陳學(xué)新, 杜永均, 黃健華, 李 姝, 姜道宏, 莫明和,龐 虹, 孫修煉, 王 琦, 王 甦, 夏玉先, 徐學(xué)農(nóng),臧連生0, 張 杰, 張禮生, 張文慶, 尹 恒

(1. 浙江大學(xué)昆蟲科學(xué)研究所，杭州 310058；2.北京市農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京 100097；3. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)微生物全國實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070；4. 云南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，昆明 650500；5. 中山大學(xué)生態(tài)學(xué)院，深圳 518000；6. 中國科學(xué)院武漢病毒研究所，武漢 430071；7. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，北京 100193；8. 重慶大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，重慶 405200；9. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京 100193；10. 貴州大學(xué)精細(xì)化工研究開發(fā)中心，貴陽 550025；11. 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，大連 116023)

生物防治是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式的重要內(nèi)容,生物防治學(xué)科為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了重要的科學(xué)支撐。近年來,我國已進(jìn)入加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的歷史階段,這為生物防治學(xué)科的發(fā)展提供了新的機(jī)遇,同時(shí)也對生物防治學(xué)科的發(fā)展提出了更高的要求。

生物防治的對象通常包括作物害蟲、病害及線蟲。近年來植物免疫研究和應(yīng)用已成為國內(nèi)外植物保護(hù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),目前無論是基礎(chǔ)研究深度、產(chǎn)品研發(fā)水平還是產(chǎn)業(yè)應(yīng)用規(guī)模,我國都處于國際先進(jìn)水平。

進(jìn)入“十三五”以來,我國啟動了“國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃”重點(diǎn)專項(xiàng),2017年有6個(gè)與生物防治相關(guān)的項(xiàng)目啟動,分別是“活體生物農(nóng)藥增效及有害生物生態(tài)調(diào)控機(jī)制”“作物免疫調(diào)控與物理防控技術(shù)及產(chǎn)品研發(fā)”“天敵昆蟲防控技術(shù)及產(chǎn)品研發(fā)”“新型高效生物殺蟲劑研發(fā)”“新型高效生物殺菌劑研發(fā)”和“新型高效植物生長調(diào)節(jié)劑和生物除草劑研發(fā)”。經(jīng)過幾年的努力,取得了一系列原創(chuàng)性科研成果,研發(fā)了一系列擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物防治產(chǎn)品并實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用,為我國化學(xué)農(nóng)藥的減施、作物病蟲害的生物防控做出了重要貢獻(xiàn),同時(shí)還凝練了一支有國際影響的生物防控研究隊(duì)伍,提升了我國作物病蟲害生物防控的國際地位和競爭力,為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐。浙江大學(xué)領(lǐng)銜的“優(yōu)勢天敵昆蟲控制蔬菜重大害蟲的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”成果獲2020年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎。

本文將介紹近5年來我國在作物病蟲害生物防治研究與應(yīng)用方面取得的最新進(jìn)展。

1 學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 作物害蟲生物防治研究與應(yīng)用

1.1.1天敵昆蟲(含捕食螨)的研究和應(yīng)用

1.1.1.1寄生性天敵的研究和應(yīng)用

種類及多樣性:我國寄生蜂種類豐富,是農(nóng)林害蟲生物防治的重要天敵資源。過去5年我國寄生性天敵資源得到了進(jìn)一步發(fā)掘。王竹紅等2019年在海南、福建的九里香和柑橘上發(fā)現(xiàn)2種柑橘木虱Diaphorinacitri寄生蜂,分別為亮腹姬小蜂Tamarixiaradiata和阿里食虱跳小蜂Diaphorencyrtusaligarhensis[1]。任少鵬等2022年對寧波余姚果園里的寄生蜂種類進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)查研究,發(fā)現(xiàn)日本開臂反顎繭蜂Asobarajaponica和食果蠅毛錘角細(xì)蜂Trichopriadrosophilae為斑翅果蠅Drosophilasuzukii寄生蜂優(yōu)勢種[2]。唐璞等2019年對我國草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda寄生蜂進(jìn)行了總結(jié),記載有分布的種類有16種,其中繭蜂科7種,姬蜂科4種,姬小蜂科2種,赤眼蜂科2種,廣腹細(xì)蜂科1種[3]。在廣州及香港野外發(fā)現(xiàn)夜蛾黑卵蜂Telenomusremus和螟黃赤眼蜂Trichogrammachilonis2種卵寄生蜂可寄生草地貪夜蛾[4]。在廣西田間發(fā)現(xiàn)2種草地貪夜蛾幼蟲寄生蜂:棉鈴蟲齒唇姬蜂Campoletischlorideae和斜紋夜蛾側(cè)溝繭蜂Microplitisprodeniae[5]。首次記述了斑駁夜蛾長頰繭蜂Parapantelesexpulsus寄生重陽木錦斑蛾Histiarhodope幼蟲[6]。新發(fā)現(xiàn)三江源草原毛蟲金小蜂Pteromalussanjiangyuanicus在三江源自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)寄生青海草毒蛾Gynaephoraqinghaiensis[7]。新發(fā)現(xiàn)天山食蚧蚜小蜂Coccophagustianshanensis是新疆西天山野果林重要害蟲杏樹鬃球蚧Sphaerolecaniumprunastri的天敵[8]。

水稻害蟲寄生蜂:我國南方稻區(qū)半翅目害蟲寄生蜂種類十分豐富,其中以纓小蜂科Mymaridae和螯蜂科Dryinidae種類和數(shù)量最多[9]。綠色防控區(qū)田埂上種植芝麻、大豆等蜜源植物,可為寄生蜂提供食料,使纓小蜂等的數(shù)量明顯高于自防區(qū),提高寄生蜂對稻飛虱等害蟲的控制能力[10]。對于寄生幼蟲的二化螟盤絨繭蜂Cotesiachilonis等優(yōu)勢寄生蜂,應(yīng)重點(diǎn)發(fā)掘其在二化螟Chilosuppressalis越冬滯育期間(10月至翌年3月)對幼蟲種群基數(shù)的控害潛力,以降低田間二化螟的越冬基數(shù)[11]。

煙粉虱寄生蜂:近年來國內(nèi)對煙粉虱Bemisiatabaci寄生蜂研究較多的種類主要有麗蚜小蜂Encarsiaformosa、淺黃恩蚜小蜂E.sophia、海氏槳角蚜小蜂Eretmocerushayati等。邵越等發(fā)現(xiàn)種間競爭導(dǎo)致麗蚜小蜂的單雌寄生率顯著降低,而對海氏槳角蚜小蜂無顯著影響[12]。王卓等發(fā)現(xiàn)釋放前適度饑餓可以明顯提高淺黃恩蚜小蜂寄生和取食粉虱若蟲的能力[13]。

蚜蟲寄生蜂:潘明真等2022年綜述了蚜蟲寄生蜂在蚜蟲生物防治中的應(yīng)用研究進(jìn)展。目前記載的蚜蟲寄生蜂包括繭蜂科蚜繭蜂亞科Aphidiinae 26屬173種和蚜小蜂科Aphelinidae 2屬23種[14]。蚜蟲的寄主植物種類和品種會間接影響蚜蟲寄生蜂的適合度,進(jìn)而影響寄生蜂的控害效果,辣椒、甘藍(lán)和茼蒿3種寄主相比,煙蚜繭蜂Aphidiusgifuensis對辣椒上桃蚜Myzuspersicae的適合度最高,而對甘藍(lán)上桃蚜的適合度最低[15]。不同濃度CO2對蚜蟲寄生蜂的影響不同,燕麥蚜繭蜂A.avenae發(fā)育速率、寄生率和雌性后代比例均隨CO2濃度升高而降低[16]。

蔬菜害蟲寄生蜂:菜蛾盤絨繭蜂Cotesiavestalis是世界性蔬菜害蟲小菜蛾P(guān)lutellaxylostella的優(yōu)勢寄生蜂。該寄生蜂攜帶多種寄生因子,包括毒液和多DNA病毒(polydnavirus,PDV),這些寄生因子調(diào)控寄主的代謝、免疫及發(fā)育等使其成功完成寄生[17-19]。萬氏潛蠅姬小蜂Diglyphuswani是為害多種蔬菜的潛葉蠅類害蟲的重要抑性外寄生蜂[20],該寄生蜂繁殖速度快,是我國田間潛葉蠅害蟲的優(yōu)勢寄生蜂[21]。斜紋夜蛾側(cè)溝繭蜂M.prodeniae對斜紋夜蛾Spodopteralitura和甜菜夜蛾S.exigua幼蟲均具有較高的寄生效率[22]。

林果類害蟲寄生蜂:橡膠樹害蟲橡副珠蠟蚧Parasaissetianigra主要為害橡膠樹,藍(lán)色長盾金小蜂Scutellistacaerulea是其外寄生蜂,33℃時(shí)寄生效能最大;日本食蚧蚜小蜂Coccophagusjaponicus則是其內(nèi)寄生蜂,偏好寄生3齡幼蟲,24℃時(shí)寄生效能最大[23-24]。人工釋放長尾全裂繭蜂Diachasmimorphalongicaudata可以顯著降低為害番石榴的橘小實(shí)蠅Bactroceradorsalis的田間種群數(shù)量[25]。瓜實(shí)蠅B.cucurbitae和南亞果實(shí)蠅B.tau寄生蜂已報(bào)道多達(dá)十余種,其中蠅蛹俑小蜂Spalangiaendius對瓜實(shí)蠅的寄生率可以達(dá)到58%[26-27]。始刻柄繭蜂Atanycolusinitiator是油松蛀干害蟲的優(yōu)勢寄生性天敵,可以寄生包括天牛、象甲、小蠹蟲、吉丁蟲等多種蛀干害蟲[28]。

赤眼蜂的控害作用及應(yīng)用:我國學(xué)者在贊比亞采集到2種寄生草地貪夜蛾卵的寄生蜂,經(jīng)鑒定為黃分索赤眼蜂Trichogrammatoidealutea和姆萬扎赤眼蜂Trichogrammamwanzai。這2種寄生蜂均能寄生草地貪夜蛾各日齡的卵并順利完成發(fā)育,且T.lutea的寄生率最高,T.mwanzai的發(fā)育時(shí)間最短[29]。梨小食心蟲Grapholitamolesta卵經(jīng)紫外光處理后會使暗黑赤眼蜂Trichogrammapintoi的寄生率顯著降低[30]。

目前利用柞蠶卵成功實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化飼養(yǎng)的赤眼蜂蜂種僅有松毛蟲赤眼蜂T.dendrolimi和螟黃赤眼蜂。國內(nèi)學(xué)者對多種赤眼蜂組合進(jìn)行了共寄生測試,并開發(fā)了多種基于柞蠶卵為中間寄主的“一卵多蜂”產(chǎn)品,降低了很多赤眼蜂的生產(chǎn)成本。例如,利用松毛蟲赤眼蜂和玉米螟赤眼蜂T.ostriniae共寄生柞蠶卵實(shí)現(xiàn)了利用柞蠶卵正常繁育玉米螟赤眼蜂[31]。對體外培育赤眼蜂的低溫貯存技術(shù)和耐寒機(jī)制的研究表明,人工卵繁殖的松毛蟲赤眼蜂最適宜冷藏溫度為13℃,最佳貯存期為預(yù)蛹期,最長貯存期為4周[32]。

田間生態(tài)環(huán)境的多樣性能造就更加穩(wěn)定的棲境,進(jìn)而提高赤眼蜂的防治效果。研究表明,赤眼蜂取食含糖食物后,壽命和繁殖力增加,有利于種群的延續(xù)[33]。但是,目前關(guān)于蜜源植物的田間試驗(yàn)報(bào)道還較少,需要進(jìn)一步研究,測試和篩選出合適的蜜源植物。

寄生蜂對寄主的調(diào)控作用:寄生蜂寄生能引起寄主生長發(fā)育的變化,比如陳壯美等發(fā)現(xiàn)斯氏側(cè)溝繭蜂Microplitissimilis可顯著抑制草地貪夜幼蟲的生長和取食[34]。Wang等發(fā)現(xiàn)菜蛾盤絨繭蜂Cotesiavestalis的miRNA能夠跨界調(diào)節(jié)寄主蛻皮素受體(EcR)的表達(dá)來抑制寄主的生長發(fā)育[17]。菜蛾盤絨繭蜂病毒CvBV不僅需要自身編碼的重組酶,而且需要招募鱗翅目寄主的反轉(zhuǎn)錄病毒整合酶才能將自身基因組全部整合到寄主基因組中[35]。CvBV的基因CvBv-7-1能降低宿主小菜蛾酚氧化酶活性,抑制黑化包囊[19]。菜蛾盤絨繭蜂畸形細(xì)胞分泌trypsin inhibitor-like蛋白也可以抑制寄主小菜蛾血淋巴的酚氧化酶原被激活[36]。異腹小環(huán)腹癭蜂Leptopilinaheterotoma和布拉迪小環(huán)腹癭蜂L.boulardi通過基因的水平轉(zhuǎn)移獲得不同的毒液蛋白,分別抑制免疫反應(yīng)和逃避免疫反應(yīng)[37]。菜蛾盤絨繭蜂寄生能夠?qū)е录闹餍〔硕昴c道中脂合成水平減弱,從而使其體內(nèi)脂含量顯著降低[38]。布拉迪小環(huán)腹癭蜂也能調(diào)控寄主腸道微生物醋酸桿菌Acetobacterpomorum促使寄主積累脂質(zhì),滿足寄生蜂幼蟲生長發(fā)育[39]。Yang等發(fā)現(xiàn)蠅蛹金小蜂Pachycrepoideusvindemmiae毒液蛋白Kazal型絲氨酸蛋白酶抑制劑能降低寄主黑腹果蠅Drosophilamelanogaster血淋巴中晶細(xì)胞的數(shù)量,抑制寄主血淋巴黑化[40]。Wang等發(fā)現(xiàn)蝶蛹金小蜂Pteromaluspuparum寄生引起寄主脂質(zhì)水平發(fā)生變化,如導(dǎo)致寄主菜粉蝶Pierisrapae脂肪體中高度不飽和、可溶性三酰甘油酯(TAGs)的含量升高[41]。

寄生蜂還能調(diào)控宿主的行為,但目前相關(guān)研究較少。Chen等發(fā)現(xiàn)布拉迪小環(huán)腹癭蜂毒液蛋白EsGAP引起寄主幼蟲中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的活性氧(ROS)水平升高,導(dǎo)致寄主出現(xiàn)逃逸行為,從而避免種內(nèi)競爭的新機(jī)制[42]。

1.1.1.2捕食性瓢蟲的研究與應(yīng)用

捕食性瓢蟲基因組及部分遺傳機(jī)制:使用高通量測序獲得異色瓢蟲Harmoniaaxyridis、孟氏隱唇瓢蟲Cryptolaemusmontrouzieri、小短角瓢蟲Noviuspumilus、稻紅瓢蟲Micraspisdiscolor的高質(zhì)量基因組[43-46],結(jié)合不同食物處理的轉(zhuǎn)錄組分析,表明瓢蟲一系列化學(xué)感受、消化、解毒和免疫功能基因的表達(dá)與食性有關(guān)[44, 47-48],揭示了孟氏隱唇瓢蟲引進(jìn)種群的基因組快速進(jìn)化歷史[49],明確了昆蟲表皮骨化的天冬氨酸-β-丙氨酸-NBAD途徑可以調(diào)控異色瓢蟲體壁黑色斑點(diǎn)的數(shù)量和大小[50]。從瓢蟲基因組中鑒定出一系列編碼細(xì)胞壁水解酶基因cwh,發(fā)現(xiàn)這些基因是從細(xì)菌中獲得的水平轉(zhuǎn)移基因,具有抗菌功能[46]。利用基因沉默技術(shù)(RNAi)明確了異色瓢蟲體壁黑色素是多巴胺黑色素[51]。通過比較轉(zhuǎn)錄組和微生物組推測共生細(xì)菌在稻紅瓢蟲消化花粉時(shí)發(fā)揮降解花粉內(nèi)壁纖維素的作用[43]。

捕食性瓢蟲控害效果的影響因子:發(fā)現(xiàn)新煙堿類殺蟲劑降低七星瓢蟲Coccinellaseptempunctata種群適合度進(jìn)而影響其控害效果,因此使用新煙堿類殺蟲劑應(yīng)避開捕食性瓢蟲的定殖期[52]。捕食蚜蟲的瓢蟲能適應(yīng)一種來自蚜蟲腸道的自由生活細(xì)菌Serratiasymbiotica,該細(xì)菌借助蚜蟲腸道和糞便傳播給瓢蟲[53]。在低溫和短光周期條件下,黃底型異色瓢蟲捕食能力均顯著高于黑底型,該結(jié)果為不同環(huán)境條件下捕食性瓢蟲釋放策略的制訂提供了理論依據(jù)[54]。合理的田間空間布局可以提高龜紋瓢蟲Propyleajaponica的遷移數(shù)量,有效控制蘋果黃蚜Aphiscitricola的危害[55]。功能植物金盞花Calendulaofficinalis可以降低異色瓢蟲和龜紋瓢蟲的種內(nèi)和種間捕食作用,此外研究表明花粉充足的溫室中,異色瓢蟲和龜紋瓢蟲的數(shù)量也隨之增加,其潛在作用機(jī)理主要體現(xiàn)在瓢蟲生殖力提高以及減少功能團(tuán)內(nèi)捕食效應(yīng)。功能植物的輔助應(yīng)用可顯著提高捕食性瓢蟲對設(shè)施番茄上蚜蟲的控害作用[56]。

1.1.1.3捕食螨的研究與應(yīng)用

捕食螨的生態(tài)學(xué):發(fā)現(xiàn)為增加葉片葉綠素和果實(shí)產(chǎn)量設(shè)置的LED燈可通過改變植物氣味揮發(fā)譜而影響葉螨和捕食螨天敵的互作關(guān)系,利用遠(yuǎn)紅外線可以增加捕食螨的種群數(shù)量;生態(tài)系統(tǒng)中微生物群落對捕食螨天敵作用極大。如植物病原菌會對害螨和捕食螨不利,危害二者的互作關(guān)系;溫室中捕食螨天敵的共生菌群受植物根際和葉際微生物群落影響較大,但卻是增加溫室生態(tài)系統(tǒng)微生物種類、促進(jìn)流動和擴(kuò)散的主要生物動力[57]。

捕食螨天敵應(yīng)用技術(shù):目前生產(chǎn)上應(yīng)用較多的捕食螨種類是斯氏鈍綏螨Amblyseiusswirskii、安德森鈍綏螨A.andersoni、巴氏新小綏螨Neoseiulusbarkeri、加州新小綏螨N.californicus、胡瓜新小綏螨N.cucumeris、偽新小綏螨N.fallacis、智利小植綏螨Phytoseiuluspersimilis、檬鈍近走螨Amblydromaluslimonicus等十余個(gè)商品化天敵。捕食螨與其他生防產(chǎn)品協(xié)同使用存在諸多問題。如利用球孢白僵菌Beauveriabassiana和捕食螨聯(lián)合防治二斑葉螨Tetranychusurticae,生防真菌對天敵的存活和產(chǎn)卵均有害。部分植物源農(nóng)藥也對捕食螨存活有影響。目前備受關(guān)注的納米農(nóng)藥也在捕食螨研究中有所涉及,如多種納米材料復(fù)配殺蟲/殺螨劑,包括甲螨酯、阿維菌素、滅螨菌素、抗蚜威對捕食螨急性與慢性致死作用的劑量與作用機(jī)制將成為未來重要的研究方向[58]。

1.1.1.4其他捕食性天敵昆蟲的研究與應(yīng)用

小花蝽:發(fā)現(xiàn)3種植物預(yù)接種東亞小花蝽Oriussauteri均會降低對西花薊馬Frankliniellaoccidentalis和煙粉虱的適合度,但是存在不同程度的差異;與對照相比,在番茄上預(yù)接種東亞小花蝽會顯著降低西花薊馬的存活率,而在豇豆上預(yù)接種東亞小花蝽會顯著降低煙粉虱的存活率[59]。從8種新煙堿類殺蟲劑中篩選出對靶標(biāo)害蟲西花薊馬毒性大而對捕食性天敵昆蟲東亞小花蝽毒性相對較小,且環(huán)境評估低風(fēng)險(xiǎn)的兩種藥劑——啶蟲脒和氟吡呋喃酮[60]。

草蛉:室內(nèi)捕食功能評價(jià)試驗(yàn)表明,麗草蛉Chrysopaformosa對多種害蟲具有良好防控效能,3齡幼蟲對草地貪夜蛾卵及低齡幼蟲具有較高的捕食能力[61]。南俊科等發(fā)現(xiàn)麗草蛉3齡幼蟲對美國白蛾Hyphantriacunea卵和低齡幼蟲也具有較好的捕食能力[62]。

蠋蝽:優(yōu)化用牛奶和雞蛋、柞蠶蛹等為主要生物成分的人工飼料,篩選出可滿足蠋蝽若蟲發(fā)育的人工飼料配方,蠋蝽體重增加,成蟲獲得率提高,產(chǎn)卵量增加[63]。建立了中試生產(chǎn)線,優(yōu)化替代寄主和人工飼料擴(kuò)繁工藝,制定生產(chǎn)操作規(guī)程,制定產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),在貴州遵義建立了天敵昆蟲擴(kuò)繁中心,年擴(kuò)繁蠋蝽7 000萬頭。唐藝婷等測定了蠋蝽5齡幼蟲對草地貪夜蛾的捕食作用,結(jié)果顯示蠋蝽對草地貪夜蛾具有較好的控害能力[64];蠋蝽對小菜蛾、斜紋夜蛾等鱗翅目昆蟲、荔枝蝽Tessaratomapapillosa和綠盲蝽Apolyguslucorum等半翅目昆蟲、榆蘭葉甲Pyrrhaltaaenescens等鞘翅目昆蟲均具有較好的控害潛力[65-66]。

1.1.1.5天敵規(guī)模化生產(chǎn)、應(yīng)用技術(shù)和推廣示范

規(guī)模化生產(chǎn)的天敵種類:目前我國天敵生產(chǎn)企業(yè)主要分布于吉林、北京、天津、河北、山東、浙江、福建、廣東、廣西、貴州等省(區(qū)市)。常用的天敵昆蟲主要分3大類:防治鱗翅目昆蟲的卵寄生蜂,如松毛蟲赤眼蜂和螟黃赤眼蜂,以及蛹寄生蜂,如白蛾周氏嚙小蜂Chouioiacunea;防治鞘翅目蛀干害蟲天牛、吉丁蟲的管氏腫腿蜂Sclerodermusguani、花絨寄甲Dastarcushelophoroides;防治果樹、蔬菜上蚜蟲、紅蜘蛛的瓢蟲和捕食螨。

寄生性天敵釋放技術(shù):目前應(yīng)用面積最廣的天敵是赤眼蜂,在東北地區(qū)主要是大規(guī)模淹沒式釋放松毛蟲赤眼蜂防治亞洲玉米螟Ostriniafurnacalis,每公頃釋放225 000頭赤眼蜂可防治第一代亞洲玉米螟近70%種群,再釋放75 000～150 000頭/hm2防治二代亞洲玉米螟確保防效,保障玉米產(chǎn)量[67]。隨著國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“釋放赤眼蜂防治害蟲技術(shù)規(guī)程第1部分:水稻田(NY/T 3542.1-2020)”公布實(shí)施,利用赤眼蜂對水稻螟蟲的控制技術(shù)更加規(guī)范、完善。2014年-2019年間吉林省利用混合釋放松毛蟲赤眼蜂和稻螟赤眼蜂T.japonicum,防治水稻二化螟的面積從1 300 hm2增加到73 300 hm2[67]。利用螟黃赤眼蜂防治甘蔗螟蟲的面積每年也可達(dá)到10萬hm2,每公頃釋放5～6次約75 000頭赤眼蜂,可以減少20%產(chǎn)量損失[67]。

捕食性天敵釋放技術(shù):捕食性天敵中最具規(guī)?；瘧?yīng)用的是捕食螨,目前應(yīng)用較為成功的捕食螨主要種類包括斯氏鈍綏螨、胡瓜新小綏螨、智利小植綏螨、巴氏新小綏螨、加州新小綏螨等。近年來,利用捕食螨攜帶生防菌的技術(shù)日益發(fā)展,結(jié)合化學(xué)農(nóng)藥施用,構(gòu)建了捕食螨、生防菌株與化學(xué)農(nóng)藥結(jié)合使用的害蟲害螨防控新策略,在22省市區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)作物上應(yīng)用獲得成功。

多種天敵聯(lián)合釋放技術(shù):基于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中多害蟲、多蟲態(tài)發(fā)生情況,許多研究探索聯(lián)合釋放天敵取得了良好效果,比如麗蚜小蜂與東亞小花蝽聯(lián)合防治煙粉虱、溫室白粉虱Trialeurodesvaporariorum等,其控制效果優(yōu)于單一天敵;茄子表面釋放巴氏新小綏螨、根系周圍釋放劍毛帕厲螨Stratiolaelapsscimitus,兩者組成立體防護(hù)網(wǎng)防治薊馬:巴氏新小綏螨捕食薊馬的卵和幼蟲,劍毛帕厲螨攻擊薊馬的蛹和成蟲。

天敵的保護(hù)和助增技術(shù):從不同尺度、空間配置和布局改進(jìn)農(nóng)作物單一化種植環(huán)境,以改善適宜天敵的生態(tài)環(huán)境,為天敵提供食物、活動場所和避難所,保護(hù)田間天敵種群,有助于增加自然天敵的自然控害作用。比如,在麥田-玉米田系統(tǒng)中,種植蛇床Cnidiummonnieri可以起到保護(hù)麥田前期天敵且可作為“橋梁”將麥田天敵轉(zhuǎn)移過渡到玉米田。設(shè)施間種植波斯菊等蜜源植物帶有助于天敵種群誘集并定殖形成“天敵庫源”,對臨近溫室的害蟲防治也有增益效果[68]。茶園常年種植長節(jié)耳草Hedyotisuncinella、間作羅勒Ocimumbasilicum和紫蘇Perillafrutescens等芳香植物和黃金菊Euryopspectinatus等顯花植物給天敵提供轉(zhuǎn)換寄主和庇護(hù)所的同時(shí),也可以引誘天敵并為其種群發(fā)展提供所需的花粉及花蜜等食物補(bǔ)充[69]。

1.1.2微生物殺蟲劑的研究和應(yīng)用

1.1.2.1細(xì)菌殺蟲劑的研究和應(yīng)用

殺蟲機(jī)理相關(guān)的研究:發(fā)現(xiàn)蘇云金芽胞桿菌Bacillusthuringiensis的Cry5Ba為一種典型的成孔毒素,通過觸發(fā)鉀離子泄漏引起線粒體損傷和能量失衡[70]。

新基因發(fā)掘與應(yīng)用相關(guān)的研究:解析了對刺吸式害蟲稻飛虱高毒力的Bt殺蟲蛋白Cry78Aa的晶體結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)該蛋白的殺蟲活性與半乳糖等碳水化合物的結(jié)合密切相關(guān)[71];揭示了Bt Cry51Aa1和Cry51Aa2,屬于氣溶素樣β成孔蛋白的新型Bt蛋白,對棉花害蟲綠盲蝽Apolyguslucorum的活性及其作用機(jī)制[72]。

關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用:利用蘇云金芽胞桿菌G033A研發(fā)了我國首例基因工程生物殺蟲劑(農(nóng)藥登記證號:PD20171726,商品名:禁衛(wèi)軍),該產(chǎn)品也是我國首個(gè)對鞘翅目害蟲有效的Bt產(chǎn)品,可用于防治番茄上棉鈴蟲Helicoverpaarmigera、甘藍(lán)田小菜蛾、蘿卜田黃條跳甲Phyllotretaspp.、玉米田草地貪夜蛾等,目前已圍繞水稻、花生、玉米等作物害蟲防控在廣州、湖北、山東等地累計(jì)推廣1.4萬hm2,輻射近2萬hm2,示范區(qū)防效達(dá)85%以上。篩選出了含有殺線蟲晶體蛋白、殺線蟲蛋白酶和殺線蟲小分子活性物質(zhì)的對植物線蟲具有高活性的Bt 菌株HAN055,并利用該菌株研制出了200億cfu/g的Bt 制劑HAN055 可濕性粉劑(農(nóng)藥登記證號:PD20211358,注冊商標(biāo)“壁壘”)。該產(chǎn)品對根結(jié)線蟲Meloidogynespp.和大豆孢囊線蟲Heteroderaglycines常年防效可達(dá)55.6%～82.7%,是國際上第一個(gè)獲得登記并商業(yè)化的防線蟲Bt制劑,目前已在海南、河北、黑龍江、山東、湖北等地開展推廣應(yīng)用。

1.1.2.2真菌殺蟲劑的研究和應(yīng)用

昆蟲病原真菌產(chǎn)孢的調(diào)控機(jī)制:有關(guān)昆蟲病原真菌正常產(chǎn)孢的調(diào)控研究明顯增多,并鑒定了一批與真菌正常產(chǎn)孢相關(guān)的基因。分別敲除正常產(chǎn)孢調(diào)控途徑的核心基因brlA或abaA后,球孢白僵菌幾乎不產(chǎn)生分生孢子[73],Zn(Ⅱ)2Cys6轉(zhuǎn)錄因子基因BbTpc1的敲除突變體的產(chǎn)孢量減少了近40%[74]。敲除轉(zhuǎn)錄因子基因MrSte12后,萊氏綠僵菌Metarhiziumrileyi在麥芽糖培養(yǎng)基上的產(chǎn)孢能力嚴(yán)重受損[75],GATA型轉(zhuǎn)錄因子基因MrNsdD敲除菌株的產(chǎn)孢量與野生型菌株相比降低了65%以上[76],跨膜蛋白基因MrMid2敲除突變體的產(chǎn)孢量顯著降低[77]。在羅伯茨綠僵菌M.robertsii中,與野生菌株相比,APSES型轉(zhuǎn)錄因子基因MrStuA的敲除菌株產(chǎn)孢量降低90%以上[78],G蛋白α亞基基因MrGPA1的敲除菌株產(chǎn)孢量減少了47%[79],肌動蛋白調(diào)節(jié)激酶基因MrArk1敲除菌株的產(chǎn)孢量減少58%[80],聚泛素基因MrUBI4敲除菌株的產(chǎn)孢量降低了61%[81]。在蝗綠僵菌M.acridum中,與野生型菌株相比,C2H2轉(zhuǎn)錄因子基因MaCreA的敲除菌株在1/4 SDAY培養(yǎng)基上的產(chǎn)孢量降低了95%以上[82],轉(zhuǎn)錄因子基因MaVib-1敲除菌株產(chǎn)孢量顯著降低,產(chǎn)孢時(shí)間提前[83],轉(zhuǎn)錄因子基因MaPacC的敲除菌株產(chǎn)孢量降低了50%[84],腺苷酸形成還原酶基因MaAfrIV敲除菌株在寄主體表的產(chǎn)孢能力幾乎喪失[85]。

昆蟲病原真菌抗逆的分子機(jī)制:關(guān)于昆蟲病原真菌抗逆機(jī)制的挖掘包括真菌對紫外、高溫、金屬陽離子和pH、細(xì)胞壁干擾、氧化、高滲等脅迫條件適應(yīng)的研究。在蝗綠僵菌中,幾丁質(zhì)酶CTS1[86]、C2H2鋅指蛋白MaNCP1[87]、氮代謝阻遏途徑的核心蛋白MaNmrA[88]、錨定蛋白MaOPY2[89]、HOG-MAPK通路中的一種保守的傳感器激酶MaSln1[89]、轉(zhuǎn)錄因子Mavib-1[83]和MaSom1[90]對真菌抵御紫外、濕熱均有重要貢獻(xiàn)。在球孢白僵菌中,Ⅲ類組蛋白去乙?；富駼bSirT2[91]、Zn2Cys6轉(zhuǎn)錄因子基因BbCmr1[92]、hsp70蛋白基因Bblsh1[93]、脯氨酸旋轉(zhuǎn)酶基因Bbfpr3[94]、海藻糖-6-磷酸磷酸酶基因BbTPP[95]、Rho GTPases家族蛋白基因Bbcdc42[96]等敲除后,真菌對紫外、濕熱耐受性降低。在羅伯茨綠僵菌中,線粒體中的G蛋白亞基 MrGPA1[79]、轉(zhuǎn)錄因子MrStuA[78]、聚泛素MrUBI4[81]的敲除菌株對紫外和高溫耐受性均顯著降低。

昆蟲病原真菌侵染致病機(jī)制:在蝗綠僵菌中,疏水蛋白基因MaHyd3、MaHyd4和MaHyd5因熒光增白劑敏感蛋白MaCwh1和MaCwh43的缺失而下調(diào)[97]。在轉(zhuǎn)錄因子MaCrz1突變體中,2個(gè)MaHyds基因的表達(dá)顯著降低,MaCwh1和MaCwh43的表達(dá)因MaCrz1缺失而降低,說明MaCrz1可能通過MaCwhs部分調(diào)控MaHyds的表達(dá)[97]。在羅伯茨綠僵菌中,MrHyd4的表達(dá)受轉(zhuǎn)錄因子MrCre1調(diào)控,該轉(zhuǎn)錄因子在羅伯茨綠僵菌萌發(fā)和附著宿主表面過程中由組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶MrKMT2介導(dǎo)[98]。蝗綠僵菌幾丁質(zhì)合成酶家族中的MaChsⅢ, MaChsⅤ和MaChsⅦ在維持細(xì)胞壁疏水表面過程中發(fā)揮重要作用[99]。

殺蟲真菌遺傳改良:近5年來,殺蟲真菌的遺傳改良也取得了較大的研究進(jìn)展。過表達(dá)蛋白酶基因CJPRB和CJPRB1以及三肽基肽酶基因CJCLN2-1的爪哇蟲草菌Cordycepsjavanica,與野生型菌株相比,對美國白蛾的侵染速度加快,毒力顯著提高[100]。在蝗綠僵菌中超表達(dá)cAMP/PKA通路中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子基因MaSom1,蝗綠僵菌的產(chǎn)孢速度顯著加快,孢子對紫外和濕熱的耐受性顯著增強(qiáng),對蝗蟲毒力顯著提高[90]。

生產(chǎn)菌株資源與選育:國內(nèi)登記的生防菌株主要為防治線蟲的厚孢輪枝菌Verticilliumchlamydosporium、淡紫紫孢菌(淡紫擬青霉)Purpureocilliumlilacinum等菌株(中國農(nóng)藥信息網(wǎng))。2018年云南微態(tài)源生物科技有限公司采用厚孢輪枝菌菌株登記防治根結(jié)線蟲;2021年,河北中保綠農(nóng)作物科技有限公司、山東惠民中聯(lián)生物科技有限公司、河北上瑞生物科技有限公司、柳州市惠農(nóng)化工有限公司等公司分別采用4個(gè)不同的淡紫紫孢菌菌株登記殺線蟲劑(中國農(nóng)藥信息網(wǎng))。自2018年后,國內(nèi)登記的廣譜殺蟲真菌菌株有10多個(gè),主要為金龜子綠僵菌M.anisopliae和球孢白僵菌,分別由重慶聚立信生物工程有限公司、河北中保綠農(nóng)作物科技有限公司、吉林省八達(dá)農(nóng)藥有限公司等15家企業(yè)登記。重慶大學(xué)夏玉先教授提出了篩選針對一種作物(水稻)全部主要害蟲廣譜殺蟲而不傷天敵的新型菌株選育策略,從 1 000 多個(gè)菌株中篩選出廣譜殺蟲真菌菌株綠僵菌CQMa421菌株,可以侵染7個(gè)目昆蟲和線蟲等100多種害蟲和線蟲,對天敵安全,為目前國內(nèi)外殺蟲譜最廣的生產(chǎn)菌株。2019年還發(fā)現(xiàn)該菌株對一些病原真菌,如灰霉菌Botrytiscinerea、晚疫病菌Phytophthorainfestans、鐮刀菌Fusariumspp.、立枯絲核菌Rhizoctoniasolani、紋枯菌、稻瘟菌Pyriculariaoryzae等20多種病原真菌具有良好的廣譜拮抗作用。另外,浙江大學(xué)馮明光教授團(tuán)隊(duì)從感病螨中分離得到廣譜球孢白僵菌ZJU435,能防治鱗翅目、直翅目、半翅目和螨類等害蟲害螨,2020年由重慶聚立信生物工程有限公司在防治粉虱上登記。

制劑研究進(jìn)展:殺蟲真菌有效殺蟲成分為活體菌絲或孢子,傳統(tǒng)殺蟲真菌制劑主要為粉劑、可濕性粉劑、顆粒劑等。2018年,重慶大學(xué)夏玉先教授團(tuán)隊(duì)和重慶聚立信生物科技有限公司在研究殺蟲真菌保護(hù)膜工藝的基礎(chǔ)上,開發(fā)出金龜子綠僵菌CQMa421可濕性粉劑,該制劑常溫(20～25℃)條件下儲藏期1年以上。石曉珍利用凝膠包埋綠僵菌孢子制成了凝膠顆粒制劑;將顆粒劑粒徑控制在60～200目(297～74 μm)范圍,能均勻分布在田間,并能克服粉劑易于飛揚(yáng)擴(kuò)大污染的缺點(diǎn)。

殺蟲真菌農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)化:殺蟲真菌作為重要的生防資源,在作物病蟲害防治中具有重要的應(yīng)用潛力,部分產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于主要病蟲害防治。如重慶聚立信生物工程有限公司采用的固態(tài)發(fā)酵技術(shù),所生產(chǎn)的金龜子綠僵菌CQMa421系列產(chǎn)品,年產(chǎn)能達(dá)上千噸。山東和眾康源生物科技有限公司將多種木霉作為飼料發(fā)酵菌劑進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。江西天人生態(tài)股份有限公司、山西科谷生物農(nóng)藥有限公司、湖北省陽新縣泰鑫化工有限公司、山西綠海農(nóng)藥科技有限公司等對球孢白僵菌進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn),包括顆粒劑、油懸浮劑、水分散粒劑、可濕性粉劑,用于多種病蟲害的防治。

1.1.2.3病毒殺蟲劑的研究和應(yīng)用

昆蟲病原病毒資源的發(fā)掘:目前全球報(bào)道的昆蟲病原病毒約有1 000多種,近5年新發(fā)現(xiàn)的有40多種,其中桿狀病毒36種,包括核型多角體病毒(NPV)30種,顆粒病毒(GV)6種,質(zhì)型多角體病毒(CPV)2種,囊泡病毒1種,濃核病毒2種。草地貪夜蛾的病原病毒在美洲的阿根廷、墨西哥、巴西,非洲的尼日利亞和亞洲的中國都有新毒株發(fā)現(xiàn)[101-104]。這些昆蟲病原病毒的發(fā)掘?yàn)檠邪l(fā)新的病毒殺蟲劑提供了優(yōu)質(zhì)資源。

病毒殺蟲作用機(jī)制的研究:在病毒與宿主相互作用、與病毒毒力相關(guān)的分子機(jī)制以及病毒的遺傳多樣性等方面的研究取得了較大進(jìn)展。

病毒與宿主相互作用:近年來對桿狀病毒的包涵體釋出ODV(occlusion-derived virus)囊膜表面的病毒口服感染因子(per os infectivity factors, PIFs)復(fù)合物,介導(dǎo)ODV與微絨毛膜的結(jié)合和融合方面的研究取得重要進(jìn)展[105]。通過晶體學(xué)手段解析得到PIF5胞外域分辨率為2.2?的晶體結(jié)構(gòu),這是首個(gè)報(bào)道的桿狀病毒口服感染因子結(jié)構(gòu)[106]。NPV感染美國白蛾后,在感染組中鑒定出272個(gè)差異表達(dá)基因(DEG),其中162個(gè)上調(diào)基因和110個(gè)下調(diào)基因。分析表明,絲裂原激活蛋白激酶(MAPK)信號通路可能與美國白蛾幼蟲對病毒脅迫反應(yīng)中的分子修飾有關(guān)[107]。

與病毒毒力相關(guān)的分子機(jī)制:病毒的毒力是其作為殺蟲劑的一個(gè)重要特征。棉鈴蟲NPV的結(jié)構(gòu)蛋白ODV-E66具有軟骨素酶活性,它能夠降解宿主中腸圍食膜而促進(jìn)病毒的感染[108]。在茶尺蠖NPV的高毒力和低毒力分離株感染灰茶尺蠖Ectropisgrisescens后,宿主體內(nèi)氨基酸合成途徑和核糖體途徑相關(guān)基因的差異表達(dá)數(shù)量顯著不同[109]。

病毒的遺傳多樣性:在13種鱗翅目昆蟲和1種桿狀病毒中共鑒定出18種相關(guān)SINEs (short interspersed nuclear elements)。這些SINEs的反轉(zhuǎn)錄活性和拷貝數(shù)在不同宿主譜系之間差異很大,宿主-病毒相互作用促進(jìn)桿狀病毒與其鱗翅目宿主之間SINEs的水平轉(zhuǎn)移[110]。

病毒殺蟲劑新的應(yīng)用技術(shù)改進(jìn):對病毒殺蟲劑新的應(yīng)用技術(shù)改進(jìn)主要表現(xiàn)在如下方面:

劑型的改進(jìn):利用海藻酸鈣作為微膠囊殼體,并利用殼聚糖、乳清蛋白和聚多巴胺對海藻酸鈣進(jìn)行修飾[111]。

病毒增效劑的改進(jìn):將多巴胺、辣木屬植物提取物、大豆黃酮類化合物、甲基阿維菌素、印楝素等加入病毒制劑中,可以提高桿狀病毒的殺蟲效果[112]。

桿狀病毒的遺傳改良:可以將外源基因插入病毒基因組以提高桿狀病毒的殺蟲活性,例如將黃地老虎GV的增效蛋白En3,蛋白激酶PK2,針對Bantam基因的小RNA插入AcMNPV(Autographacalifornicamultiple nucleopolyhedrovirus,AcMNPV)基因組,可以顯著提高它們對甜菜夜蛾的活性[113-115];也可以構(gòu)建一種含有桿狀病毒膜融合蛋白GP64的重組病毒,在磷酸三苯脂的作用下,顯著提高了AcMNPV對草地貪夜蛾的殺蟲活性[116]。

1.2 植物病害生物防治研究與應(yīng)用

植物病害生物防治是指引入或利用自然界對植物有益的微生物,利用其抗生、重寄生、競爭、捕食和溶菌等生防作用,直接作用于病原物,對病原物的生存或活動產(chǎn)生影響;利用有益微生物的保護(hù)、誘導(dǎo)抗病性及促生作用,增強(qiáng)植物的抗病性;利用微生物多樣性和植物微生態(tài)系的調(diào)控作用,改善生態(tài)環(huán)境,從而實(shí)現(xiàn)綠色及可持續(xù)防控植物病害的目標(biāo)。

1.2.1植物病害生防細(xì)菌的研究和應(yīng)用

1.2.1.1植物病害生防細(xì)菌資源的研究

基于“新方法、新菌種、新基因、新用途”的微生物資源發(fā)掘策略,從特殊生境篩選新的生防細(xì)菌資源已成為研究的熱點(diǎn)[117-118]。植物根際促生細(xì)菌(PGPR)、植物內(nèi)生細(xì)菌和海洋細(xì)菌等,包括假單胞菌屬Pseudomonas、芽胞桿菌屬Bacillus等20多個(gè)屬,具有很強(qiáng)的定殖能力和獨(dú)特的微生態(tài)調(diào)控功能,已在小麥紋枯病、油菜菌核病、辣椒疫病和果實(shí)采后病害等防治方面顯示出良好的應(yīng)用前景[119-122]。

1.2.1.2植物病害生防細(xì)菌生防機(jī)制的研究

生防細(xì)菌發(fā)揮生防作用的途徑是多種生防機(jī)制共同作用的結(jié)果。PGPR可通過其自身的代謝產(chǎn)物或定殖優(yōu)勢直接或間接對植物產(chǎn)生有益的影響,如通過固氮作用、合成鐵載體協(xié)助宿主植物從土壤中吸收鐵離子、合成或促進(jìn)植物合成生長激素、促進(jìn)植物根系對多種無機(jī)離子的吸收、促進(jìn)植物根際或葉圍污染物質(zhì)的降解等方式提高植物的抗病性[123-125]。PGPR的群體感應(yīng)信號分子AHL、揮發(fā)性物質(zhì)和次級代謝產(chǎn)物如surfactin等可以作為激發(fā)子介導(dǎo)植物產(chǎn)生各種防衛(wèi)反應(yīng)[126-130]。

1.2.1.3高通量測序等新技術(shù)在生防細(xì)菌研究中的應(yīng)用

宏基因組等高通量測序技術(shù)為微生物資源研究,包括免培養(yǎng)微生物在內(nèi)的物種資源和挖掘未知生防細(xì)菌資源提供了理論依據(jù)和方法?；蚪M學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等為生防機(jī)理研究提供了更全面和深入的技術(shù)支撐[131-133]。

1.2.1.4主要代表性研究成果

植物益生菌根際定殖精準(zhǔn)調(diào)控信號分子研究: PGPR根際定殖過程包括根際趨化、根表黏附和定殖成膜3個(gè)步驟;明確了定殖過程中抑制根系局部免疫反應(yīng)的信號分子;發(fā)現(xiàn)分子信號在調(diào)控合成菌群核心物種豐度與功能中的巨大潛力[133-139]。

根際微生物鐵載體介導(dǎo)根際菌群與土傳病原青枯菌的鐵營養(yǎng)競爭:鐵是根際的核心稀缺資源,鐵載體介導(dǎo)的根際細(xì)菌與青枯菌之間的鐵競爭是預(yù)測土壤微生物群落中細(xì)菌—青枯菌共存模式、決定病原菌是否入侵成功以及對宿主植物造成破壞的普遍機(jī)制[140-141]。

谷維菌素的研發(fā):從中藥重樓Parisspp.的內(nèi)生鏈霉菌Streptomycesspp. NEAU6的代謝物中發(fā)現(xiàn)了谷維菌素,其特點(diǎn)是環(huán)境安全性風(fēng)險(xiǎn)低、對作物安全性高,促進(jìn)作物健康生長,是我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)及廣闊市場前景的全新植物生長調(diào)節(jié)劑[142]。

1.2.2作物病害生防真菌的研究和應(yīng)用

近十年來建立和完善的植物微生物組相關(guān)理論和技術(shù)顯著促進(jìn)了植物病害生物防治研究的發(fā)展,從研究隊(duì)伍和研究成果看,我國在利用有益真菌防治作物病害研究方面發(fā)展迅速,挖掘出眾多的有益真菌資源,其中木霉屬真菌、內(nèi)生真菌和真菌病毒研究成為了研究熱點(diǎn)。

木霉屬真菌是研究最為詳細(xì)的生防真菌,市場上已有多種商品菌劑銷售。篩選獲得了棘孢木霉Trichodermaasperellum、深綠木霉T.atroviride、哈茨木霉T.harzianum等17種木霉屬菌株[143-147]。研究了木霉與小麥、玉米和黃瓜等作物互作及促生機(jī)制[148-150],及木霉對微生物組群的影響[151-155]。發(fā)現(xiàn)木霉與芽胞桿菌混用可以防控小麥根部病害和赤霉病[156-157],棘孢木霉與球孢白僵菌混合使用可以防治亞洲玉米螟,共同處理玉米種子通過協(xié)調(diào)抗氧化與茉莉酸途徑促使玉米防蟲和抗病增產(chǎn)[158]。

從小麥、棉花、柑橘等30多種植物上分離獲得了內(nèi)生真菌,鑒定出拮抗微生物的次生代謝產(chǎn)物,解析了內(nèi)生真菌的抗病機(jī)制。發(fā)現(xiàn)一些昆蟲病原真菌也是作物的內(nèi)生真菌,兼具殺蟲抗病功能[159-162]。將內(nèi)生真菌白囊耙齒菌Irpexlacteus、稻黑孢霉Nigrosporaoryzae和昆蟲病原真菌球孢白僵菌混合培養(yǎng)可以獲得拮抗病原菌和對昆蟲具有驅(qū)避性的次生代謝產(chǎn)物[163]。發(fā)現(xiàn)雙子葉植物如油菜、大豆等植物的重要病原真菌核盤菌Sclerotiniasclerotiorum是小麥、水稻等禾本科植物的互惠性內(nèi)生真菌,具有促進(jìn)水稻和小麥等植物的生長和抗病作用,可以加以利用[164]。一旦這種現(xiàn)象被廣泛發(fā)現(xiàn),將顯著拓寬挖掘有益微生物的渠道。

真菌病毒是重要的植物真菌病害生物防治資源。在核盤菌、絲核菌Rhizoctoniaspp.、葡萄座腔菌Botryosphaeriadothidea等近30種病原真菌中發(fā)現(xiàn)了真菌病毒。發(fā)現(xiàn)真菌DNA病毒SsHADV-1可以將核盤菌由死體營養(yǎng)型的病原真菌轉(zhuǎn)變?yōu)榕c植物互惠共生的內(nèi)生真菌,提出了真菌病毒介導(dǎo)的植物疫苗理念[165]。真菌病毒促使其寄主由病原菌轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)生真菌的現(xiàn)象廣泛存在[166-168],預(yù)示植物疫苗防病策略應(yīng)用前景好。首次在真菌中發(fā)現(xiàn)報(bào)道了類似類病毒的RNA分子,預(yù)示自然界存在一類新型的植物病害生物防治因子[169]。

發(fā)現(xiàn)茉莉酸、乙烯和水楊酸信號通路與粉紅黏帚霉Clonostachysrosea誘導(dǎo)番茄對灰霉病的抗病作用有關(guān)[170],明確了轉(zhuǎn)錄因子基因crtf和MAPK基因crmapk等在粉紅黏帚霉寄生核盤菌和產(chǎn)孢等方面的功能[171-175]。創(chuàng)制了用于噴霧的粉紅黏帚霉干粉菌劑,發(fā)現(xiàn)粉紅黏帚霉與琥珀酸脫氫酶抑制劑殺菌劑混合使用對番茄灰霉病的防治具有協(xié)同作用[176]。

解析了盾殼霉Coniothyriumminitans的基因組序列,從基因?qū)用婧娃D(zhuǎn)錄組層面分析了盾殼霉與核盤菌的分子互作[177-180],發(fā)現(xiàn)盾殼霉可以與油菜長效專用配方肥料混合使用,以盾殼霉ZS-1SB菌株分生孢子為唯一有效成分的生物防治菌劑獲得了農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的新農(nóng)藥登記證書。

從寡雄疫霉Pythiumoligandrum中發(fā)現(xiàn)新的激發(fā)子可以提高茄科植物對辣椒疫霉Phytophthoracapsici的抗性及誘導(dǎo)大豆鐵死亡,增強(qiáng)對大豆疫霉P.sojae的抗性[181]。分離獲得了寡雄疫霉菌株并解析了其基因組序列[182]。發(fā)現(xiàn)寡雄疫霉的Nep1-like抑制大豆疫霉侵染但不依賴細(xì)胞死亡途徑和活性氧[183]。發(fā)現(xiàn)寡雄疫霉和另一種重寄生菌纏器腐霉Pythiumperiplocum的祖先可能與真菌發(fā)生過基因水平轉(zhuǎn)移,并從后者中獲得了編碼碳水化合物活性酶CAZyme的基因[184]。

開展了利用捕食線蟲真菌寡孢節(jié)叢孢菌Arthrobotrysoligospora、淡紫紫孢菌等捕食性和寄生性真菌對根結(jié)線蟲、松材線蟲Bursaphelenchusxylophilus和大豆孢囊線蟲的研究,獲得了近20種寄生和拮抗線蟲的真菌資源[185-186],從分子層面解析寡孢節(jié)叢孢菌、淡紫紫孢菌和紫色紫孢菌Purpureocilliumlavendulum等捕食真菌和寄生真菌的功能基因和生防機(jī)理[187-197],篩選出防控松材線蟲的真菌資源[198-200],研究了松材線蟲應(yīng)答噬線蟲真菌強(qiáng)力節(jié)叢孢菌Arthrobotrysrobusta的分子機(jī)制[201]。

另外,獲得并證實(shí)了20多種對采后病害具有防病潛力的酵母菌類真菌,研究了酵母類生防菌的作用機(jī)制[202-205];將酵母與海藻糖、殼聚糖、低聚殼聚糖等物質(zhì)混合使用可以提高對采后病害的防效[204]。研究了近30多種真菌的防病潛力,其中印度梨形孢Piriformosporaindica[206-208]、籃狀菌Talaromycesspp.[209-212]、單梗霉Simplicilliumspp.[213- 214]、非致病型尖孢鐮刀菌Fusariumoxysporum[167, 215]等的研究比較深入。

1.3 植物線蟲生物防治研究與應(yīng)用

植物寄生線蟲種類有4 100多種,每年在全球作物上造成8.8%～14.6%的產(chǎn)量損失,經(jīng)濟(jì)損失約1 370億美元;其在農(nóng)林上的危害已成為僅次于真菌病害的第二大類病害[216]。生物防治是控制植物線蟲病的有效手段之一。植物線蟲生物防治狹義上是指在環(huán)境中人為引入能拮抗線蟲的活體生物或創(chuàng)造條件利于線蟲天敵自然發(fā)生而減少病原線蟲的種群數(shù)量和危害程度[217]。廣義上,植物線蟲生物防治包括利用生物活體或其活性代謝產(chǎn)物控制植物線蟲病。植物線蟲生物防治學(xué)科的定位和內(nèi)容主要聚焦于:生防生物資源的發(fā)掘與防效評價(jià)、活性代謝產(chǎn)物鑒定及其生物合成與化學(xué)合成、生防資源的生防機(jī)制、“生防資源-線蟲-作物”分子互作、生防菌基因工程改造、生防產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用。

1.3.1殺線蟲天然代謝產(chǎn)物及代謝調(diào)控

2010年-2021年發(fā)表的天然殺線蟲代謝產(chǎn)物共344個(gè),40%來自微生物、60%來自植物;其中2018年-2021年發(fā)表的活性化合物130個(gè),47個(gè)活性化合物(36.2%)來自中國學(xué)者的研究[218]。第一類化合物:多酮類化合物。中國學(xué)者從阿維鏈霉菌Streptomycesavermitilis基因工程菌TM24報(bào)道了殺線蟲大環(huán)內(nèi)酯化合物10種;其中某些化合物對松材線蟲的LD50小于5 μg/mL[219];從基因工程菌AVE-H39中發(fā)現(xiàn)系列阿維菌素衍生物,25-ethyl ivermectin,25-methyl ivermectin配合使用時(shí)對線蟲的活性比阿維菌素高4.6倍[220]。第2類化合物:萜類化合物和類固醇。近年來報(bào)道的這類殺線蟲化合物主要來自植物,從牛尾蒿Artemisiadubia中分離的倍半萜烯對南方根結(jié)線蟲Meloidogyneincognita的LD50為38.43 μg/mL[221];從臭蚤草Pulicariainsignis中發(fā)現(xiàn)的癸烷倍半萜苷對南方根結(jié)線蟲的LD50為25.42 μg/mL[222]。第3類化合物:非核糖體多肽聚酮化合物。這類殺線蟲化合物主要分離自微生物,從粉紅單端孢菌Trichotheciumroseum中發(fā)現(xiàn)的化合物trichomide D對孢囊線蟲的LD50為94.9 μg/mL[223], 從長枝木霉Trichodermalongibrachiatum中分離的化合物homodestcardin、trichomide B和homodestruxin B 對南方根結(jié)線蟲的LC50分別為149.2、140.6 μg/mL和198.7 μg/mL[224];從惡臭假單胞菌Pseudomonasputida和猴假單胞菌P.simiae中分離到的化合物cyclo(L-Pro-L-Leu)能抑制南方根結(jié)線蟲卵孵化[225];從嗜線蟲桿菌Xenorhabdusbudapestensis發(fā)現(xiàn)了7個(gè)殺線蟲活性LD50<50 μg/mL的線性肽化合物,其中rhabdopeptide-J的活性最好(LD50=27.8 μg/mL)[226]。第4類化合物:芳烴及有機(jī)酸類化合物。從3種茜草Rubia植物中分離的醌類化合物對南方根結(jié)線蟲的LD50為35.22 μg/mL[227];從日本曲霉Aspergillusjaponicus分離的1,5-檸檬酸二甲基鹽酸鹽酯對南方根結(jié)線蟲的LD50=0.761 4 mg/mL[228]。從寡孢節(jié)叢孢菌A.oligospora中發(fā)現(xiàn)化合物2(5H)-furanone在濃度250 μg/mL下對線蟲有強(qiáng)烈吸引作用;呋喃-2-基甲醇在濃度50 μg/mL下對線蟲有排斥作用;化合物 5-甲基呋喃-2-羧基醛對秀麗隱桿線蟲Caenorhabditiselegans的LC50為369 μg/mL;麥芽糖醇在濃度為2.5 μg/mL下,促進(jìn)寡孢節(jié)叢孢菌網(wǎng)增加30%[196]。寡孢節(jié)叢孢菌中一類特有的PKS/TPS雜合生源少孢素類化合物Arthrobotrisins顯著提高和促進(jìn)真菌在多種不同類型土壤中的定殖和生長[229-231]。從寡孢節(jié)叢孢菌中發(fā)現(xiàn)化合物farnesyltoluquinol 在12.5 μg/mL下對線蟲有較好的抑制率[232]。

殺線蟲代謝產(chǎn)物代謝調(diào)控與生物合成的研究主要集中在阿維鏈霉菌產(chǎn)生的阿維菌素及其衍生物[233]。將bicA、ecaA克隆到基因工程菌A229中可使阿維菌素B1a組分的效價(jià)提高到8 100 μg/mL[234];Wang等設(shè)計(jì)的“動態(tài)降解三酰甘油”策略使B1a的效價(jià)提高了50%,從6 200 μg/mL增加到9 310 μg/mL[235]。在阿維鏈霉菌S.avermitilis野生型中過表達(dá)sav-4189、soxR、zur基因可使阿維菌素的產(chǎn)量分別提高2.5倍[236]、2.4倍[237]和120%[238];將抑制阿維菌素產(chǎn)量的基因OhrR敲除后阿維菌素的產(chǎn)量可比野生型提高2倍[239]。S.avermitilis中的熱激因子HspR調(diào)控阿維菌素的產(chǎn)量,敲除或過表達(dá)hspR基因時(shí),阿維菌素的產(chǎn)量分別降低43%和提高154%[240]。

1.3.2生防微生物侵染線蟲的分子機(jī)制

捕食線蟲真菌是自然界中調(diào)控線蟲種群平衡的主要微生物,這類真菌可形成捕器捕食線蟲,捕器的形成和形態(tài)發(fā)育與真菌的生防能力密切相關(guān)[241]。寡孢節(jié)叢孢菌能夠產(chǎn)生三維菌網(wǎng)捕器捕殺線蟲,寡孢節(jié)叢孢菌基因組中存在7種G蛋白信號(G protein signaling,RGSs),通過基因敲除和表型分析,發(fā)現(xiàn)RGSs在寡孢節(jié)叢孢菌的生長、發(fā)育和分化過程中發(fā)揮著重要的功能。敲除RGS1的編碼基因AoFlbA后,突變菌株(ΔAoFlbA)喪失產(chǎn)生分生孢子和捕食器官的能力;同時(shí)突變菌株菌絲細(xì)胞中的環(huán)磷酸腺苷含量顯著升高,說明RGSs通過調(diào)節(jié)cAMP的含量調(diào)控G蛋白信號下游的激酶途徑[242]。RIC8的作用與RGS相反,它能使與G蛋白α亞基結(jié)合的GDP磷酸化形成GTP,從而使失活狀態(tài)的G蛋白α亞基成為活化狀態(tài)。RIC8能夠與G蛋白的α亞基互作,敲除Ric8基因?qū)?dǎo)致突變菌株喪失產(chǎn)生捕器和捕殺線蟲的能力[243]。cAMP-PKA是G蛋白信號下游主要的調(diào)控通路,發(fā)現(xiàn)腺苷酸環(huán)化酶和蛋白激酶A(PKA)對于寡孢節(jié)叢孢菌的菌絲生長、產(chǎn)孢、捕器發(fā)育和壓力耐受能力發(fā)揮重要的調(diào)控作用[244]。絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號途徑也是真菌中重要的信號調(diào)控通路,在絲狀真菌中保守的MAPK主要包括3條調(diào)控通路Fus3、Hog1和Slt2。研究發(fā)現(xiàn)Slt2與寡孢節(jié)叢孢菌的菌絲生長、捕器形成和產(chǎn)孢能力密切相關(guān),突變菌株喪失了產(chǎn)孢和形成捕器的能力[197, 245]。通過對細(xì)胞壁完整性調(diào)控通路的主要調(diào)控蛋白PKC、SLT2和SWI6的編碼基因敲除和表型分析,發(fā)現(xiàn)它們在菌絲生長、產(chǎn)孢、壓力耐受、捕食器官形成和捕殺線蟲能力等方面發(fā)揮重要的調(diào)控作用[197]。

Rab蛋白7A(Rab-7A)在寡孢節(jié)叢孢菌的生長發(fā)育過程中發(fā)揮重要的調(diào)控功能,突變菌株不能產(chǎn)生捕器和分生孢子[246]。寡孢節(jié)叢孢菌中Ras和Rho鳥苷三磷酸酶(Ras和Rho GTPases)對寡孢節(jié)叢孢菌的菌絲生長、捕食器官形成和捕殺線蟲能力等方面發(fā)揮調(diào)控作用[193,247]。自噬基因AoATG5不僅參與寡孢節(jié)叢孢菌的生長、產(chǎn)孢、自噬小體的形成;同時(shí)還參與細(xì)胞核數(shù)量、捕食器官形成和形態(tài)發(fā)育及對線蟲捕殺能力的調(diào)控[248]。捕食線蟲真菌產(chǎn)生的捕食器官中含有大量的電子致密體,敲除過氧化物酶體合成蛋白PEX1和PEX16的編碼基因,導(dǎo)致菌株生長遲緩、不能形成捕食器官,產(chǎn)孢能力也顯著下降[189]。捕食器官的形成機(jī)制非常復(fù)雜,有多種信號途徑和細(xì)胞過程參與捕器的形成和對線蟲捕食能力的調(diào)控。

1.3.3線蟲生物農(nóng)藥的開發(fā)與應(yīng)用

在中國農(nóng)藥信息網(wǎng)上,以“線蟲”為防治對象進(jìn)行檢索,2018年1月1日至2023年3月20日登記的殺線蟲農(nóng)藥共118個(gè);其中,以噻唑膦、阿維菌素為單劑或混劑的農(nóng)藥數(shù)量最多,分別為62個(gè)(占52.5%)和53個(gè)(44.9%);以活體微生物為有效成分僅10個(gè)(8.5%),這10個(gè)活體微生物農(nóng)藥中,淡紫紫孢菌5個(gè)、厚孢輪枝菌V.chlamydosporium1個(gè)、蠟質(zhì)芽胞桿菌B.cereus1個(gè)、堅(jiān)強(qiáng)芽胞桿菌B.firmus1個(gè)、殺線蟲芽胞桿菌B.nematocida1個(gè)、蘇云金芽胞桿菌B.thuringiensis1個(gè)。此外,以氨基寡糖素、印楝素分別登記的殺線蟲農(nóng)藥各1個(gè)。以上數(shù)據(jù)表明,目前中國的殺線蟲劑市場仍以噻唑膦、阿維菌素和氟吡菌酰胺(拜耳股份公司2012年登記)為主;線蟲生物農(nóng)藥整體表現(xiàn)出登記數(shù)量少、生防菌種類少、劑型單一、生防機(jī)制不明等問題。殺線蟲芽胞桿菌B16粉劑是近年來作用機(jī)制最為清晰的線蟲生物農(nóng)藥新產(chǎn)品之一,由云南大學(xué)登記,母藥為100億cfu/g(PD20211349)、制劑為5億cfu/g(PD20211362),登記對象為番茄根結(jié)線蟲病。

1.4 植物免疫機(jī)制研究與應(yīng)用

1.4.1植物免疫機(jī)制研究進(jìn)展

剖析植物免疫系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)制對于開發(fā)新型植物免疫調(diào)節(jié)劑及從作物角度理解指導(dǎo)生物防治工作具有重要意義?！吨参锩庖哐芯颗c抗病蟲綠色防控:進(jìn)展、機(jī)遇與挑戰(zhàn)》一文對我國近20年來在植物免疫學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)行了系統(tǒng)的梳理;從各項(xiàng)數(shù)據(jù)來看,我國在植物免疫學(xué)研究的多個(gè)領(lǐng)域已躋身世界先進(jìn)行列,甚至在少數(shù)方向完成了趕超,處于世界領(lǐng)先水平,為我國乃至世界農(nóng)作物綠色防控技術(shù)的發(fā)展提供了重要的理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)[249]。近5年來,我國在該領(lǐng)域的研究繼續(xù)保持著良好的發(fā)展態(tài)勢,成績斐然[250-280]。如:首次報(bào)道了細(xì)胞膜受體蛋白具有“免疫識別受體”和“抑制子”的雙重功能[266];首次揭示了植物中的抗病小體ZAR1[263];首次正面揭示了植物兩大類免疫通路PTI(pattern-triggered immunity)和ETI(effector-triggered immunity)的協(xié)同作用模式[272]等。

1.4.2植物免疫誘導(dǎo)劑研究進(jìn)展

植物免疫基礎(chǔ)研究也推動了包含植物免疫誘導(dǎo)劑創(chuàng)制在內(nèi)的應(yīng)用研究的發(fā)展,目前研究較多的植物免疫誘導(dǎo)劑可分為糖類、蛋白類、小分子類3類。

1.4.2.1糖類植物免疫誘導(dǎo)劑

在糖類誘抗分子相關(guān)研究上的持續(xù)深入,拓展了我國在糖類植物免疫誘導(dǎo)劑制備上的選擇范圍和研發(fā)方向[281-286]。如:發(fā)現(xiàn)31-β-D-纖維二糖基-葡萄糖和31-β-D-纖維三糖基-葡萄糖是兩種新型DAMPs(damage-associated molecular patterns)分子,可誘發(fā)水稻免疫響應(yīng)[284];揭示了幾丁寡糖通過引起植物氣孔關(guān)閉來抵御病菌入侵的誘抗新機(jī)制[283];首次發(fā)現(xiàn)了寡糖可通過非規(guī)范模式調(diào)節(jié)植物蛋白N-糖基化修飾,從而改善植物在N-糖基化受損時(shí)的抗病能力,從糖生物學(xué)角度為糖類分子的誘抗機(jī)制研究提供了新思路[281]。

1.4.2.2蛋白類植物免疫誘導(dǎo)劑

新型蛋白類激發(fā)子的發(fā)現(xiàn)、鑒定,不僅加深了人們對植物-病原互作過程中分子機(jī)制的認(rèn)知,也為蛋白類植物免疫誘導(dǎo)劑的研發(fā)提供了廣闊前景。如:大豆疫霉的質(zhì)外蛋白酶AEP1是一個(gè)典型的PAMP(pathogen-associated molecular pattern)[287];黃萎病菌Verticilliumdahliae的果膠酸裂解酶VdPEL1,可激發(fā)多種植物的免疫響應(yīng)[288];發(fā)現(xiàn)蘋果腐爛病菌Valsamali中的小分子蛋白VmE02能夠誘導(dǎo)多種植物的免疫響應(yīng)[289];發(fā)現(xiàn)稻曲病菌Ustilaginoideavirens中的磷脂酰肌醇鉚定蛋白SGP1能夠激發(fā)水稻免疫響應(yīng),增強(qiáng)水稻的廣譜抗性[290]等。值得一提的是,目前關(guān)于蛋白類免疫激活劑的制備還停留在常規(guī)的蛋白表達(dá)工程菌發(fā)酵階段,合成生物學(xué)新技術(shù)的介入還有所不足。

1.4.2.3小分子類植物免疫誘導(dǎo)劑

國內(nèi)學(xué)者在新型小分子類免疫誘導(dǎo)劑研發(fā)上開展了系列工作,這些工作和糖類、蛋白類分子的相關(guān)工作為我國綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了重要的理論指導(dǎo)。如:以吲哚類和巰基類化合物為原料,合成了20余種具有植物誘抗活性的小分子化合物[291];發(fā)現(xiàn)宛氏擬青霉Paecilomycesvariotii發(fā)酵提取物“智能聰(ZNC)”可誘發(fā)植物產(chǎn)生強(qiáng)烈的免疫響應(yīng)、增強(qiáng)植物抗性[292-293];發(fā)現(xiàn)褪黑素預(yù)處理可激發(fā)葡萄免疫響應(yīng),提高葡萄果實(shí)對灰霉菌的抗性,延長果實(shí)的保鮮時(shí)間[294]等。

1.4.3植物免疫誘導(dǎo)劑產(chǎn)品研發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展

我國學(xué)者近年在植物免疫分子機(jī)制、各類植物免疫誘導(dǎo)劑挖掘及制備技術(shù)等研究領(lǐng)域所做出的卓越貢獻(xiàn),為植物免疫誘導(dǎo)劑產(chǎn)品研發(fā)及應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

1.4.3.1產(chǎn)品登記及產(chǎn)業(yè)化

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2018年-2023年期間,我國新登記的具有免疫誘導(dǎo)功能的農(nóng)藥89個(gè),其中以糖類生物農(nóng)藥居多。值得一提的是,除了已經(jīng)登記的產(chǎn)品外,還有包括多種寡糖、維大力(蛋白類激發(fā)子)、智能聰(微生物提取物)等尚未登記的同時(shí)具有促進(jìn)生長與免疫誘導(dǎo)功能的產(chǎn)品,也在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了有效的應(yīng)用。

1.4.3.2劑型與應(yīng)用技術(shù)研究進(jìn)展

在前期植物免疫誘抗劑葉面噴施等常規(guī)應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)上,國內(nèi)團(tuán)隊(duì)也對這些制劑的施用方式進(jìn)行了包括種子處理、土壤處理、復(fù)配混用、果實(shí)采后浸泡處理等[295-298]在內(nèi)的系列摸索,力求發(fā)揮出相關(guān)藥劑的最佳效果。此外,在農(nóng)藥施用設(shè)備方面,隨著農(nóng)業(yè)裝備現(xiàn)代化的不斷推進(jìn),植保無人機(jī)(UAV)近年來一直處于快速發(fā)展階段,因其作業(yè)效率高、地形適應(yīng)性廣、適用安全等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于農(nóng)林病蟲害雜草的防控。

1.4.3.3實(shí)際田間應(yīng)用情況

國內(nèi)學(xué)者研發(fā)的包含糖類、蛋白類、小分子類農(nóng)藥在內(nèi)的多種植物免疫誘導(dǎo)劑,已被廣泛地應(yīng)用于我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域,為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.5 昆蟲性信息素的研究和應(yīng)用

成蟲在性成熟時(shí)為了求偶和交配的目的,雌或雄成蟲在體內(nèi)性腺中生物合成釋放引誘同種異性的化合物,這類化合物具有種的特異性,稱為昆蟲性信息素,俗稱性誘劑。昆蟲性信息素一般采用誘捕、誘殺和交配干擾應(yīng)用于種群監(jiān)測和害蟲防控中。研究范圍包括從氣味分子、嗅覺基因、嗅覺編碼到行為,例如性信息素化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定、周緣和中樞神經(jīng)生理和行為反應(yīng)機(jī)制、田間配比優(yōu)化及其防控效果評價(jià)、以及遺傳和進(jìn)化等。這些分子生物學(xué)研究有助于鑒定活性化合物,即逆向化學(xué)生態(tài)學(xué)方法[299]?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)鑒定主要在鱗翅目、鞘翅目、半翅目等種類,其詳細(xì)數(shù)據(jù)可以從https:∥www.pherobase.com/檢索。

性信息素識別的分子機(jī)制從傳統(tǒng)的種內(nèi)拓寬至種間性信息素的識別[300]。天敵對寄主性信息素的識別[301]和寄生蜂種內(nèi)性信息素的鑒定及其嗅覺識別的分子機(jī)制[302]有了新的進(jìn)展,其突破為更好地監(jiān)測和利用自然天敵提供了潛在的新技術(shù)和思路。性信息素的綠色化學(xué)合成有了快速發(fā)展[303]。如何解決性信息素的變異及嗅覺適應(yīng)性,在生產(chǎn)中是一個(gè)難題。對于非遷飛性害蟲的誘捕,可采用多配比誘芯組合的方法[304]。為解決遷飛性害蟲性誘監(jiān)測,性誘智能測報(bào)系統(tǒng)采用雙通道同時(shí)監(jiān)測不同蟲源地害蟲的種群動態(tài)[305]。性誘測報(bào)制訂有農(nóng)業(yè)農(nóng)村部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T3253-2018和 NY/T2732-2015)。至今已正式登記了13個(gè)昆蟲性信息素。

1.6 新方法和新技術(shù)研究與應(yīng)用

近年來,新方法和新技術(shù)在生物防治學(xué)科中的研究和應(yīng)用不斷增多,主要包括基因編輯與基因驅(qū)動、納米材料與RNAi技術(shù)、酶抑制技術(shù)等。在此主要總結(jié)近5年在基因編輯與基因驅(qū)動、納米材料與RNAi技術(shù)方面的研究與應(yīng)用進(jìn)展。

目前,利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)已經(jīng)成功鑒定并解析多種參與昆蟲翅型發(fā)育[306-308]、胚胎發(fā)育[309]和幼蟲生長發(fā)育[310-311]等的相關(guān)基因功能。在昆蟲信息素[312]、氣味結(jié)合蛋白[313]和性別決定機(jī)制[314]等方面也取得了重要進(jìn)展。CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)在家蠶抗病毒方面也有應(yīng)用,成功構(gòu)建了抗BmNPV家蠶品系,該品系對BmNPV感染的抵抗力顯著高于野生型家蠶[315-316]。CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)也被應(yīng)用于降低害蟲抗藥性和農(nóng)藥作用位點(diǎn)鑒定等方面。敲除棉鈴蟲中解毒酶基因簇HaCYP6AE降低了棉鈴蟲的抗藥性,殺蟲劑處理后顯著降低棉鈴蟲的存活率[317]。敲除HanAChRα6后棉鈴蟲對多殺霉素和乙基多殺菌素的抗性增高,而敲除HanAChRα7后對棉鈴蟲的抗藥性無顯著影響[318]。此外,Asad等基于靶向Pxyellow基因的研究成功驅(qū)動EGFP在小菜蛾中表達(dá),構(gòu)建了小菜蛾CRISPR/Cas9基因驅(qū)動體系[319]。CRISPR/Cas9基因驅(qū)動系統(tǒng)在害蟲防治應(yīng)用上展現(xiàn)了巨大的潛力,將是未來害蟲防治的主要手段,有助于解決害蟲抗藥性和化學(xué)農(nóng)藥使用帶來的環(huán)境污染等問題。目前,基因驅(qū)動的效果已經(jīng)得到了很好的驗(yàn)證,相信隨著研究的進(jìn)一步深入,該項(xiàng)技術(shù)存在的問題能得到有效解決并廣泛應(yīng)用到害蟲的防治中。

基于RNAi的病蟲害防治策略長期以來是植物保護(hù)學(xué)的研究熱點(diǎn),領(lǐng)域內(nèi)專家發(fā)表了相關(guān)綜述[320],還出版了一本專著《RNA干擾——從基因功能到生物農(nóng)藥》[321]。目前,大量的潛在RNAi靶基因不斷被篩選出來,為病蟲害的遺傳學(xué)防治提供了豐富的候選靶標(biāo)。但RNAi在病蟲害防治方面的應(yīng)用還處于起步階段,靶標(biāo)有害生物的dsRNA吸收效率低,同時(shí)免疫系統(tǒng)會阻止外源dsRNA進(jìn)入自身細(xì)胞并將其降解,從一定程度上降低了基因的干擾效率[322-323]。近5年,納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展迅猛,推動了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)在交叉學(xué)科領(lǐng)域的不斷深化發(fā)展。以納米材料為載體高效攜帶外源核酸,誘導(dǎo)基因轉(zhuǎn)化和實(shí)現(xiàn)高效RNAi已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,納米粒子可以經(jīng)過修飾作為一種藥物載體,快速包裹藥物分子,提高大顆粒、難容農(nóng)藥分子的分散性和穿透力,提升農(nóng)藥分子的附著力和利用率,因此,利用納米粒子開發(fā)新型農(nóng)藥已成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)[324]。目前應(yīng)用較為成熟的核酸型納米載體包括殼聚糖、脂質(zhì)體、層狀雙氫氧化物、聚乙烯亞胺、聚酰胺-胺樹枝狀聚合物等。在植物病害防控領(lǐng)域,篩選獲得了可靶向疫霉菌CesA3和OSBP1關(guān)鍵區(qū)域的CesA3-/OSBP1-dsRNAs,制備了聚乙二醇異丙烯酸酯(PEGDA)功能化的碳點(diǎn)納米顆粒(CDs),其可以通過靜電結(jié)合等作用力高效裝載dsRNA,能有效防治辣椒疫霉侵染[325]。在害蟲防控領(lǐng)域,利用殼聚糖和脂質(zhì)體遞送dsRNA飼喂二化螟幼蟲,致死率分別達(dá)到55%和32%[326];利用成本低廉的農(nóng)用型納米載體創(chuàng)制了一種納米載體介導(dǎo)的dsRNA經(jīng)皮遞送系統(tǒng),將納米載體/dsRNA復(fù)合物點(diǎn)滴于靶標(biāo)有害生物,即可實(shí)現(xiàn)高效的RNAi[327];還構(gòu)建了一個(gè)由聚乙二醇和殼聚糖組成的載體系統(tǒng),噴施該載體包裹的褐飛虱Nilaparvatalugens幾丁質(zhì)合成酶基因A的dsRNA,褐飛虱的死亡率達(dá)65%[328]。目前,廉價(jià)、綠色、高效的RNA農(nóng)藥載體創(chuàng)制剛剛起步,優(yōu)良的納米載體的創(chuàng)制涉及材料學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)科的深度融合。在RNA生物合成領(lǐng)域,雖然在一定程度上解決了dsRNA生產(chǎn)成本高昂的難題,但RNA農(nóng)藥的防效偏低,仍然與化學(xué)/植物源農(nóng)藥存在差距,如何進(jìn)一步提升靶標(biāo)有害生物的防控效果需要進(jìn)一步深入挖掘關(guān)鍵RNAi靶標(biāo)基因,同時(shí)對RNAi的脫靶效應(yīng)進(jìn)行評價(jià),以保證RNA農(nóng)藥的生物安全性。這些問題將是下一步RNA農(nóng)藥創(chuàng)制的重要研究方向。

2 國內(nèi)外發(fā)展比較

通過對我國天敵資源的研究和挖掘,國內(nèi)天敵昆蟲的種類進(jìn)一步豐富,優(yōu)勢種也不斷發(fā)現(xiàn)。但與歐美發(fā)達(dá)國家相比,我國仍存在很明顯的差距。在基礎(chǔ)研究方面,寄生蜂調(diào)控寄主的分子機(jī)制研究達(dá)到國際領(lǐng)先水平,但所涉及的天敵種類還較少,需要擴(kuò)充。天敵的規(guī)模化繁育方面,雖然已開發(fā)了赤眼蜂等天敵產(chǎn)品,但其控害作用評價(jià)還不夠充分細(xì)致,天敵繁育的人工飼料或替代飼料依然有較大的研發(fā)空間。目前可應(yīng)用的天敵昆蟲種類和規(guī)模仍偏少,需要進(jìn)一步擴(kuò)大。田間使用過程中,人工釋放的天敵昆蟲的效能評價(jià)還不深入,亟須加強(qiáng)。生產(chǎn)天敵產(chǎn)品的企業(yè)數(shù)量和規(guī)模雖有增加,但仍不夠,需要進(jìn)一步加大支持。

我國的細(xì)菌殺蟲劑基礎(chǔ)研究水平基本上與國外處于并跑階段。世界范圍內(nèi)細(xì)菌殺蟲劑(主要Bt)的基礎(chǔ)研究均進(jìn)入了深水區(qū),在這種情況下想提出新理論、新機(jī)制比較困難。因此,新思路和新技術(shù)的運(yùn)用顯得尤為關(guān)鍵。2020年西班牙瑪格麗塔·薩拉斯生物研究中心(Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas)研究團(tuán)隊(duì)使用冷凍電鏡在國際上首次解析了Bt Vip3蛋白的孔洞結(jié)構(gòu),解決了20年懸而未決的問題。殺蟲蛋白結(jié)構(gòu)的解析可以破解很多關(guān)鍵技術(shù)難題,因此我國在新技術(shù)的運(yùn)用和新思路的突破方面仍然有待加強(qiáng)。我國微生物殺蟲劑產(chǎn)品開發(fā)水平迅速提高,除了上述Bt產(chǎn)品外,湖北省生物農(nóng)藥工程研究中心將開發(fā)的一款對葉螨高活性的“微生物殺螨劑”—死亡谷芽胞桿菌Bacillusvallismortis,于2022年4月以5 000萬元的價(jià)格成功轉(zhuǎn)讓給企業(yè)。但我國微生物殺蟲劑研發(fā)主要依靠科研院所和高校等科研單位,研發(fā)效率、財(cái)力、人力和物力均無法與國外跨國大公司相提并論。此外,由科研單位而非企業(yè)牽頭的微生物殺蟲劑開發(fā)可能存在創(chuàng)新研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化聯(lián)系不緊,導(dǎo)致產(chǎn)品轉(zhuǎn)化難的問題?？瓜x作物是殺蟲微生物(主要為Bt)殺蟲基因的主要出口,但目前國際上應(yīng)用在農(nóng)作物中的抗蟲基因主要掌握在跨國公司手中。我國目前的Bt殺蟲基因的發(fā)掘技術(shù)和能力已經(jīng)逐步超過國際上其他國家,成為國際上發(fā)掘Bt殺蟲新基因最多的國家。但這些新基因仍存在與已知基因相似性高或殺蟲活性沒有已知基因強(qiáng)的情況。國外目前將很大精力放在非Bt殺蟲基因的尋找上,而我國在該領(lǐng)域成果不多,尚處于探索階段。

我國在殺蟲真菌領(lǐng)域近年來在菌種資源庫,殺蟲真菌分子改良與工程菌構(gòu)建,殺蟲真菌產(chǎn)孢、抗逆、毒力相關(guān)功能基因挖掘等方面取得重要進(jìn)展,特別是在殺蟲真菌農(nóng)藥的應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化方面已達(dá)到國際領(lǐng)先水平,基本解決了重要害蟲“無生物農(nóng)藥可用”的難題。但是,迄今仍未有分子育種技術(shù)改良的生產(chǎn)菌株投入應(yīng)用,殺蟲慢、田間防效穩(wěn)定性差、儲藏期短、成本較高等問題仍然突出,因此重點(diǎn)圍繞殺蟲真菌農(nóng)藥“管用”“好用”和“用得起”等方面,加大重要生防性狀形成機(jī)理研究的力度,尤其是殺蟲真菌活性物質(zhì)代謝及調(diào)控機(jī)制、與寄主昆蟲特異互作的分子機(jī)理以及殺蟲真菌產(chǎn)孢及多抗逆性調(diào)控的分子機(jī)理等方面的基礎(chǔ)研究,建立無外源DNA轉(zhuǎn)化體系,為充分挖掘殺蟲真菌的生防潛力奠定基礎(chǔ),以滿足規(guī)模生產(chǎn)和大面積應(yīng)用的要求,促進(jìn)殺蟲真菌產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

我國在桿狀病毒口服感染的分子機(jī)制以及昆蟲抗病毒天然免疫反應(yīng)機(jī)制方面的研究處于國際前沿水平。桿狀病毒系統(tǒng)發(fā)育學(xué)走向全基因組深度分析是大勢所趨,桿狀病毒分離株基因組的嵌合是否會顯著影響其作為病原體的適應(yīng)性是值得關(guān)注的科學(xué)問題,這一方面國內(nèi)、外學(xué)者都在積極跟進(jìn)。在宿主對桿狀病毒的抗性方面,德國在蘋果蠹蛾對GV的抗性機(jī)制方面的研究處于先進(jìn)水平,我國在家蠶抗NPV的機(jī)制方面也做出了大量的工作。在病毒類生物農(nóng)藥的研發(fā)方面,全球近5年報(bào)道的病毒分離株約45個(gè),中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的占17個(gè),可見我國在昆蟲病原病毒資源的發(fā)掘方面占有領(lǐng)先地位。近5年全球在桿狀病毒殺蟲劑方面的專利有101項(xiàng),其中國外專利16項(xiàng),而我國的相關(guān)專利85項(xiàng)。國外引起關(guān)注的專利包括:利用哌替啶噻唑(WO2022130188-A1),磷酸鎂和磷酸鈣(WO2022053640-A1),酰腙衍生物(WO2022004673-A1),二酰氨、甲二胺、異噁唑啉(WO2022034611-A1),甲氧基丙烯酸酯(WO2017017234)加入病毒生物農(nóng)藥,以提高其殺蟲效果;利用石蠟作為殼包裹病毒顆粒提高病毒制劑抗紫外能力(US2021015106);針對桿狀病毒凋亡抑制基因RING區(qū)的18 nt反義DNA片段(RU2016122543-A)作為殺蟲活性成分。我國在桿狀病毒殺蟲劑方面的專利主要涉及以下6個(gè)方面:1)新發(fā)現(xiàn)病毒的應(yīng)用,如抗草地貪夜蛾病毒殺蟲劑(CN112342199B),防治螟蟲廣譜桿狀病毒生物農(nóng)藥(CN106417378B),黃楊絹野螟核型多角體病毒(CN111117971A),草原毛蟲核型多角體病毒(CN110669737A)等。2)劑型的創(chuàng)制與改進(jìn),如美國白蛾核型多角體病毒水分散粒劑(CN107637591A),昆蟲核型多角體病毒干懸浮劑(CN106857505B),美國白蛾核型多角體病毒乳濁液(CN110055226A)等。3)與其他農(nóng)藥聯(lián)合使用,如將病毒與甲維鹽(CN109769857A),白僵菌(CN108739865A、CN108617695A),氟氯蟲雙酰胺(CN109845746A),氯蟲苯甲酰胺(CN109805031A),甲氧蟲酰肼(CN106417382A),雷諾丁受體或二酰氨(US201514730597)等混用。4)在病毒制劑中加入增效劑,如山奈酚(CN113973826B),染料木素(CN113994966A),香豆素(CN113994967A),大蒜素(CN113973825A),蛻皮酮(CN111727980B)等。5)生產(chǎn)、加工、使用方法,如核型多角體病毒野外擴(kuò)增裝置(CN215123637U),斜紋夜蛾核型多角體病毒粉劑配方及其傳播方法(CN109964928A),棉鈴蟲核型多角體病毒自傳播裝置及方法(CN108174833B)等。6)其他與昆蟲病毒相關(guān)的技術(shù),如棉鈴蟲蛹卵巢細(xì)胞系(CN112695010B),東方黏蟲蛹卵巢細(xì)胞系(CN112760277B)的構(gòu)建,包裝大量外源蛋白的重組質(zhì)粒(CN106701826B),檢測核型多角體病毒的PCR引物、試劑盒(CN110578018B、CN110484657A、CN105950782B、CN109295258A、CN106755569B、CN105648113B、CN106350610A)等。

在病毒類生物農(nóng)藥的應(yīng)用方面,截至2022年我國登記的病毒殺蟲劑有11種,約62個(gè)產(chǎn)品,比2017年多一個(gè)品種,產(chǎn)品數(shù)量則減少了3個(gè)。2023年初,草地貪夜蛾專一性的病毒母藥和懸浮劑,以及廣譜的芹菜夜蛾病毒殺蟲劑母藥和懸浮劑獲得了登記,進(jìn)一步豐富了我國病毒殺蟲劑的品種。2022年美國登記的病毒殺蟲劑有13種,約14個(gè)產(chǎn)品,比2017年多2個(gè)品種,產(chǎn)品數(shù)量則增加到了34個(gè)。2022年加拿大登記的病毒殺蟲劑有10種,約12個(gè)產(chǎn)品,比2017年多4個(gè)品種,產(chǎn)品數(shù)量則增加到了12個(gè)。可以看出,我國在病毒類生物農(nóng)藥的品種和產(chǎn)品數(shù)量上與發(fā)達(dá)國家相當(dāng),相關(guān)的專利數(shù)量全球領(lǐng)先,但產(chǎn)品質(zhì)量控制和應(yīng)用技術(shù)方面亟待加強(qiáng)[329]。

我國在植物病害生防細(xì)菌研究方面主要表現(xiàn)為:1)生防細(xì)菌資源的源頭創(chuàng)新與國外研究差距明顯。目前仍然以芽胞桿菌和假單胞菌居多,從濕地、高(低)溫、高鹽(堿)以及深海等特殊生境篩選生防細(xì)菌資源的研究報(bào)道較少;在篩選技術(shù)方面,國內(nèi)仍然以傳統(tǒng)的分離培養(yǎng)技術(shù)為主。生防細(xì)菌資源的源頭創(chuàng)新與國外的差距明顯。2)生防細(xì)菌的遺傳改良和有益基因利用等方面需要加強(qiáng)。目前真正能規(guī)?；a(chǎn)并應(yīng)用的菌株(產(chǎn)品)較少,其原因除研究與開發(fā)過程中上、中、下游環(huán)節(jié)缺乏協(xié)同攻關(guān)的研發(fā)氛圍外,生防自身存在的缺陷如遺傳穩(wěn)定性差、效價(jià)低、防治譜窄、防效不穩(wěn)定等是制約菌劑研制和推廣應(yīng)用的內(nèi)在因素。通過分子生物學(xué)技術(shù)對生防細(xì)菌進(jìn)行遺傳改造,可增強(qiáng)生防細(xì)菌的遺傳穩(wěn)定性、環(huán)境適應(yīng)性以及代謝活性物質(zhì)的產(chǎn)生能力等,國外已有多個(gè)成功的案例,但我國在這方面還處在探索階段。

我國在植物線蟲生防細(xì)菌研究方面呈現(xiàn)如下特點(diǎn):1)在線蟲生防微生物資源發(fā)掘方面:近年來國內(nèi)外報(bào)道的線蟲生防菌新種類不多。云南大學(xué)的“中國西南野生生物庫——微生物分庫”是國際上唯一以線蟲生防菌為主體的菌種庫,目前保藏的線蟲生防微生物種類和數(shù)量占全國的90%、全球的32.5%,包括線蟲生防微生物新屬 5個(gè)、新種 75個(gè);同時(shí),還保藏了線蟲生防微生物中發(fā)現(xiàn)的活性化合物 586個(gè),包括新化合物152個(gè),新骨架化合物28個(gè),是全球最大的線蟲生防微生物資源庫。2)在殺線蟲天然代謝產(chǎn)物及代謝調(diào)控方面:2010年-2021年發(fā)表的天然殺線蟲代謝產(chǎn)物共344個(gè),其中2018年-2021年發(fā)表的活性化合物130個(gè),47個(gè)活性化合物(36.2%)來自中國學(xué)者的研究[218]。有關(guān)殺線蟲化合物的生物調(diào)控研究,目前國內(nèi)外主要聚焦在阿維菌素及其衍生物的代謝調(diào)控,從文獻(xiàn)分析來看,這方面50%左右的工作是中國學(xué)者報(bào)道的。由此來看,中國學(xué)者在此領(lǐng)域的研究處于領(lǐng)先水平。3)在生防微生物侵染線蟲的分子機(jī)制方面:近年來這一領(lǐng)域代表性的成果是對捕食線蟲的真菌模式種寡孢節(jié)叢孢菌捕器形成、生長、發(fā)育和分化過程等與捕食線蟲活性密切相關(guān)的基因及其信號途徑的研究。這方面的工作基本上是由云南大學(xué)線蟲生防團(tuán)隊(duì)完成,代表了該領(lǐng)域的領(lǐng)先水平;將這些研究結(jié)果應(yīng)用到基因工程菌改造并加以應(yīng)用是國內(nèi)學(xué)者在將來需要加強(qiáng)的工作。4)在線蟲生物農(nóng)藥的開發(fā)與應(yīng)用方面:整體而言,線蟲生物農(nóng)藥在國際殺線蟲農(nóng)藥市場上的份額很低(≤10%),絕大多數(shù)國家≤5%。與美國等發(fā)達(dá)國家相比,中國線蟲生物農(nóng)藥整體表現(xiàn)出登記數(shù)量少、生防菌種類少、劑型單一、生防機(jī)制不清楚、防治靶標(biāo)少等不足。

在植物免疫研究方面,我國已經(jīng)是免疫機(jī)制研究的最重要與最領(lǐng)先的國家之一。在植物領(lǐng)域主要期刊及重要綜合期刊上發(fā)表的本領(lǐng)域高水平論文,我國已名列前茅。在植物免疫誘抗劑產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域,我國現(xiàn)有產(chǎn)品類型、數(shù)量在國際上均具有一定優(yōu)勢,尤其是糖類植物免疫誘抗劑具有顯著的優(yōu)勢。但在新產(chǎn)品創(chuàng)制及制備技術(shù)上,近年來進(jìn)展稍緩,在蛋白高效表達(dá)等技術(shù)上與國際相比還有待加強(qiáng)。在實(shí)際應(yīng)用上,目前我國已經(jīng)涌現(xiàn)了以氨基寡糖素、寡糖鏈蛋白等為代表的大宗產(chǎn)品,在產(chǎn)品使用量、應(yīng)用作物、應(yīng)用面積等方面也處于國際領(lǐng)先。

在昆蟲性信息素研究領(lǐng)域,有關(guān)性信息素在酵母和植物中的生物合成及其產(chǎn)業(yè)化方面,國際上已有顯著突破并逐步成熟,一些企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生物合成,而國內(nèi)企業(yè)還沒有開展類似工作。在國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢下,國內(nèi)企業(yè)必須迎頭趕上。性誘測報(bào),特別是自動智能化測報(bào)的技術(shù)水平、推廣數(shù)量及其范圍,我國明顯走在前面,但在數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建和預(yù)測預(yù)報(bào)的實(shí)際應(yīng)用上需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

3 存在的主要問題、發(fā)展趨勢與對策建議

在天敵昆蟲研究和應(yīng)用中,以下幾個(gè)方面有待加強(qiáng):1)天敵昆蟲的資源挖掘及產(chǎn)業(yè)化開發(fā),包括天敵昆蟲的人工飼料研制。2)高效天敵昆蟲的性狀與研發(fā)?；蚓庉嫼娃D(zhuǎn)基因技術(shù)體系在寄生蜂研究中還很少,應(yīng)當(dāng)加大科研投入力度,在重要的寄生蜂種類中建立基因編輯和轉(zhuǎn)基因技術(shù)體系。同時(shí),通過比較不同種寄生蜂的寄生效率,不同種寄生蜂在生活環(huán)境脅迫下的生存曲線,獲得相應(yīng)的控害潛能指數(shù)。通過基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組等大數(shù)據(jù)分析手段,發(fā)現(xiàn)寄生蜂高效寄生的關(guān)鍵基因,并揭示其分子作用機(jī)理,為寄生蜂品種改良提供理論和技術(shù)儲備。3)天敵昆蟲控害效用的提升。田間生態(tài)環(huán)境的多樣性,能造就更加穩(wěn)定的棲境,進(jìn)而提高寄生蜂的防治效果。碳水化合物作為大多數(shù)寄生蜂生命活動和生理過程的能量來源,直接影響著寄生蜂的壽命和繁殖力。所以,田間蜜源植物的種植可能會作為輔助因子,增加寄生蜂的控害效能。但是,目前關(guān)于蜜源植物的研究和田間試驗(yàn)報(bào)道還不多,需要進(jìn)一步的研究和篩選出合適的蜜源植物。4)加強(qiáng)交叉學(xué)科的互融互促,特別是生物信息學(xué)、合成生物學(xué)、模型統(tǒng)計(jì)學(xué)等新老學(xué)科要在天敵領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。5)開展以復(fù)合型實(shí)用技術(shù)為目的的田間研究,明確單項(xiàng)技術(shù)之間的互作效應(yīng),從而增加生物防治多技術(shù)融合的邊際效益。

利用微生物進(jìn)行殺蟲、防病、促進(jìn)作物生長是農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的主流方向之一。因此,針對我國重要作物的主要蟲害、病害和生長特性選育出適于特定作物的兼具殺蟲、防病、促生等功能的微生物,并開展相關(guān)作用機(jī)制研究,將為新型微生物產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用技術(shù)研究奠定基礎(chǔ)。創(chuàng)制出兼具殺蟲、防病、促生功能的微生物產(chǎn)品可大大提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、簡化栽培技術(shù)、提高生產(chǎn)效率,提高田間防效,降低生產(chǎn)成本,必將極大地推動我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步,促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。在細(xì)菌殺蟲劑菌株方面,加強(qiáng)與農(nóng)藥劑型團(tuán)隊(duì)合作,開發(fā)更多微生物殺蟲劑的新劑型和助劑,以解決微生物殺蟲劑速效性和持效性差、抗紫外能力弱等“痛點(diǎn)”;目前針對一些在我國為害嚴(yán)重的害蟲尚未開發(fā)出高效的細(xì)菌殺蟲劑產(chǎn)品,如蚜蟲、薊馬和煙粉虱等尚待開發(fā)更廣譜的細(xì)菌殺蟲劑;目前微生物殺蟲劑研發(fā)主要在科研單位,或多或少與發(fā)酵生產(chǎn)和田間應(yīng)用有一定脫節(jié)。因此科研單位應(yīng)更多地與生產(chǎn)企業(yè)和田間對接,篩選殺蟲高效且發(fā)酵性能好的菌株;開展更多的田間防效試驗(yàn),掌握施藥方式和規(guī)律,開發(fā)配套施藥設(shè)備和技術(shù)。在細(xì)菌殺蟲劑基因方面,目前Bt殺蟲新基因發(fā)掘工作已經(jīng)進(jìn)入瓶頸,使用常規(guī)方法很難再有重大發(fā)現(xiàn),引入顛覆性技術(shù)迫在眉睫。將人工智能引入殺蟲新基因發(fā)掘中可能為破局之策。未來我國以抗蟲作物為目標(biāo)的新基因挖掘工作應(yīng)在堅(jiān)持Bt殺蟲基因挖掘的基礎(chǔ)上加強(qiáng)關(guān)注非Bt類殺蟲基因的開發(fā)工作。在昆蟲病原病毒研究和應(yīng)用方面應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn):1)致力于新產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新:主要包括昆蟲病原病毒重要?dú)⑾x功能基因大規(guī)模發(fā)掘、功能鑒定,殺蟲活性的大規(guī)模、高通量篩選,病毒的遺傳改造,以及環(huán)境相容性、穩(wěn)定性好的劑型研發(fā),推進(jìn)生產(chǎn)工藝、加工技術(shù)及產(chǎn)品劑型的現(xiàn)代化。2)加強(qiáng)知識產(chǎn)權(quán)管理:對已登記的病毒毒株進(jìn)行分子鑒定,對新申請登記的產(chǎn)品統(tǒng)一毒種鑒定并錄入數(shù)據(jù)庫,保護(hù)毒種的知識產(chǎn)權(quán),支持原始創(chuàng)新。3)做好產(chǎn)品的質(zhì)量評價(jià):完善病毒類生物農(nóng)藥的加工工藝、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量保證期、冷熱儲穩(wěn)定性、有效性影響因素等,規(guī)范其安全合理使用技術(shù)規(guī)程。4)建立標(biāo)準(zhǔn)體系:做好病毒類生物農(nóng)藥相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定,建立健全其標(biāo)準(zhǔn)體系,包括國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn),也包括產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、檢測方法標(biāo)準(zhǔn)、評價(jià)方法標(biāo)準(zhǔn)等,為病毒類生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

我國在植物病害生防細(xì)菌方面存在的主要問題有:生防細(xì)菌的菌種選育、生產(chǎn)工藝和工業(yè)化生產(chǎn)研究相對滯后,其原因一是綠色植保、生態(tài)植保的植物病害防治理念尚未廣泛形成;二是植物病害生物防治在防治效果和產(chǎn)品研發(fā)等方面存在諸多亟待解決的問題,如防效不穩(wěn)定、見效慢、成本高、產(chǎn)品貨架期短等。此外,相關(guān)科研成果轉(zhuǎn)化效率低,大量研究成果僅停留在試驗(yàn)水平。針對上述問題提出對策建議如下:1)重視特殊生境生防細(xì)菌資源的發(fā)掘,加強(qiáng)現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)在資源發(fā)掘中的應(yīng)用;2)關(guān)注植物微生態(tài)系統(tǒng),以生防菌—植物—病原物—微環(huán)境為研究體系,重視生防細(xì)菌生物學(xué)和遺傳特性的重要性,建立高效的試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃突プ髂Ｊ?完善應(yīng)用理論基礎(chǔ);3)進(jìn)行遺傳改良和有益基因利用,擴(kuò)大生防細(xì)菌的應(yīng)用范圍;4)加快研究成果的快速轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用;5)加強(qiáng)科研人才隊(duì)伍建設(shè),提升我國植物病害生物防治在國際上的競爭力。

在植物線蟲生防研究方面,我國存在的問題主要為:線蟲生防微生物資源挖掘,侵染機(jī)制、活性化合物及生物合成調(diào)控研究,生物農(nóng)藥的開發(fā)與應(yīng)用等方面,國內(nèi)團(tuán)隊(duì)基本上是各自為陣,多數(shù)團(tuán)隊(duì)僅集中于某一方面研究,缺乏以產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用為目標(biāo)的研究力量和資源整合;因此,在應(yīng)用基礎(chǔ)研究和產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用方面很難產(chǎn)出標(biāo)志性成果和產(chǎn)品。建議組織國內(nèi)植物病原線蟲生防領(lǐng)域的知名學(xué)者,從頂層設(shè)計(jì)開始,分析和凝練出我國該領(lǐng)域亟待解決的科學(xué)難題和應(yīng)用問題,利用國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目,組合優(yōu)勢研發(fā)隊(duì)伍、協(xié)同攻關(guān)。

我國在植物免疫機(jī)制研究與應(yīng)用方面都取得了顯著的進(jìn)展,但也還存在一些制約問題亟待解決。其中,最重要的問題及發(fā)展趨勢:1)基礎(chǔ)研究成果的應(yīng)用轉(zhuǎn)化。目前,我國科學(xué)家在植物免疫基礎(chǔ)研究領(lǐng)域已經(jīng)取得了大量豐碩的成果,如能將這些基礎(chǔ)研究成果高效地應(yīng)用于生物防治領(lǐng)域,將進(jìn)一步加強(qiáng)我國在此領(lǐng)域的領(lǐng)軍地位。2)植物免疫誘導(dǎo)劑品類拓展、生產(chǎn)工藝與質(zhì)控技術(shù)提升。雖然我國現(xiàn)有植物免疫誘導(dǎo)劑的產(chǎn)品已超百種,但仍存在著發(fā)展不均衡、生產(chǎn)工藝相對簡單、質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)模糊等諸多問題,解決這些問題,未來可能需要植物病理學(xué)家、植物保護(hù)學(xué)家與生物化工、發(fā)酵工程、精細(xì)化工、人工智能等領(lǐng)域科學(xué)家以及質(zhì)量監(jiān)管部門的通力合作。3)實(shí)際應(yīng)用技術(shù)的細(xì)化與優(yōu)化。目前關(guān)于這些新型農(nóng)藥制劑的用法、用量尚不夠規(guī)范,未來也仍需要研究者、生產(chǎn)者、應(yīng)用者合作,開展更多的試驗(yàn)示范,探清植物免疫誘導(dǎo)劑的廣譜應(yīng)用規(guī)律及特定條件下的應(yīng)用特點(diǎn),制定更多的精準(zhǔn)使用方案,從而推動其更大規(guī)模的應(yīng)用。4)提升認(rèn)知、優(yōu)化管理。近年來對于植物免疫、植物免疫誘導(dǎo)劑產(chǎn)品的認(rèn)知已經(jīng)有了翻天覆地的變化:從定位不明到有專門品類并被推薦應(yīng)用,從理念的不被認(rèn)可到研究熱點(diǎn),從企業(yè)興趣寥寥到關(guān)注頗多,從開展田間試驗(yàn)都存在困難到已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用,應(yīng)該說已到快速發(fā)展期。但仍需從各層面進(jìn)一步加大宣傳力度,進(jìn)一步提高認(rèn)知度;另外,從政策管理的角度,我們也呼吁能基于植物免疫誘導(dǎo)劑自身的特點(diǎn),在農(nóng)藥登記、推廣應(yīng)用等政策上加以支持,從而更好地推動這個(gè)契合國家發(fā)展戰(zhàn)略的學(xué)科方向的前進(jìn),在生物防治乃至植物保護(hù)領(lǐng)域做出更大的貢獻(xiàn),為我國農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展提供助力。

昆蟲性信息素作為保護(hù)型生物防治技術(shù)的物化技術(shù),因其對靶標(biāo)害蟲的專一性,保護(hù)了田間自然天敵和有益生物,其意義在我國還未得到真正的重視和應(yīng)用,甚至成為形式。近些年,在一些二化螟高抗藥性和大發(fā)生地區(qū),性誘精準(zhǔn)測報(bào)、灌水滅蛹和群集誘殺相結(jié)合的大面積推廣在防控中發(fā)揮了重要的作用。存在問題:1)缺少與應(yīng)用技術(shù)相關(guān)的深入研究。重大專項(xiàng)的設(shè)置存在缺陷,常以害蟲為主線,以示范為主,缺少深入的技術(shù)開發(fā)和創(chuàng)新。2)產(chǎn)品農(nóng)藥登記管理不科學(xué)。建議參照美國環(huán)境保護(hù)局(EPA)和經(jīng)濟(jì)合作和發(fā)展組織(OECD)有關(guān)主成分登記方法,比較具有可行性和可操作性。3)加大宣傳培訓(xùn)力度,促進(jìn)技術(shù)推廣應(yīng)用。4)市場混亂,良莠不齊,缺少監(jiān)督管理,建議健全市場監(jiān)督管理機(jī)制。