阻击入侵粉蚧 保障国家农业生物安全

发布:2022-05-26   浏览:919次

阻击入侵粉蚧  保障国家农业生物安全

                                           ——记2021年度广西科技进步一等奖“重大入侵粉蚧绿色防控关键技术研发与应用”

从2022年广西科学技术奖励大会上获悉,我院牵头完成的“重大入侵粉蚧绿色防控关键技术研发与应用”项目获2021年度广西科技进步一等奖。


“断蚁蚧互惠-增天敌防效”的生物防治技术

2021年4月15日《中华人民共和国生物安全法》正式实施,防范外来物种入侵与保护生物多样性是《中华人民共和国生物安全法》适用的八类活动之一。仅农林领域,外来入侵物种每年造成的直接经济损失逾2000亿元。因此,防范与控制外来入侵物种对保障国家生物安全具有重要意义。粉蚧类害虫,全球逾2000余种,其中近百种为入侵物种,常造成贸易壁垒、农作物毁灭性灾难等重大入侵事件发生,引发严重的生物安全问题。

2007年,受扶桑绵粉蚧危害,巴基斯坦旁遮普省棉花产量损失高达40%,该省两个月内杀虫剂费用超过1.2亿美元,除去开支,许多棉农入不敷出。2016年4月12日,原上海浦东出入境检验检疫局从进口菲律宾香蕉中检出新菠萝灰粉蚧,导致60余吨香蕉被销毁,原国家质检总局加强了菲律宾输华水果的检验检疫力度。2020年以来,大陆海关多次从台湾地区输大陆菠萝、番荔枝和莲雾中检出大洋臀纹粉蚧、新菠萝灰粉蚧等检疫性有害生物,因此海关总署决定自2021年3月1日和9月20日起暂停台湾地区菠萝、番石榴和莲雾输入大陆。

随着经济全球化、国际旅游业、现代交通的飞速发展,农产品、园艺园林苗木贸易的快速增长以及大型园艺园林博览会等频繁举办,粉蚧类害虫入侵的概率和风险越来越高,海关截获粉蚧的种类、数量及频次逐年增加,国内扶桑绵粉蚧、新菠萝灰粉蚧、木瓜秀粉蚧、石蒜绵粉蚧、南洋臀纹粉蚧等新发入侵粉蚧不断增多。1998年新菠萝灰粉蚧入侵我国大陆,先后在海南、广东、广西、云南等省区暴发危害剑麻,年发生危害面积10余万亩。2008年扶桑绵粉蚧在广州首次被发现,目前已分布至19个省、市、区,在广西14个地级市的入侵定殖率约93%,严重危害果蔬生产。粉蚧类害虫因适应环境能力强,极易在短期内暴发成灾,对我国生物安全及进出口贸易构成巨大威胁,科学防控入侵粉蚧刻不容缓。

不畏艰辛  迎难而上

入侵粉蚧是蔬菜、果树、花卉、园林观赏植物等多种农林经济作物的重要害虫,常聚集于农作物、果蔬及花卉的幼嫩组织集中为害,导致受害的寄主植物生长受阻,还可分泌蜜露诱发煤污病,严重削弱作物、果蔬等长势,受害植株逐渐凋亡、枯死,常造成30-40%的产量损失,严重时可造成马铃薯、棉花、茄子、番茄等绝收或失去经济价值,给种植户造成巨大的经济损失。鉴于入侵粉蚧的巨大危害性,扶桑绵粉蚧、新菠萝灰粉蚧等一直为我国52种农林重大检疫对象。


周忠实调查入侵粉蚧对剑麻的为害情况

粉蚧体型小、隐蔽性和繁殖力强,常聚集心叶和植物幼嫩组织为害,呈点到面的突发性暴发,防不胜防,所以它们被比喻成“隐形刺客”。粉蚧身披具有防护作用的蜡粉,药剂难以渗入体壁,导致多种药剂对其防控效果差。因此入侵粉蚧的防控一直是个难题,与其他入侵物种相比,从事入侵粉蚧防控研究的科技人员相对较少。但周忠实及其研究团队以国家需求为己任,不畏艰辛和挑战,从2010年起,即选择入侵粉蚧为主要研究对象,不断开展入侵粉蚧灾变机制与关键防控技术研究,力求破解入侵粉蚧防控难的科技问题。

精诚合作  揭示入侵粉蚧的灾变机制

揭示“隐形刺客”的灾变机制,为扶桑绵粉蚧、新菠萝灰粉蚧、石蒜绵粉蚧等重大入侵粉蚧的有效防控提供科学依据,全国入侵粉蚧协作攻关团队的科技人员联袂作战、孜孜以求。

阐明了入侵粉蚧种群灾变的生态学过程。经过研究,团队成员明确了入侵粉蚧的生殖潜能及其生殖策略。3种入侵粉蚧具有世代历期短、世代重叠及繁殖力强的种群快速增殖特征,扶桑绵粉蚧世代历期为15-30天,雌虫平均产卵量458粒/头;石蒜绵粉蚧世代历期17-35天,雌虫平均产卵量244粒/头;新菠萝灰粉蚧世代历期27-34天,雌虫平均产卵量418粒/头。同时,团队揭示了入侵粉蚧温湿度适宜范围广、环境适应性强的种群暴发机制。扶桑绵粉蚧雌、雄初孵若虫发育起点温度分别为9.0℃和8.1℃,有效积温为322.6日度和344.8日度,发育适宜温度范围为22.5-32.5℃;雌虫在27.5℃和45%相对湿度下繁殖力最强。新菠萝灰粉蚧雌、雄虫的发育起点温度分别为8.7℃和10.3℃,有效积温为370.4日度和312.5日度,发育适宜温区为23-32℃,以29℃最适宜种群发展。石蒜绵粉蚧若虫期、产仔前期及整个世代的发育起点温度分别为9.7、13.1及11.6℃,有效积温分别为453.8、222.6及619.3日度;在17-35℃范围内,发育历期随温度升高而缩短,发育适宜温度为26-32℃。团队阐明了入侵粉蚧取食/红火蚁摄食抑制寄主植物防御反应的种群灾变机制。入侵粉蚧取食抑制了寄主植物相关防御基因的表达,导致防御物质棉酚累积量降低10%,粉蚧个体发育加快了2.5天、雌成虫个体体重增加24%;取食还导致寄主植物叶片相对叶绿素含量下降26.4%、光合利用率下降37%、最大相对电子传递效率下降28.3%,研究结果从寄主植物生理代谢层面解析了粉蚧的致害能力和种群增殖潜力。研究发现茉莉酸信号通路在介导防御系统抵御红火蚁的过程中起着关键作用,红火蚁的摄食寄主植物抑制了茉莉酸调节棉酚产生。

揭示了入侵粉蚧种群克服瓶颈效应的气候适应性遗传进化机制。经单核苷酸多态性(SNP)分析,发现扶桑绵粉蚧种群遗传多样性较低,新疆种群与其他种群之间极度分化,成对FST值在0.097-0.640之间,利用近贝叶斯假设检验分析发现我国种群为单一入侵来源,表明该虫入侵后发生了快速遗传分化;对遗传变异和环境变量进行冗余分析,发现气候因子的对遗传变异的解释度(43%)高于遗传结构(15%),与最暖季节平均温度相关的变异位点最多,并鉴定发现了一批与发育和能量代谢相关的基因,表明该粉蚧可通过适应性快速遗传进化以适应新传入地的气候环境。

揭示了入侵粉蚧-蚂蚁互惠偏利的种群扩张机制。团队成员长期研究发现,粉蚧与蚂蚁种群之间存在互惠关系,入侵粉蚧取食寄主植物所分泌的蜜露可显著延长蚂蚁工蚁的寿命,蚂蚁照料的粉蚧种群发展明显快于无蚂蚁照料的粉蚧种群。经粉蚧-蚂蚁-寄生性/捕食性天敌三级营养关系研究,发现蚂蚁对寄生蜂和瓢虫具有强烈的攻击行为,蚂蚁的存在可保护粉蚧免遭寄生性和捕食性天敌的攻击,促进了入侵粉蚧种群的发展。研究还发现红火蚁的存在降低了寄主植物上与入侵粉蚧存在营养竞争的其他植食性昆虫(如美洲棘蓟马)的种群数量,抑制了美洲棘蓟马种群竞争力,帮助入侵粉蚧获取更多的寄主营养资源,促进其种群快速繁衍。

随着研究的不断深入,入侵粉蚧的灾变机制逐渐清晰,为此类入侵害虫的科学防控奠定了坚实基础。

以“虫”治“虫”  生物防治显神威

在摸清入侵粉蚧灾变机制的基础上,团队成员再接再厉对重大入侵粉蚧的防控关键技术进行长期联合攻关,创新集成了重大入侵粉蚧绿色防控技术体系,并进行示范推广应用。

周忠实带领团队成员明确了入侵粉蚧的天敌资源、优势天敌繁育条件及其控害潜能,研发了班氏跳小蜂人工规模化繁育技术,创新了替代寄主繁育孟氏隐唇瓢虫的规模化生产技术。对13种天敌的控害潜能进行评价,筛选出班氏跳小蜂和孟氏隐唇瓢虫2种优势天敌。发明了利用养虫盒多层立体式饲养班氏跳小蜂的生产模式,使空间利用率提高了4-5倍,实现了每25平方米的养虫室年饲养2500多万头寄生蜂的生产规模。在广西和浙江建立2个天敌生产基地,年产2亿头寄生蜂,可供25万亩的防治需求。创建了利用双条拂粉蚧为替代寄主的孟氏隐唇瓢虫人工规模化饲养工艺流程,发明了多夹层阻隔式饲养装置,实现了每20平方米的养虫室年饲养50多万头瓢虫的生产规模。年产200万头瓢虫,可供4000亩的防治需求。


室内规模化繁育入侵粉蚧寄生性天敌

创建了“断蚁蚧互惠-增天敌防效”的生物防治技术和“强天敌控害力与弱粉蚧增殖”的生态调控技术。在蚂蚁照料保护下,瓢虫幼虫存活率降低了48.3%-97.8%,寄生蜂的寄生率降低了28.6%-36.1%。在寄主植株基部涂抹凡士林或滑石粉等物阻断蚂蚁-粉蚧互惠关系,寄生蜂对粉蚧寄生率可高达85-90%;有蚂蚁和无蚂蚁存在两种处理下,瓢虫对入侵粉蚧捕食效率差异显著,蚂蚁保护使瓢虫的防效降低了30.7%。研究结果证实了蚂蚁对入侵粉蚧起到了保护作用,降低了天敌的防治效果。因此,释放天敌前,先在寄主植株基部涂抹凡士林、油脂、滑石粉等阻碍物,并结合诱杀,阻断蚂蚁与粉蚧形成互惠关系后再释放天敌,可有效地提高天敌的控制效果。在红火蚁和粉蚧同时发生区,采取蚁巢四周撒施杀蚁饵剂杀灭红火蚁,削弱蚁蚧互惠偏利效应,再释放天敌,可使天敌的防治效果显著提高。

创建了“增天敌数量与弱粉蚧增殖”的生态调控技术。农田周围或果园内保留杂草及种植蜜源植物可使天敌种群数量增加2.2倍。因此,在剑麻地、果园、蔬菜地等周边种植蜜源植物,并适当保留杂草,改善农田和果园生态环境,有效保护和利用自然界原有天敌,充分发挥天敌昆虫的控害能力。此外,调查发现消灭红火蚁后,田间捕食性瓢虫密度增高了2.4倍。从种间竞争的生态学原理出发,在红火蚁和粉蚧混合发生区,通过蚁巢四周撒施杀蚁饵剂消灭红火蚁,削弱粉蚧种群增殖的互惠偏利效应,增强捕食性瓢虫等天敌因子的控制作用,以达到控制粉蚧的目的。

集成创新了以“生物防治”为核心的入侵粉蚧绿色防控技术体系,并深入田间推广应用。随着研究的进一步深入和细化,团队成员提出了“分类施策”的防控策略,创建了设施蔬菜释放寄生蜂+生态调控、露地蔬菜释放寄生蜂+化防应急、绿化带释放天敌+诱杀蚂蚁+合理用药、果园阻断蚁蚧互惠+释放寄生蜂/瓢虫+生态调控、剑麻/菠萝地释放瓢虫+生态调控+适时化防等入侵粉蚧绿色技术体系5套,满足了不同生境的入侵粉蚧防控需求。近三年在南方9省(区)累计应用512万亩次,新增利润11.5亿元,总增收节支13.3亿元,经济、生态和社会效益显著。

植保所  陈红松供稿/供图  周忠实审核

责任编辑:薛臣艺