和領(lǐng)軍人才嚴(yán)重缺乏，研究團(tuán)隊(duì)太少。

3 產(chǎn)業(yè)需求趨勢(shì)與重點(diǎn)研究領(lǐng)域

雜草生物學(xué)與生態(tài)學(xué)：雜草生物生態(tài)學(xué)是研究雜草學(xué)特性、多樣性和與環(huán)境相互關(guān)系的學(xué)科領(lǐng)域，主要包括雜草種類區(qū)系、重要雜草生物、生理生化特性、發(fā)生規(guī)律、種群動(dòng)態(tài)和群落分布、雜草種子庫(kù)等規(guī)律。重點(diǎn)支持關(guān)鍵地區(qū)雜草多樣性調(diào)查研究、基于3S的信息資料采集處理和數(shù)據(jù)庫(kù)及信息服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)、雜草的起源進(jìn)化、雜草繁育系統(tǒng)及種群遺傳、雜草遺傳多樣性、雜草種子庫(kù)動(dòng)態(tài)及傳播機(jī)制、雜草分布與生物均質(zhì)化、雜草生理與生化適應(yīng)機(jī)制、外來(lái)植物入侵機(jī)制、雜草群落演替規(guī)律、寄生雜草與寄主相互作用、雜草生態(tài)調(diào)控的原理及其方法等。

雜草化學(xué)防治技術(shù)：雜草化學(xué)防治是研究化學(xué)除草劑、作用原理及其應(yīng)用技術(shù)的學(xué)科領(lǐng)域，主要包括除草劑創(chuàng)制、作用機(jī)理和靶標(biāo)、除草劑合成和劑型、除草劑施用技術(shù)、雜草抗藥性、除草劑毒理及殘留等。重點(diǎn)支持新型除草劑的合成，新穎活性化合物的作用機(jī)理，新除草作用靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)，除草劑環(huán)境毒理、殘留及其治理方法的原理，雜草抗藥性檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)，雜草抗藥性調(diào)查及其形成機(jī)制，抗性基因的發(fā)掘及其在抗除草劑作物中的利用等。

雜草生物防治技術(shù)：雜草生物防治是研究利用雜草生物天敵控制雜草的技術(shù)及其原理。主要包括雜草天敵資源、?；?、雜草與其他生物的相互作用、抑制作用機(jī)理和作用靶標(biāo)等。重點(diǎn)支持重要雜草天敵資源的系統(tǒng)調(diào)查和除草潛力的評(píng)價(jià)，生物防治的方法及其原理，新穎生物源化合物結(jié)構(gòu)，除草作用機(jī)制和靶標(biāo)，化感作用及其機(jī)理，化感抑草及其在作物育種中的應(yīng)用，除草活性物的代謝途徑及其關(guān)鍵基因。

雜草綜合防治技術(shù)：雜草綜合防治是研究利用各種技術(shù)方法防治雜草的技術(shù)及其原理。主要包括基于雜草預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和防治經(jīng)濟(jì)學(xué)基礎(chǔ)上的雜草管理方法、雜草其他防治技術(shù)及其綜合應(yīng)用效應(yīng)、雜草治理的理論和策略等。重點(diǎn)支持雜草的農(nóng)業(yè)、物理、機(jī)械、雜草檢疫等防治技術(shù)及原理，轉(zhuǎn)基因生物環(huán)境安全評(píng)價(jià)和外來(lái)入侵植物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)基礎(chǔ)，雜草資源化利用原理，雜草預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的理論與方法，雜草防治經(jīng)濟(jì)學(xué)基礎(chǔ)。

雜草的起源與演化的研究：雜草是伴隨人類生產(chǎn)和生活活動(dòng)而逐漸演化形成的，與作物的起源具有在時(shí)間和地點(diǎn)上的一致性，中國(guó)是農(nóng)業(yè)文明和作物的主要發(fā)源地，有著豐富的研究資源。通過(guò)古生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、分子生物學(xué)、基因組學(xué)等研究手段與方法，交叉協(xié)同開(kāi)展研究。該研究成果將有助于揭示外來(lái)生物入侵、植物起源的本質(zhì)問(wèn)題、促進(jìn)農(nóng)作物起源的研究，特別對(duì)解決全球氣候變化、生物均質(zhì)化趨勢(shì)等環(huán)境問(wèn)題有重要意義，也將為雜草防治技術(shù)實(shí)踐提供基礎(chǔ)理論［18－19］。

雜草群落演替規(guī)律的研究：雜草群落演替，已經(jīng)成為我國(guó)雜草成災(zāi)的主要原因。除草劑大量長(zhǎng)期使用一方面使敏感種群消失，另一方面導(dǎo)致抗藥性種群形成，外來(lái)植物入侵導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)種的改變，作物輕型栽培技術(shù)的推廣應(yīng)用導(dǎo)致農(nóng)田生態(tài)環(huán)境改變，產(chǎn)生新的雜草問(wèn)題等，已經(jīng)直接影響到久以建立起來(lái)的以化學(xué)除草為主體的防治技術(shù)體系，威脅到我國(guó)糧食生產(chǎn)安全。采用植物學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、信息技術(shù)等學(xué)科的方法從群落、種群、分子等多層次、多水平、多途徑開(kāi)展交叉綜合研究，在群落、種群和分子水平上揭示雜草群落演替規(guī)律［3］。

生物源除草劑的研究：雜草的生物防治是解決當(dāng)前雜草防治面臨的雜草抗藥性、除草劑單一化挑戰(zhàn)的重要途徑，也是適應(yīng)可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。利用我國(guó)特有的雜草生物防治多樣性資源，采用植物生理學(xué)、植物病理學(xué)、有機(jī)化學(xué)、生物物理學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科的方法從個(gè)體、細(xì)胞、分子等多層次、多水平、多途徑開(kāi)展交叉綜合研究，在分子水平上揭示雜草與生物間的相互作用機(jī)制，為創(chuàng)制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物源除草劑奠定理論基礎(chǔ)［20］。

4 促進(jìn)雜草學(xué)發(fā)展的策略

基于雜草科學(xué)關(guān)系到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全，以及與全球環(huán)境問(wèn)題、轉(zhuǎn)基因作物環(huán)境安全密切相關(guān)，應(yīng)適當(dāng)增加雜草防治學(xué)科在基金面上項(xiàng)目的配額，加大對(duì)該領(lǐng)域重點(diǎn)、重大以及重點(diǎn)人才基金資助立項(xiàng)力度。選擇有雜草科學(xué)研究基礎(chǔ)的機(jī)構(gòu)支持雜草科學(xué)學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，凝練特色和研究方向，促進(jìn)團(tuán)隊(duì)整體研究水平提高。

加強(qiáng)在雜草防治領(lǐng)域科研環(huán)境建設(shè)，推進(jìn)雜草多樣性信息中心、雜草抗性檢測(cè)監(jiān)測(cè)中心的建立。因?yàn)?，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、國(guó)際交往和公眾認(rèn)知方面對(duì)雜草標(biāo)本和種質(zhì)、種類、分布、危害、雜草抗藥性預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)等信息的社會(huì)需求十分迫切，目前的資源遠(yuǎn)不能滿足，雜草抗藥性信息幾乎還是空白。根據(jù)雜草發(fā)生危害的地域特點(diǎn)，配合雜草科學(xué)部門相關(guān)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和野外臺(tái)站建設(shè)工作，分別在北方和南方建設(shè)雜草及其防治科學(xué)研究中心，而在主要農(nóng)作物的產(chǎn)區(qū)側(cè)重于應(yīng)用基礎(chǔ)和應(yīng)用技術(shù)研究的雜草學(xué)科建設(shè)。

加強(qiáng)雜草科學(xué)人才基地和發(fā)起短期培訓(xùn)計(jì)劃，組織有培訓(xùn)資源的專門研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展雜草學(xué)教師和研究生的實(shí)習(xí)，組織全國(guó)短期雜草知識(shí)和防治技術(shù)培訓(xùn)班，普及相關(guān)知識(shí)。

5 國(guó)際合作

雜草抗藥性現(xiàn)狀調(diào)查、快速檢測(cè)和監(jiān)測(cè)不僅關(guān)系到我國(guó)除草技術(shù)體系的安全，也關(guān)系國(guó)際除草劑產(chǎn)業(yè)發(fā)展，需要密切加強(qiáng)國(guó)際間抗藥性雜草信息、檢測(cè)技術(shù)和控制方法的交流。

外來(lái)雜草具有國(guó)際間相互入侵性的特點(diǎn)，要闡明外來(lái)雜草入侵機(jī)制并制定相應(yīng)的管理策略，迫切需要加強(qiáng)國(guó)際間協(xié)作開(kāi)展起源與入侵地間地理分布、生理生態(tài)適應(yīng)性和種群遺傳結(jié)構(gòu)等比較研究。

雜草生物防除技術(shù)會(huì)涉及國(guó)際間自然天敵引進(jìn)利用、雜草與其他生物相互作用及作用機(jī)制和靶標(biāo)等的基礎(chǔ)理論研究，需要在研究方法和技術(shù)等方面的學(xué)術(shù)交流。

選派科研人員到國(guó)際先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室或周邊相關(guān)國(guó)家開(kāi)展學(xué)術(shù)交流和合作研究，聘請(qǐng)一批高水平的海外雜草學(xué)家和優(yōu)秀科技人才團(tuán)隊(duì)到國(guó)內(nèi)從事合作研究、學(xué)術(shù)交流、技術(shù)培訓(xùn)或工作任職。開(kāi)展國(guó)際間雜草科學(xué)研究生的合作培養(yǎng)。

加強(qiáng)與美國(guó)農(nóng)業(yè)研究局（ARS）、加拿大農(nóng)業(yè)與食品局（AFC）和澳大利亞科學(xué)院（CSIRO）以及歐盟等國(guó)家農(nóng)業(yè)科研機(jī)構(gòu)建立雙邊或多邊合作關(guān)系。通過(guò)雙邊或多邊合作基金尋求在雜草科學(xué)研究中的立項(xiàng)。

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