来源:Frontiers of Agricultural Science & Engineering 发布时间:2022/3/14 10:27:59
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FASE | 前沿专刊:有害生物绿色防控

论文标题:前沿专刊:有害生物绿色防控

期刊:Frontiers of Agricultural Science & Engineering

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有害生物绿色防控

Sustainable and Environment-Friendly Agricultural Pest Management

Volume 9 • Number 1 • March 2022

近日,《农业科学与工程前沿》(英文简称FASE)出版了2022年第1期题为“有害生物绿色防控”的专辑。本期专辑特邀中国工程院院士、中国农业科学院院长吴孔明研究员,中国农业科学院深圳农业基因组研究所王桂荣研究员,南京农业大学校长助理、植物保护学院王源超教授,华中师范大学农药与化学生物学教育部重点实验室杨光富教授为组稿人,邀请了植物保护领域知名专家分享他们在有害生物预警监测、田间管理、生物防治、生物农药和基因工程等方面的最新研究成果和观点,本期内容反映了植保领域研究人员和生产人员共同关注的话题,其中创新的观点和方法以及对有害生物绿色防控的新认识,有助于支撑农业绿色可持续发展。

• 专 辑 概 述 •

中国是世界上最大的农业生产国。近年来,在全球气候变化、生物入侵和农业生物多样性降低的背景下,如何减少有害生物造成的农作物产量损失是中国面临的重要问题和重大挑战。Wang等人总结了气候变化对中国两种主要作物小麦和水稻的影响(https://doi.org/10.15302/J-FASE-2021432)。他们回顾了气候变化对农作物及其虫害和病害的影响,一般来说气温升高会增加有害生物的危害,作物产量降低。入侵生物对中国农业可持续发展构成了严重威胁,因此研发监测和控制入侵性有害生物(如草地贪夜蛾)的技术和方法迫在眉睫。过度使用剧毒农药对生态环境和生物多样性造成了相当大的破坏,这也是造成病虫害高发和多发的众多因素之一。此外,了解作物虫害和植物病害之间的互作关系是农业面临的另一个关键挑战,约80%的植物病毒可通过蚜虫、烟粉虱等农业害虫进行传播。为有效解决作物病虫爆发为害、保护生态环境和粮食安全等问题,研发和使用病虫害绿色防控的方法成为农业可持续发展的关键。本期《农业科学与工程前沿》特刊概述了潜在的可持续和环境友好的作物保护方案。

为了防止作物害虫的爆发,先进的监测技术和早期预警系统是作物保护的第一步。利用科学手段监测和早期预警可以为合理的虫害管理提供科学的决策,因此实时监测和早期预警是实现农业可持续发展植物保护战略的重要基础。Wu等人通过研究中国现有的虫害监测预警系统及其应用历史、中国植物保护相关的法律法规,总结了中国虫害监测预警的基本信息。以中国模式为例,阐述如何通过开展国际合作,促进害虫尤其是草地贪夜蛾和蝗虫等跨境害虫在不同国家进行的区域协同管理(https://doi.org/10.15302/J-FASE-2021411)。该文章概述了中国在长期防治重大害虫方面的努力,向世界介绍了中国在作物虫害监测和预警技术方面的经验。

田间管理是传统的绿色有害生物防控技术,如免耕种植、轮作、间作和覆盖栽培等。Shi等人研究发现暴晒土壤可以完全杀灭韭菜迟眼蕈蚊(Bradysia cellarum)幼虫,是一种非常有前景的绿色害虫防治策略(https://doi.org/10.15302/J-FASE-2021402)。不同作物的轮作、间作和覆盖栽培也有助于减少作物病虫害的爆发。Wang等人总结了植物与天敌昆虫之间的互作关系,探讨了在农田中通过种植花卉等植物来吸引天敌的景观管理方法(https://doi.org/10.15302/J-FASE-2021427)。然而,当有害生物在农田中已经建立了大量种群甚至爆发成灾时,这些方法就存在一定的局限性。

农药的利用是最普遍的有害生物防控方法,生物农药(包括生物化学农药、微生物农药和转基因植物农药)因其对非靶标生物毒性低、对有害生物的防控效果好,被认为是有应用前景的理想型农药。生物化学农药是来源于动物、植物和微生物的天然存在的物质,微生物农药是一类高效、高特异性绿色生物农药,主要活性成分是细菌、真菌、病毒或原生动物。其中,最著名苏云金芽孢杆菌等微生物农药已在全世界广泛商业化应用。转基因植物农药是指通过遗传修饰使植物组织表达具有抗虫或抗微生物活性的化学物质、蛋白质或dsRNA等。Qu等人系统介绍了生物杀虫剂在害虫防治中的应用,讨论了目前生物杀虫剂在应用过程中存在的制约因素以及未来的研究方向(https://doi.org/10.15302/J-FASE-2021404)。Xu等人优化了抗植物病毒候选农药NK0238的合成工艺,并对该产品的抗病毒活性和环境安全性进行了评价(https://doi.org/10.15302/J-FASE-2021390)。Zhu等人发现了一个对革兰氏阳性菌具有生物活性的天然环脂肽新家族,通过对WAP生物合成基因簇中的附属基因进行遗传操作,在溶杆菌中产生了新的WAP-8294As,证明了扩大生防化合物谱的可行性(https://doi.org/10.15302/J-FASE-2021410)。此外,结构生物学中对作用靶点的研究为推测分子功能提供了重要的依据,利用基于结构的药物设计策略,Zheng等人制备了一组新型三酮-喹喔啉化合物,这些化合物可用于设计以羟苯丙酮酸双加氧酶为靶点的新型除草剂(https://doi.org/10.15302/J-FASE-2021401)。

随着生物技术在农业领域的发展,诸如基因编辑等提高植物抗病虫能力的植物保护新方法越来越丰富。人们可以直接以昆虫、病原微生物生长和发育所必需的基因为靶标来控制有害生物,例如昆虫不育和RNA抗病虫技术。此外,一些基因家族虽然不会直接影响有害生物的生长和发育,但是它们可以通过影响植物代谢、阻断病原物传播途径等方式间接地参与作物抗病虫的过程,这些基因家族也是很好的有害生物防控靶标。因此,理解“植物-昆虫-微生物”之间互作关系,发现其中相关的重要基因,应该是当前和未来的研究重点。Huang等人对近几年植物病毒与昆虫互作的研究进行了综述,探讨了利用RNAi技术、基因编辑技术和基因驱动技术来预防昆虫传播植物病毒的新策略(http://doi.org/10.15302/J-FASE-2021389)。

我们希望本期文章中的观点和研究方法可以帮助读者更加深入地了解有害生物绿色防控技术,开辟环境友好型可持续发展农业的新时代。

• 组 稿 专 家 •

吴孔明

博士,中国工程院院士,中国农业科学院植物保护研究所研究员。现任中国农业科学院院长(副部长级)。1994年毕业于中国农业科学院研究生院,获农业昆虫与害虫防治专业博士学位。主要研究方向为农业害虫监测预警与防治技术,包括迁飞生物学、棉花害虫综合防治策略、Bt转基因棉花对农业生态系统害虫演化的影响,以及棉铃虫对Bt棉花的抗性管理策略。这些策略以可持续发展农业为理念,综合利用了农业生态学原理,广泛应用于中国农业害虫的防控,对减少我国棉田杀虫剂的使用、提高棉花经济产量具有重要的作用。在《科学》、《自然》、《自然生物技术》、《美国科学院院刊》、《昆虫学年鉴》等学术刊物上发表学术论文200余篇。

王桂荣

博士,中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员。2002年毕业于中国农业科学院研究生院,获农业昆虫与害虫防治专业博士学位,毕业后加入中国农业科学院植物保护研究所,先后担任助理研究员、副研究员,2010年晋升为研究员。2005–2010年在美国范德比尔特大学做博士后,从事昆虫嗅觉识别机制的研究。回国后一直从事昆虫化学生态学、昆虫功能基因组学以及农业害虫嗅觉编码机制的研究,提出了以嗅觉受体为靶标高通量筛选昆虫行为调控剂的新策略,研发了绿色环保的害虫防控新技术和新产品。

王源超

博士,南京农业大学植物病理学系教授。1996年毕业于南京农业大学,获植物病理学博士学位。1996–1999年在浙江大学生物技术研究所从事博士后研究,1999年加入南京农业大学,2005年晋升为教授。王源超实验室主要研究大豆根腐病的发生机制与防控新策略。他通过阐明大豆疫霉菌效应子的功能,揭示了病原物通过效应子直接干扰植物免疫,促进病害的发展的分子机理;通过鉴定植物对疫霉菌非寄主抗性基因,为改良作物的广谱抗病性奠定了基础。目前,他的团队聚焦于大豆与多种病原菌互作的分子机理,研发了多项病害综合防控技术。

杨光富

博士,华中师范大学教授。1997年获南开大学农药学博士学位。1997年加入华中师范大学,先后任讲师、副教授、教授。曾任华中师范大学化学学院院长(2001–2014年)、校长助理(2014–2017年)。现为农药与化学生物学教育部重点实验室主任(2003年至今)和智能生物传感器技术与健康国际联合研究中心主任(2018年至今)。他从事绿色农药创制及化学生物学研究近30年,发明了六种绿色农药,包括全球第一个高粱田选择性除草剂喹草酮。

FASE诚挚感谢专辑组稿人,所有作者和审稿人对本专辑的鼎力支持和着重贡献!

《前沿》系列英文学术期刊

由教育部主管、高等教育出版社主办的《前沿》(Frontiers)系列英文学术期刊,于2006年正式创刊,以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题,是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群,其中13种被SCI收录,其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录,具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式,保证文章以最快速度发表。

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