阻擊入侵粉蚧 保障國家農業生物安全
——記2021年度廣西科技進步一等獎“重大入侵粉蚧綠色防控關鍵技術研發與應用”
從2022年廣西科學技術獎勵大會上獲悉，我院牽頭完成的“重大入侵粉蚧綠色防控關鍵技術研發與應用”項目獲2021年度廣西科技進步一等獎。
“斷蟻蚧互惠-增天敵防效”的生物防治技術
2021年4月15日《中華人民共和國生物安全法》正式實施，防范外來物種入侵與保護生物多樣性是《中華人民共和國生物安全法》適用的八類活動之一。僅農林領域，外來入侵物種每年造成的直接經濟損失逾2000億元。因此，防范與控制外來入侵物種對保障國家生物安全具有重要意義。粉蚧類害蟲，全球逾2000余種，其中近百種為入侵物種，常造成貿易壁壘、農作物毀滅性災難等重大入侵事件發生，引發嚴重的生物安全問題。
2007年，受扶桑綿粉蚧危害，巴基斯坦旁遮普省棉花產量損失高達40%，該省兩個月內殺蟲劑費用超過1.2億美元，除去開支，許多棉農入不敷出。2016年4月12日，原上海浦東出入境檢驗檢疫局從進口菲律賓香蕉中檢出新菠蘿灰粉蚧，導致60余噸香蕉被銷毀，原國家質檢總局加強了菲律賓輸華水果的檢驗檢疫力度。2020年以來，大陸海關多次從臺灣地區輸大陸菠蘿、番荔枝和蓮霧中檢出大洋臀紋粉蚧、新菠蘿灰粉蚧等檢疫性有害生物，因此海關總署決定自2021年3月1日和9月20日起暫停臺灣地區菠蘿、番石榴和蓮霧輸入大陸。
隨著經濟全球化、國際旅游業、現代交通的飛速發展，農產品、園藝園林苗木貿易的快速增長以及大型園藝園林博覽會等頻繁舉辦，粉蚧類害蟲入侵的概率和風險越來越高，海關截獲粉蚧的種類、數量及頻次逐年增加，國內扶桑綿粉蚧、新菠蘿灰粉蚧、木瓜秀粉蚧、石蒜綿粉蚧、南洋臀紋粉蚧等新發入侵粉蚧不斷增多。1998年新菠蘿灰粉蚧入侵我國大陸，先后在海南、廣東、廣西、云南等省區暴發危害劍麻，年發生危害面積10余萬畝。2008年扶桑綿粉蚧在廣州首次被發現，目前已分布至19個省、市、區，在廣西14個地級市的入侵定殖率約93%，嚴重危害果蔬生產。粉蚧類害蟲因適應環境能力強，極易在短期內暴發成災，對我國生物安全及進出口貿易構成巨大威脅，科學防控入侵粉蚧刻不容緩。
不畏艱辛 迎難而上
入侵粉蚧是蔬菜、果樹、花卉、園林觀賞植物等多種農林經濟作物的重要害蟲，常聚集于農作物、果蔬及花卉的幼嫩組織集中為害，導致受害的寄主植物生長受阻，還可分泌蜜露誘發煤污病，嚴重削弱作物、果蔬等長勢，受害植株逐漸凋亡、枯死，常造成30-40%的產量損失，嚴重時可造成馬鈴薯、棉花、茄子、番茄等絕收或失去經濟價值，給種植戶造成巨大的經濟損失。鑒于入侵粉蚧的巨大危害性，扶桑綿粉蚧、新菠蘿灰粉蚧等一直為我國52種農林重大檢疫對象。
周忠實調查入侵粉蚧對劍麻的為害情況
粉蚧體型小、隱蔽性和繁殖力強，常聚集心葉和植物幼嫩組織為害，呈點到面的突發性暴發，防不勝防，所以它們被比喻成“隱形刺客”。粉蚧身披具有防護作用的蠟粉，藥劑難以滲入體壁，導致多種藥劑對其防控效果差。因此入侵粉蚧的防控一直是個難題，與其他入侵物種相比，從事入侵粉蚧防控研究的科技人員相對較少。但周忠實及其研究團隊以國家需求為己任，不畏艱辛和挑戰，從2010年起，即選擇入侵粉蚧為主要研究對象，不斷開展入侵粉蚧災變機制與關鍵防控技術研究，力求破解入侵粉蚧防控難的科技問題。
精誠合作 揭示入侵粉蚧的災變機制
揭示“隱形刺客”的災變機制，為扶桑綿粉蚧、新菠蘿灰粉蚧、石蒜綿粉蚧等重大入侵粉蚧的有效防控提供科學依據，全國入侵粉蚧協作攻關團隊的科技人員聯袂作戰、孜孜以求。
闡明了入侵粉蚧種群災變的生態學過程。經過研究，團隊成員明確了入侵粉蚧的生殖潛能及其生殖策略。3種入侵粉蚧具有世代歷期短、世代重疊及繁殖力強的種群快速增殖特征，扶桑綿粉蚧世代歷期為15-30天，雌蟲平均產卵量458粒/頭；石蒜綿粉蚧世代歷期17-35天，雌蟲平均產卵量244粒/頭；新菠蘿灰粉蚧世代歷期27-34天，雌蟲平均產卵量418粒/頭。同時，團隊揭示了入侵粉蚧溫濕度適宜范圍廣、環境適應性強的種群暴發機制。扶桑綿粉蚧雌、雄初孵若蟲發育起點溫度分別為9.0℃和8.1℃，有效積溫為322.6日度和344.8日度，發育適宜溫度范圍為22.5-32.5℃；雌蟲在27.5℃和45%相對濕度下繁殖力最強。新菠蘿灰粉蚧雌、雄蟲的發育起點溫度分別為8.7℃和10.3℃，有效積溫為370.4日度和312.5日度，發育適宜溫區為23-32℃，以29℃最適宜種群發展。石蒜綿粉蚧若蟲期、產仔前期及整個世代的發育起點溫度分別為9.7、13.1及11.6℃，有效積溫分別為453.8、222.6及619.3日度；在17-35℃范圍內，發育歷期隨溫度升高而縮短，發育適宜溫度為26-32℃。團隊闡明了入侵粉蚧取食/紅火蟻攝食抑制寄主植物防御反應的種群災變機制。入侵粉蚧取食抑制了寄主植物相關防御基因的表達，導致防御物質棉酚累積量降低10%，粉蚧個體發育加快了2.5天、雌成蟲個體體重增加24％；取食還導致寄主植物葉片相對葉綠素含量下降26.4％、光合利用率下降37％、最大相對電子傳遞效率下降28.3％，研究結果從寄主植物生理代謝層面解析了粉蚧的致害能力和種群增殖潛力。研究發現茉莉酸信號通路在介導防御系統抵御紅火蟻的過程中起著關鍵作用，紅火蟻的攝食寄主植物抑制了茉莉酸調節棉酚產生。
揭示了入侵粉蚧種群克服瓶頸效應的氣候適應性遺傳進化機制。經單核苷酸多態性(SNP)分析，發現扶桑綿粉蚧種群遺傳多樣性較低，新疆種群與其他種群之間極度分化，成對FST值在0.097-0.640之間，利用近貝葉斯假設檢驗分析發現我國種群為單一入侵來源，表明該蟲入侵后發生了快速遺傳分化；對遺傳變異和環境變量進行冗余分析，發現氣候因子的對遺傳變異的解釋度(43%)高于遺傳結構(15%)，與最暖季節平均溫度相關的變異位點最多，并鑒定發現了一批與發育和能量代謝相關的基因，表明該粉蚧可通過適應性快速遺傳進化以適應新傳入地的氣候環境。
揭示了入侵粉蚧-螞蟻互惠偏利的種群擴張機制。團隊成員長期研究發現，粉蚧與螞蟻種群之間存在互惠關系，入侵粉蚧取食寄主植物所分泌的蜜露可顯著延長螞蟻工蟻的壽命，螞蟻照料的粉蚧種群發展明顯快于無螞蟻照料的粉蚧種群。經粉蚧-螞蟻-寄生性/捕食性天敵三級營養關系研究，發現螞蟻對寄生蜂和瓢蟲具有強烈的攻擊行為，螞蟻的存在可保護粉蚧免遭寄生性和捕食性天敵的攻擊，促進了入侵粉蚧種群的發展。研究還發現紅火蟻的存在降低了寄主植物上與入侵粉蚧存在營養競爭的其他植食性昆蟲（如美洲棘薊馬）的種群數量，抑制了美洲棘薊馬種群競爭力，幫助入侵粉蚧獲取更多的寄主營養資源，促進其種群快速繁衍。
隨著研究的不斷深入，入侵粉蚧的災變機制逐漸清晰，為此類入侵害蟲的科學防控奠定了堅實基礎。
以“蟲”治“蟲” 生物防治顯神威
在摸清入侵粉蚧災變機制的基礎上，團隊成員再接再厲對重大入侵粉蚧的防控關鍵技術進行長期聯合攻關，創新集成了重大入侵粉蚧綠色防控技術體系，并進行示范推廣應用。
周忠實帶領團隊成員明確了入侵粉蚧的天敵資源、優勢天敵繁育條件及其控害潛能，研發了班氏跳小蜂人工規?；庇夹g，創新了替代寄主繁育孟氏隱唇瓢蟲的規?；a技術。對13種天敵的控害潛能進行評價，篩選出班氏跳小蜂和孟氏隱唇瓢蟲2種優勢天敵。發明了利用養蟲盒多層立體式飼養班氏跳小蜂的生產模式，使空間利用率提高了4-5倍，實現了每25平方米的養蟲室年飼養2500多萬頭寄生蜂的生產規模。在廣西和浙江建立2個天敵生產基地，年產2億頭寄生蜂，可供25萬畝的防治需求。創建了利用雙條拂粉蚧為替代寄主的孟氏隱唇瓢蟲人工規?；曫B工藝流程，發明了多夾層阻隔式飼養裝置，實現了每20平方米的養蟲室年飼養50多萬頭瓢蟲的生產規模。年產200萬頭瓢蟲，可供4000畝的防治需求。
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創建了“斷蟻蚧互惠-增天敵防效”的生物防治技術和“強天敵控害力與弱粉蚧增殖”的生態調控技術。在螞蟻照料保護下，瓢蟲幼蟲存活率降低了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斷螞蟻-粉蚧互惠關系，寄生蜂對粉蚧寄生率可高達85-90%；有螞蟻和無螞蟻存在兩種處理下，瓢蟲對入侵粉蚧捕食效率差異顯著，螞蟻保護使瓢蟲的防效降低了30.7%。研究結果證實了螞蟻對入侵粉蚧起到了保護作用，降低了天敵的防治效果。因此，釋放天敵前，先在寄主植株基部涂抹凡士林、油脂、滑石粉等阻礙物，并結合誘殺，阻斷螞蟻與粉蚧形成互惠關系后再釋放天敵，可有效地提高天敵的控制效果。在紅火蟻和粉蚧同時發生區，采取蟻巢四周撒施殺蟻餌劑殺滅紅火蟻，削弱蟻蚧互惠偏利效應，再釋放天敵，可使天敵的防治效果顯著提高。
創建了“增天敵數量與弱粉蚧增殖”的生態調控技術。農田周圍或果園內保留雜草及種植蜜源植物可使天敵種群數量增加2.2倍。因此，在劍麻地、果園、蔬菜地等周邊種植蜜源植物，并適當保留雜草，改善農田和果園生態環境，有效保護和利用自然界原有天敵，充分發揮天敵昆蟲的控害能力。此外，調查發現消滅紅火蟻后，田間捕食性瓢蟲密度增高了2.4倍。從種間競爭的生態學原理出發，在紅火蟻和粉蚧混合發生區，通過蟻巢四周撒施殺蟻餌劑消滅紅火蟻，削弱粉蚧種群增殖的互惠偏利效應，增強捕食性瓢蟲等天敵因子的控制作用，以達到控制粉蚧的目的。
集成創新了以“生物防治”為核心的入侵粉蚧綠色防控技術體系，并深入田間推廣應用。隨著研究的進一步深入和細化，團隊成員提出了“分類施策”的防控策略，創建了設施蔬菜釋放寄生蜂+生態調控、露地蔬菜釋放寄生蜂+化防應急、綠化帶釋放天敵+誘殺螞蟻+合理用藥、果園阻斷蟻蚧互惠+釋放寄生蜂/瓢蟲+生態調控、劍麻/菠蘿地釋放瓢蟲+生態調控+適時化防等入侵粉蚧綠色技術體系5套，滿足了不同生境的入侵粉蚧防控需求。近三年在南方9省(區)累計應用512萬畝次，新增利潤11.5億元，總增收節支13.3億元，經濟、生態和社會效益顯著。
植保所 陳紅松供稿/供圖 周忠實審核
責任編輯：薛臣藝
