杜素潔, 郭建洋, 趙浩翔, 萬方浩, 劉萬學

(中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所，植物病蟲害綜合治理全國重點實驗室，北京 100193)

目前,世界上絕大多數(shù)國家和地區(qū)均有入侵物種肆意擴張蔓延問題。隨著經(jīng)濟全球化和區(qū)域一體化的快速發(fā)展,入侵物種傳入與擴散風險加大,生物入侵問題仍然突出,形勢依舊嚴峻。據(jù)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務政府間科學-政策平臺Intergovernmental Science Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES) 2020年的統(tǒng)計數(shù)據(jù),全球外來物種達39 191種?！蹲匀弧冯s志2021年公布的研究數(shù)據(jù)顯示, 1970年至2017年間全球生物入侵造成的經(jīng)濟損失累計約1.288萬億美元,年均268億美元。數(shù)據(jù)表明,美國、澳大利亞、南非、印度、菲律賓等國家每年因生物入侵遭受的經(jīng)濟損失均超過數(shù)百億美元。我國是受外來入侵物種侵害最為嚴重的國家之一,外來入侵物種已達660余種,據(jù)2009年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計年均損失超2 000億元,形勢十分嚴峻[1-2]。

1 近十年我國外來入侵物種管理和防控研究現(xiàn)狀

外來物種入侵管理和防控與國家糧食安全、生物安全和生態(tài)安全息息相關(guān)。我國早期的外來入侵物種管理專項法規(guī)過于零散,使得外來物種的管理缺少法律依據(jù),且防控技術(shù)雖具普遍性,但沒有針對性,導致治理效果不理想。而加強和提升管理水平以及加強物種防控技術(shù)攻關(guān)是有效治理外來入侵物種的基礎(chǔ)。近年來,黨中央、國務院高度重視外來物種入侵防控工作,出臺了專門的法律法規(guī)和管理制度。

近十年來,我國在防范和應對外來入侵物種侵害、保障農(nóng)林牧漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展、保護生物多樣性方面形成了系統(tǒng)的法規(guī)和制度保障,外來物種入侵防控管理水平顯著提升?！笆舜蟆币詠?在黨中央的持續(xù)關(guān)注和推進下,《中華人民共和國生物安全法》正式施行,該法將外來物種入侵界定為生物安全重大風險因素之一,強化了防范外來物種入侵在國家生物安全治理體系中的重要地位。為了貫徹落實《生物安全法》的規(guī)定要求,近年來先后提出“加強國家生物安全風險防控和治理體系建設(shè),提高國家生物安全治理能力,對已經(jīng)傳入并造成嚴重危害的,要摸清底數(shù),‘一種一策’精準治理,有效滅除”。2021年,中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于進一步加強生物多樣性保護的意見》中明確提出,提升外來入侵物種防控管理水平,開展外來入侵物種普查。2022年,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、自然資源部、生態(tài)環(huán)境部、海關(guān)總署四部門以部長令聯(lián)合頒布了《外來入侵物種管理辦法》,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部會同自然資源部等六部門制定了《重點管理外來入侵物種名錄》,黨的“二十大”會議強調(diào)“加強生物安全管理,防治外來物種侵害”。

我國應對外來入侵物種防控需求的科技支撐能力也得到了顯著提升。為了深入貫徹落實黨中央決策部署,“十三五”以來,國家先后啟動實施了生物安全關(guān)鍵技術(shù)研究、重大病蟲害防控綜合技術(shù)研發(fā)與示范、主要經(jīng)濟作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)與產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效科技創(chuàng)新、生物多樣性保護等國家重點研發(fā)計劃專項研究,用于支撐和構(gòu)建重大入侵物種的早期預警、準確監(jiān)測、應急與綜合防控三道防線,提升外來入侵物種預警與防控能力。我國科學家面向生物入侵防控科技需求,圍繞外來入侵物種“治早、治小、治了、治好”的防控目標,積極建言獻策,參與國家生物入侵防控的管理與決策,為國家政府和行業(yè)部門牽頭撰寫生物入侵相關(guān)系列咨詢管理建議和重大疫情報告,其中“外來生物入侵對我國糧食生產(chǎn)和食品安全造成的危害”“農(nóng)業(yè)農(nóng)村部針對蘋果蠹蛾防控的對策研究”“加強外來入侵防控工作2022工作要點”“關(guān)于加強外來入侵物種早期防控能力建設(shè)的建議”等,引起了全社會對生物入侵防控的高度關(guān)注和重視。此外,圍繞落實《生物安全法》和國家/行業(yè)部門對外來入侵物種防控管理需要,從技術(shù)層面參與起草了《外來入侵物種管理辦法》《國家重點管理外來入侵物種名錄》《關(guān)于進一步加強外來入侵物種防控工作的意見》等;2021年,國家啟動了全國范圍的外來入侵物種普查,專家學者又積極為外來入侵物種普查和重點調(diào)查提供技術(shù)支撐和咨詢,并編制了入侵物種生物詞典,同時制定了入侵害蟲普查工作方案、技術(shù)方案,確定了《全國外來入侵物種清單》和《國家重點管理外來入侵物種名錄》,還構(gòu)建了風險等級評估技術(shù)體系等。

十年間,我國在生物入侵領(lǐng)域的國際影響力顯著提高。我國通過搭建國內(nèi)國際合作平臺、組織國內(nèi)國際學術(shù)交流活動,不斷提升專業(yè)領(lǐng)域影響力。在平臺建設(shè)方面,依托中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所建立了國家農(nóng)業(yè)生物安全科學研究中心。在前期建立農(nóng)業(yè)農(nóng)村部外來入侵物種預防與控制研究中心基礎(chǔ)上,2022年,經(jīng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部批準,國內(nèi)入侵物種防控與管理的優(yōu)勢單位聯(lián)合組建了農(nóng)業(yè)農(nóng)村部入侵生物防控重點實驗室。學術(shù)交流方面,主辦了五屆全國入侵生物學大會,舉辦全國入侵生物學教學研討與推進會等。科學研究方面,中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所協(xié)同國內(nèi)多家從事外來入侵生物綜合防控領(lǐng)域的專家共同申報的“主要農(nóng)業(yè)入侵生物的預警與監(jiān)控技術(shù)”獲得2013年國家科技進步二等獎。國際上,我國連續(xù)主辦前三屆國際入侵生物學大會,主辦國際粉虱研討會,參會人員累計逾3 000人次,國外參會代表逾400人次。在此基礎(chǔ)上,發(fā)起成立了國際生物入侵學術(shù)團體(ICBI),負責制定管理機制并組織設(shè)立了常設(shè)秘書處(北京)。近年來還組織了第二屆重大入侵昆蟲番茄潛葉蛾P(guān)hthorimaeaabsoluta綠色防控國際研討會(2022),以及中國-東南亞跨境有害生物聯(lián)防聯(lián)控國際研討會等。已先后與美國、澳大利亞、新西蘭、以色列、肯尼亞、埃塞俄比亞、蘇丹、巴基斯坦、老撾、緬甸、馬來西亞、印度等國家的研究機構(gòu)簽署聯(lián)合研究與合作協(xié)議。建成中國-澳大利亞、中國-新西蘭等外來入侵物種聯(lián)合研究中心等平臺,以平臺為媒介,開展了人才培養(yǎng)、人才互訪、共同申報或開展項目合作等國際活動。針對6大經(jīng)濟走廊的地域特點,成功組織和牽頭召開了“‘一帶一路’植保國際聯(lián)盟及重大國際合作項目發(fā)展國際科學家峰會”,來自13個國家/國際組織共143位代表參與了交流和研討,成立了“一帶一路”植保國際聯(lián)盟,發(fā)布了《“一帶一路”植保國際聯(lián)盟長春宣言》。相關(guān)工作引起國家部委高度重視,撥付專項資金(‘948’項目)用于“一帶一路”沿線國家外來入侵生物管控研究的交流、合作與技術(shù)輸出。高水平國內(nèi)和國際學術(shù)交流與合作平臺的搭建,推動了中國入侵生物學學科發(fā)展。

2 我國外來入侵物種防控研究進展

有效阻截已入侵物種擴散危害,快速滅除新發(fā)入侵物種對于保障國家經(jīng)濟安全、生態(tài)安全和社會安全意義重大。近10年,在生物安全關(guān)鍵技術(shù)研究、重大病蟲害防控綜合技術(shù)研發(fā)與示范、主要經(jīng)濟作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)與產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效科技創(chuàng)新、生物多樣性保護等國家重點研發(fā)計劃專項,國家自然科學基金、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部入侵物種普查專項以及國際合作項目等經(jīng)費支持下,以重大農(nóng)業(yè)外來入侵物種為對象,圍繞 “治早、治小、治了、治好”和“風險防范、關(guān)口前移、源頭治理”的防控目標,針對入侵物種的種群特征與成災原因(機理)、風險研判與災變預警、靶向滅除與綠色減災等科學問題,開展基礎(chǔ)與應用基礎(chǔ)研究以及防控技術(shù)的推廣應用研究,取得了可喜的進展[3]。

2.1 解析了重大農(nóng)業(yè)入侵生物入侵機制

摸清重點管理的外來入侵物種的成災機制對于系統(tǒng)推進外來物種入侵防控工作具有重要意義。目前,圍繞重點關(guān)注的蘋果蠹蛾Cydiapomonella、番茄潛葉蛾、橘小實蠅Bactroceradorsalis等重大農(nóng)業(yè)入侵害蟲,微甘菊Mikaniamicrantha、紫莖澤蘭Ageratinaadenophora、加拿大一枝黃花Solidagocanadensis等重大農(nóng)業(yè)入侵雜草,福壽螺Pomaceacanaliculata、非洲大蝸牛Achatinafulica等農(nóng)業(yè)入侵軟體動物為對象,構(gòu)建了外來入侵物種組學數(shù)據(jù)庫(InvasionDB),為從分子角度揭示入侵機制提供了數(shù)據(jù)支撐和分析平臺[4-7]。揭示了蘋果蠹蛾[5]、番茄潛葉蛾[8]、橘小實蠅[9-12]、紅棕象甲Rhynchophorusferrugineus[13]、馬鈴薯甲蟲Leptinotarsadecemlineata[14]、紅脂大小蠹Dendroctonusvalens[15]、西花薊馬Frankliniellaoccidentalis[16]、伊氏葉螨Tetranychusevansi[17]等入侵害蟲的內(nèi)在優(yōu)勢和競爭力增強(寄主、抗藥性等環(huán)境適應性)的入侵機制;從光合能力、化感作用與根際土壤養(yǎng)分循環(huán)等多個角度揭示了紫莖澤蘭和刺萼龍葵Solanumrostratum在全球入侵過程中的內(nèi)在優(yōu)勢和化感作用機制[18];從入侵植物與土壤養(yǎng)分互作的角度揭示了微甘菊、空心蓮子草(水花生)Alternantheraphiloxeroides基于土壤微生物反饋調(diào)節(jié)的入侵植物競爭力增強(競爭排斥)的入侵機制[19-20];從環(huán)境和免疫壓力耐受能力強、腸道微生物協(xié)助解毒和消化等角度揭示了非洲大蝸牛和福壽螺的內(nèi)在優(yōu)勢以及微生物與寄主互利助長機制[6-7]。

2.1.1入侵昆蟲蘋果蠹蛾的研究

我國科學家揭示了入侵害蟲蘋果蠹蛾的化學生態(tài)適應性與抗藥性分子機制。通過解析入侵害蟲蘋果蠹蛾的基因組等多組學數(shù)據(jù)圖譜,構(gòu)建了高質(zhì)量的染色體水平的蘋果蠹蛾基因組,證實了蘋果蠹蛾中存在識別梨酯的關(guān)鍵嗅覺受體基因,梨酯能增強性信息素對蘋果蠹蛾的引誘作用,而該嗅覺受體與梨酯具有功能互補和協(xié)同增效作用,揭示了蘋果蠹蛾全球擴散過程中的寄主適應性進化機制;鑒定了保幼激素酯酶、氣味結(jié)合蛋白等多個與蘋果蠹蛾發(fā)育、繁殖、抗藥性相關(guān)基因的功能,進而研究闡明了谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶通過“封存作用”介導蘋果蠹蛾對高效氯氟氰菊酯代謝抗性的新機制[5,21]。為多年來關(guān)于谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶可能通過與擬除蟲菊酯殺蟲劑的非催化被動結(jié)合進而介導抗性形成這一推斷提供了有力的證據(jù);開展了蘋果蠹蛾全基因組水平lncRNA 圖譜研究,獲得了蘋果蠹蛾全長轉(zhuǎn)錄本圖譜,揭示了轉(zhuǎn)錄組的復雜性,為后續(xù)功能研究,以及利用lncRNA調(diào)控蘋果蠹蛾各種生理活動的研究提供了數(shù)據(jù)支撐;全面分析了全球防治蘋果蠹蛾的殺蟲劑使用情況和抗藥性現(xiàn)狀,從靶標抗性和代謝抗性兩個方面系統(tǒng)闡述了蘋果蠹蛾對殺蟲劑抗性形成的機制[21],為抗藥性蘋果蠹蛾綜合治理、創(chuàng)制新型綠色蘋果蠹蛾防控策略提供了新思路。

2.1.2入侵植物微甘菊的研究

利用組學揭示了微甘菊超強的生物學特性是其快速生長的原因。構(gòu)建了染色體水平的高質(zhì)量微甘菊參考基因組,揭示了微甘菊環(huán)境適應性進化與快速生長的分子機制。微甘菊屬C3植物,但其凈光合速率顯著高于其他C3植物,并接近于C4植物。研究表明,微甘菊在白天和夜晚利用不同的光合途徑固定CO2,從而為其快速生長提供充足的碳水化合物。微甘菊較本地伴生植物具有更高的競爭力源于其對土壤氮及其他養(yǎng)分的利用能力更強[19]。微甘菊掉落的葉片和花在土壤中會釋放大量化感物質(zhì),化感物質(zhì)可以通過富集參與氮循環(huán)途徑的微生物來增加氮的可利用性,加速根際土壤的養(yǎng)分循環(huán),為其快速生長提供充足的養(yǎng)分。該研究為生物化肥的研發(fā)提供了新的思路。微甘菊對氮吸收能力和對土壤氮的礦化能力較強,它可以通過富集根際土壤氮循環(huán)功能菌加速土壤氮循環(huán),研究證實微甘菊生長所需的有效氮主要來自氨氧化古菌介導的硝化作用而非固氮作用。此外,土壤線蟲介導微生物對入侵植物(微甘菊)和本地植物(火炭母Polygonumchinense)具有不同的微生物富集潛力[22],研究發(fā)現(xiàn)微甘菊根際富集了較多的參與養(yǎng)分獲取和抑制病菌的微生物,這在很大程度上增強了微甘菊對各種環(huán)境的適應和入侵能力。入侵物種的成功侵入可能與它們與其他生物相互作用能力,根系深度、酶活性和吸收養(yǎng)分的能力有關(guān),為微生物與微型動物的互作在植物養(yǎng)分釋放和養(yǎng)分獲取方面提供了見解。目前,防控微甘菊的手段主要有化學防控和生物防控,施用化學藥劑可能會傷害周圍其他植物,而利用田野菟絲子Cuscutachinensis寄生可導致微甘菊死亡;釋放紫紅短須螨Brevipalpusphoenicis使微甘菊的莖葉黃化至逐漸枯死[23]。

2.1.3番茄黃化曲葉病毒(TYLCV)等病原物的研究

通過對入侵病原物致病因子鑒定、寄主植物抗病因子識別分析、與媒介昆蟲互惠共生關(guān)系等的研究,揭示了雙生病毒在宿主煙粉虱體內(nèi)復制的機制[24-26]。在沒有病毒寄主植物存在的情況下,番茄黃化曲葉病毒(tomato yellow leaf curl virus,TYLCV)可以在帶毒煙粉虱Bemisiatabaci體內(nèi)至少存留2代,后代成蟲可以傳播TYLCV使健康植物發(fā)病,揭示了TYLCV跨界在昆蟲體內(nèi)復制的重要機制。揭示了雙生病毒在煙粉虱中腸細胞中的運輸機制[27],研究首次發(fā)現(xiàn)了煙粉虱腸道上皮細胞存在雙生病毒受體蛋白,在深入理解雙生病毒跨越煙粉虱中腸細胞運輸?shù)臋C制方面邁出了重要一步,為探索阻斷病毒傳播提供了新的理論依據(jù)。揭示了昆蟲與植物病毒協(xié)同擴散的分子、生理機制,發(fā)現(xiàn)了雙生病毒調(diào)控植物對媒介昆蟲和非媒介昆蟲的抗性機制;揭示了多種植物雙生病毒的復制機制。研究結(jié)果可為防控蟲媒病害提供新的靶點,也可為實現(xiàn)綠色防控雙生病毒病害提供理論依據(jù)[28-29]。此外,還識別鑒定了多個抗病毒因子及作用機制。首次建立了植物多分體負鏈RNA病毒的反向遺傳學體系,證明抗病毒RNA誘導的沉默復合體靶向番茄斑萎病毒(tomato spotted wilt virus,TSWV)mRNA而不是基因組RNA,篩選鑒定了大量抗病基因突變體,獲得了對番茄斑萎病毒田間抗性突破株系具有良好抗病作用的抗病基因新材料。明確了抗病毒因子抵御番茄斑萎病毒的侵染過程,揭示了植物免疫受體蛋白通過兩步識別機制監(jiān)測番茄斑萎病毒入侵的識別新途徑,揭示了植物免疫受體監(jiān)控病毒靶向激素受體誘導抗病的全新機制[24-25]。

2.2 潛在和新發(fā)入侵物種精準甄別和智能監(jiān)測預警技術(shù)

重點針對“一帶一路”國家和我國周邊國家與邊境地區(qū)潛在/新發(fā)和重大農(nóng)業(yè)入侵生物,研發(fā)了入侵物種不同來源數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)融合、數(shù)值增效、場景模擬技術(shù),構(gòu)建了我國入侵物種數(shù)據(jù)庫及其預判預警平臺,實現(xiàn)了信息的即時可視化顯示,為入侵物種風險預判和實時監(jiān)測提供了翔實的數(shù)據(jù)支撐,也為入侵物種預警與防控提供了指導。改進了物種分布生態(tài)位模型、集成模型和經(jīng)濟損失模型等生物和擴散地理學方法,創(chuàng)新了傳入、定殖、擴散風險定量評估模型與管理策略,實現(xiàn)了潛在和新發(fā)入侵物種全程風險驅(qū)動綜合評估預判,完成了120余種潛在和新發(fā)重大入侵物種的全程風險驅(qū)動綜合評估預判,并制定了相應的應急處置預案,為入侵物種風險等級評估和《外來入侵物種管理辦法》《國家重點管理外來入侵物種名錄》制定提供了支撐。創(chuàng)新了潛在和新發(fā)入侵物種精準甄別和智能監(jiān)測預警技術(shù)30余種/套,建立了高精度入侵植物智能識別App系統(tǒng)、微小入侵昆蟲DNA條碼快速鑒定系統(tǒng)、種特異性分子檢測技術(shù),入侵昆蟲遠程無人監(jiān)測技術(shù)、重要入侵雜草圖像識別與監(jiān)測等,實現(xiàn)了潛在和新發(fā)入侵物種精準甄別溯源和實時智能監(jiān)測,為入侵物種關(guān)口前移的監(jiān)測點布設(shè)和擴散阻截等防控管理提供了技術(shù)支撐。

2.2.1入侵物種預警與風險評估

建立了新發(fā)外來入侵物種的風險預測評估模型。利用虛擬物種構(gòu)建200余種應用場景,構(gòu)建了一套評估入侵物種潛在適生區(qū)預測模型準確率的技術(shù),通過多物種驗證并明確了針對不同入侵生物類群的模型選擇策略,建立了入侵物種跨區(qū)域擴散風險的定量評估模型,為新發(fā)外來入侵物種跨區(qū)域擴散的定殖風險預測提供了技術(shù)支撐。集合生態(tài)位理論、改進的物種分布模型、集成模型等生物地理學方法,完成了30余種潛在、新發(fā)重大入侵物種在我國的傳入、定殖、擴散和危害風險評估[30-33],提升了早期預警、阻止入侵、狙擊擴散、生態(tài)調(diào)控等主動防控應對能力,為入侵物種風險等級評估、入侵物種名錄制定提供了支撐。目前,已定量評估了20余種入侵物種的傳入風險和潛在、新發(fā)重大入侵物種在我國的定殖風險,提升了“一種一策”前瞻性風險預判預警水平。此外,構(gòu)建了定量評估重大入侵病害梨火疫病、潛在入侵昆蟲非洲黏蟲Spodopteraexempta等的經(jīng)濟損失模型,提升了潛在經(jīng)濟損失研判能力。明確了多種入侵物種和本土天敵生物的生態(tài)位格局,明確了環(huán)境因子、氣候變化對入侵物種空間分布格局的影響,構(gòu)建了物種針對性的空間生態(tài)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。創(chuàng)新了“生態(tài)調(diào)控”風險管理新思路[34]。

2.2.2入侵物種精準檢測與智能識別

針對現(xiàn)有外來入侵植物監(jiān)測效率低、物種單一的問題,利用野外入侵植物的多光譜和高清圖像,分別構(gòu)建了基于機器學習的外來入侵植物智能識別模型,建立了圖像識別的深度學習模型和深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建了入侵植物圖像快速智能識別 App平臺系統(tǒng)和入侵植物的無人機圖像監(jiān)測技術(shù),并解析了尺度、季節(jié)等變化下入侵植物表型特征對識別模型的影響,提高了智能識別模型對野外環(huán)境的適應性;基于識別結(jié)果開發(fā)了入侵植物關(guān)鍵植被參數(shù)預測模型,結(jié)合入侵植物生物學特性和環(huán)境因子,成功構(gòu)建了微甘菊、互花米草Spartinaalterniflora等100余種外來入侵植物的擴散及危害預警系統(tǒng),為外來入侵植物的科學防治提供了客觀數(shù)據(jù)[34];針對入侵物種特異性快速分子識別靶基因,建立了入侵生物的精準檢測技術(shù),發(fā)展了昆蟲DNA條形碼快速識別系統(tǒng),研制了快速分子檢測產(chǎn)品[36-37];建立了基于機器學習、信息化網(wǎng)絡(luò)的入侵害蟲美洲斑潛蠅Liriomyzasativae、草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda、地中海實蠅Ceratitiscapitata、南亞果實蠅Bactroceratau等的實時智能識別和口岸實時監(jiān)控[38];利用微衛(wèi)星標記、線粒體基因組等技術(shù)明確了新發(fā)、重大入侵物種番茄潛葉蛾、馬鈴薯甲蟲等的地理種群遺傳多樣性[39],解決了入侵物種溯源追蹤,為西北擴散前沿區(qū)入侵物種擴散分布預測及綠色精準治理技術(shù)研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

2.2.3基于大數(shù)據(jù)的入侵物種可視化監(jiān)測平臺

基于大區(qū)域跨境農(nóng)業(yè)入侵生物信息資源的多源異構(gòu)特性,通過對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)及物種信息的判定、確證和數(shù)據(jù)整合分析,得到潛在農(nóng)業(yè)入侵物種7 000余種。進一步通過數(shù)據(jù)篩選,并結(jié)合生物學、生態(tài)學、適生性等評判,獲得潛在農(nóng)業(yè)有害入侵生物 1 200 余種(包括植物390種、動物570種、病原物270種),構(gòu)建了大區(qū)域跨境農(nóng)業(yè)入侵生物信息庫[2,40]。圍繞潛在農(nóng)業(yè)入侵生物的多源異構(gòu)數(shù)據(jù),研發(fā)數(shù)據(jù)重構(gòu)分析和可視化分析技術(shù),實現(xiàn)對跨境農(nóng)業(yè)入侵生物信息數(shù)據(jù)時空分析的可視化展示。以物種的中文名或拉丁學名進行模糊查詢,實現(xiàn)潛在農(nóng)業(yè)入侵生物的累積截獲批次、來源國家、涉及口岸等可視化信息展示。基于入侵生物多組學大數(shù)據(jù),構(gòu)建了130多種入侵物種(包括植物31種、動物100種)基因組數(shù)據(jù)庫InvasionDB (http:∥www.insect-genome.com/invasiondb/)[41],開發(fā)了基因組分析軟件,根據(jù)入侵昆蟲的基因組學特性,實現(xiàn)從基因組角度預測昆蟲入侵性;挖掘了化感、解毒、發(fā)育、滯育、代謝等與入侵致害緊密相關(guān)的基因家族;鑒別出一批可用于防治和風險分析的生物學靶點和潛在靶標基因、信號化合物及信號傳導通路,為入侵生物后基因組時代的共性關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)提供了分子數(shù)據(jù)支持。

2.3 重要農(nóng)業(yè)入侵生物的持續(xù)治理與應用

以蔬菜入侵害蟲為主要對象,圍繞“重要果蔬入侵害蟲種群擴張、致害機理與綠色防控”問題開展系統(tǒng)研究,揭示了美洲斑潛蠅、番茄潛葉蛾、蘋果蠹蛾、煙粉虱等重要果蔬入侵害蟲入侵、發(fā)生與擴散的生態(tài)過程;建立了番茄潛葉蛾、蘋果蠹蛾等基于化學信息素監(jiān)測的擴散阻截技術(shù)以及應急處置技術(shù);引進和挖掘了番茄潛葉蛾、美洲斑潛蠅等的天敵資源,評價篩選出高效天敵10余種,如潛葉蛾伲姬小蜂Necremnustutae、芙新姬小蜂Neochrysocharisformosa、煙盲蝽Nesidiocoristenuis等,并建立了規(guī)模化繁育和田間釋放技術(shù)[42-43],集成了生物防治和生態(tài)調(diào)控為核心的區(qū)域持續(xù)治理技術(shù);組織開展了以生物防治和生態(tài)調(diào)控為核心的持續(xù)治理技術(shù)研究及田間應用,防治效果顯著提升。針對入侵我國的世界惡性雜草豚草Ambrosiaartemisiifolia、空心蓮子草、微甘菊等開展聯(lián)合攻關(guān),建立了天敵規(guī)?；庇夹g(shù)和繁育基地,創(chuàng)新了生物防治與替代控制關(guān)鍵技術(shù),集成了區(qū)域持續(xù)治理技術(shù)體系與應用模式,成功解決了入侵雜草同域同期發(fā)生、交錯連片成災的控制難題,成為國際入侵雜草區(qū)域治理的成功范例。

2.3.1入侵雜草綜合防控技術(shù)

豚草、紫莖澤蘭、黃頂菊Flaveriabidentis、空心蓮子草是首批列入“國家重點管理外來入侵物種名錄”的世界惡性入侵雜草,利用生物防治、植物替代控制等關(guān)鍵技術(shù),集成了分區(qū)可持續(xù)治理技術(shù)體系及應用模式并大面積推廣應用,解決了4種入侵雜草同域同期發(fā)生、交錯連片成災的控制難題,遏制了其蔓延與危害。一是建立了廣聚螢葉甲Ophraellacommuna、蓮草直胸跳甲Agasicleshygrophila等天敵昆蟲,節(jié)桿菌Arthrobactersp. 等生防菌株的規(guī)?；a(chǎn)與輕簡化應用技術(shù),明確了其具有快速控制入侵雜草蔓延危害的控害能力。建立了3種天敵昆蟲(廣聚螢葉甲、蓮草直胸跳甲和豚草卷蛾Epiblemastrenuana)“冬季保種-室內(nèi)擴繁-大棚增殖”三步簡易規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)流程,實現(xiàn)每種天敵昆蟲年生產(chǎn)達2億多頭規(guī)模;建立了節(jié)桿菌規(guī)?；l(fā)酵生產(chǎn)技術(shù),成功研制了孢子懸浮劑和粉劑中試產(chǎn)品。建立了天敵昆蟲早春種群助增與夏季大量助遷的釋放技術(shù)。通過技術(shù)應用,廣聚螢葉甲對豚草的控制效果達95%以上[44],蓮草直胸跳甲對空心蓮子草的控制效果達85%以上[45]。二是構(gòu)建了功能穩(wěn)定的替代植物群落,創(chuàng)建了入侵雜草生態(tài)屏障攔截與生態(tài)修復技術(shù)。建立了紫莖澤蘭、豚草和黃頂菊擴散廊道前沿的生態(tài)屏障植物攔截帶,有效切斷入侵雜草自然擴散路徑,攔截效果達86%以上。應用非洲狗尾草Setariasphacelata+黑麥草Loliummultiflorum混種替代草場紫莖澤蘭,生物量降低95%以上[46];應用紫花苜蓿Medicagosativa+‘冬牧70’黑麥草混播控制果園黃頂菊,使黃頂菊生物量降低97.8%[47];應用紫穗槐Amorphafruticosa與象草Pennisetumpurpureum替代修復河壩與河灘成片發(fā)生的豚草,使豚草生物量降低92.3%[48]。

2.3.2入侵昆蟲綜合防控

以入侵我國的番茄潛葉蛾、紅火蟻Solenopsisinvicta、椰心葉甲Brontispalongissima等重大入侵昆蟲為對象,開展綜合防控技術(shù)研發(fā)應用。針對危害人類健康的入侵物種紅火蟻,創(chuàng)建了高效檢疫、監(jiān)測、防治關(guān)鍵技術(shù)體系并廣泛應用。明確了中國南方紅火蟻空間格局、地理分布和傳播路線,闡明了華南地區(qū)紅火蟻局域擴散規(guī)律,篩選研制出了低毒高效毒餌、防水型毒餌,形成了防效較高的配套使用技術(shù);創(chuàng)建了適合我國廣東等9省/市區(qū)8類南方生態(tài)區(qū)不同季節(jié)的應急防控技術(shù)體系[49]。

針對棕櫚科植物的毀滅性入侵害蟲椰心葉甲,集成了椰心葉甲預測預報、生物防治和化學應急處理等關(guān)鍵防治技術(shù),引進、馴化培育、釋放應用了適宜國內(nèi)大面積應用的天敵生物椰甲截脈姬小蜂Asecodeshispinarum和椰心葉甲嚙小蜂Tetrastichusbrontispae,研制了“以葉養(yǎng)蟲、以蟲繁蜂”的標準化天敵擴繁工藝流程和貯運技術(shù),研發(fā)出天敵專用釋放器和2種寄生蜂混合釋放技術(shù),研制了高效、低毒、低殘留專用殺蟲劑,發(fā)明了簡便、減量施藥技術(shù),集成了以生物防治為主、化學防治為輔的綠色防控技術(shù)體系,取得顯著經(jīng)濟社會效益[50]。

針對大面積為害蔬菜的入侵物種斑潛蠅,首次完成了我國全域分布及為害情況調(diào)查,初步揭示了入侵種斑潛蠅物種競爭演替規(guī)律,從遺傳進化角度揭示了新發(fā)入侵斑潛蠅的遺傳背景、傳入途徑、擴散路徑等。在國內(nèi)調(diào)查了斑潛蠅天敵寄生蜂種類,并進行了天敵昆蟲控害潛力評估,篩選出具有較強寄主致死能力的寄生蜂天敵芙新姬小蜂Neochrysocharisformosa[51]、萬氏潛蠅姬小蜂Diglyphuswani[52]等。

針對新發(fā)入侵物種番茄潛葉蛾,開展了番茄潛葉蛾發(fā)生規(guī)律、不同防控技術(shù)對番茄潛葉蛾防控效果的評價研究,制定了番茄潛葉蛾的防控對策。研發(fā)了RNAi和CRISPR/Cas9技術(shù)平臺,篩選獲得一批可作為番茄潛葉蛾RNAi綠色防治的靶標基因;構(gòu)建了番茄潛葉蛾靶基因dsRNA/納米復合物的RNA干擾系統(tǒng),明確了納米顆粒包裹dsRNA的最佳融合比例和可增強dsRNA穩(wěn)定性的納米包裹技術(shù);創(chuàng)建了納米載導靶標基因dsRNA防控番茄潛葉蛾的室內(nèi)應用體系,為后續(xù)應用于溫室/田間提供了前提條件[53]。測定了新型蘇云金芽胞桿菌基因工程菌G033A(Bt G033A)對該昆蟲的室內(nèi)毒力及田間防效,篩選了19種番茄潛葉蛾田間化學防控藥劑,獲得5種化學防控藥劑用于生產(chǎn)[54]。

針對作物重大入侵害蟲稻水象甲Lissorhoptrusoryzophilus,研究提出了適宜生產(chǎn)實際、操作性強的稻水象甲持續(xù)防控和應急防控技術(shù)。一是在育秧期“隔離”,即利用無紡布覆蓋育秧田與外界隔離,阻止稻水象甲成蟲的取食活動;二是實施秧苗適時“早移栽”,即利用稻水象甲的成蟲取食趨嫩性,適當提早移栽,使水稻葉片表皮角質(zhì)層增厚程度提高,惡化稻水象甲成蟲營養(yǎng)條件;三是在育秧移栽緩苗后實施“曬田”,惡化稻水象甲幼蟲種群的生存環(huán)境,大幅度降低蟲口密度。通過上述生態(tài)調(diào)控措施有效地降低了稻水象甲的為害[55-56]。

2.4 入侵物種風險防范與控制管理

國內(nèi)學者通過梳理總結(jié)入侵物種相關(guān)理論、防控技術(shù),在整合基礎(chǔ)與應用研究的成果和經(jīng)驗基礎(chǔ)上,編著了從生物入侵理論(《入侵生物學》)到技術(shù)方法(《生物入侵:預警篇》《生物入侵:檢測與監(jiān)測篇》《生物入侵:入侵生物篇》)與管理(《生物入侵:管理篇》)的系列專著、圖鑒、科普與教材17部,建立了我國入侵生物學的學科框架與理論體系。

為了落實黨中央、國務院關(guān)于“對已經(jīng)傳入并造成嚴重危害的(外來入侵物種),要摸清底數(shù),‘一種一策’精準治理,有效滅除”的相關(guān)要求,我國學者開展了普查技術(shù)規(guī)范、實施方案、風險與防控對策研究,推動了2022年全國農(nóng)業(yè)外來入侵物種普查。積極開展入侵物種防控科普知識宣傳,相關(guān)工作多次被CCTV13、CCTV17、人民日報、人民日報海外版、人民網(wǎng)、中央廣播電視總臺、新媒體直播等主流媒體報道。此外,為支撐防控管理需求,撰寫了系列政策管理建議和咨詢報告,其中《如何實現(xiàn)農(nóng)業(yè)重大入侵生物前瞻性風險預警和實時控制》入選2020年度中國科協(xié)十大工程技術(shù)難題,為國家/行業(yè)部門管理決策提供科技支撐。

研究制定了系列外來入侵防控技術(shù)方案、技術(shù)標準、防控技術(shù)科普讀物/手冊/明白紙/視頻等,如編印出版科普著作與讀物50余部(套),包括《入侵生物學》(教材)、《生物入侵:中國外來入侵植物圖鑒》《生物入侵:中國外來入侵動物圖鑒》《入侵生物識別圖冊》《農(nóng)業(yè)外來入侵物種知識100問》等。相關(guān)部門和單位制作綜合防治視頻、短片等20余部,近10年開展微甘菊、刺萼龍葵、蘋果蠹蛾等重大入侵物種全國性集中滅除活動50余次,滅除率達到70%以上,取得顯著防控成效,具備支撐外來入侵物種防控和推動行業(yè)科技進步的良好科技創(chuàng)新能力和水平。

3 我國外來入侵物種管理與防控存在的問題

在外來物種入侵形勢日趨復雜的背景下,我國生物入侵防控科技支撐能力在諸多方面仍然存在不少薄弱環(huán)節(jié)。一是外來物種入侵防控關(guān)鍵核心科技領(lǐng)域亟須創(chuàng)新突破。要研究摸清重大危害物種發(fā)生擴散規(guī)律及微觀成災機理,不斷發(fā)展和完善農(nóng)業(yè)重大入侵物種災變的監(jiān)測預警體系,集中攻克一批快速鑒定、高效誘捕、生防天敵等實用技術(shù)和產(chǎn)品,集成生態(tài)控制、生物防治、理化誘控等綜合防控技術(shù)體系。二是科技支撐平臺建設(shè)需要加強。核心技術(shù)平臺、高等級農(nóng)業(yè)生物安全實驗室、監(jiān)測觀察基地、研究試驗示范基地建設(shè)目前仍有較大缺口。三是智庫人才建設(shè)要進一步加強。亟須優(yōu)化資源配置,激發(fā)人才隊伍活力,充分發(fā)揮專業(yè)人才在入侵物種治理體系建設(shè)和治理能力提升中的貢獻作用[1]。

4 我國外來入侵物種防控發(fā)展方向

近十年,國內(nèi)外入侵生物學科研究整體上處于相近水平。在入侵物種預警與風險評估模型構(gòu)建方面,我國雖然有所突破,但仍依賴并局限于國外先前開發(fā)的擴散模型,新模型新理論有待豐富和創(chuàng)新;在入侵物種監(jiān)測檢測、智能識別技術(shù)方面,世界各國疆域內(nèi)均存在入侵物種數(shù)量多、全域監(jiān)測技術(shù)開發(fā)難度大的問題,但整體技術(shù)上趨同化嚴重,隨著數(shù)字化、信息化技術(shù)的不斷推廣應用,未來在入侵物種監(jiān)測檢測技術(shù)靈敏度和裝備研發(fā)方面有發(fā)展空間;在入侵物種快速滅除與綜合防控技術(shù)方面,國內(nèi)外科學家均深入研究了入侵物種生態(tài)適應性進化規(guī)律、與本土物種的互作等內(nèi)容,在此基礎(chǔ)上,開發(fā)了針對性的化學滅除、生物生態(tài)治理新技術(shù)與新產(chǎn)品,但適合不同應用場景的入侵物種防控應用示范模式尚待優(yōu)化。此外,我國已經(jīng)建立了國家外來有害生物監(jiān)測預警平臺,有害生物資源利用平臺和多個國家級技術(shù)產(chǎn)品應用示范基地,有力推動了防控技術(shù)的儲備和推陳出新,但已有平臺、基地在智能聯(lián)動和大數(shù)據(jù)的采集、分析與實時可視化監(jiān)測技術(shù)水平方面還有待提升。