我国杂草生物防治的研究进展

2013-02-15叶光禄

台湾农业探索 2013年1期

叶光禄

（福州市晋安河公园管理处，福建福州 350011）

在杂草的防治方法中，化学防治虽然具有使用方便、见效快等优点，但仍没有完全解决杂草的危害。随着人们对绿色食品和生态环境保护的意识不断增强，化学防治的弊端也逐渐显现出来。为此，人们关注的焦点已从对杂草的化学防治转向杂草的生物防治，生物除草剂的开发与利用已成为国内众多学者的研究重点。

生物防治即，“寄生性、捕食性天敌或病原菌使另一种生物的种群密度保持在比缺乏天敌时的平均密度更低的水平上的应用”，具有自然控制、自然平衡及自然调节3个基本特征，即充分利用不同物种的自然对抗作用，通过天敌对有害生物的种群密度的有效控制达到一种自然的平衡，天敌对有害生物的控制作用是可持续的［1］。

1 杂草生物防治的定义与方法

1.1 杂草生物防治的定义

一般认为，杂草生物防治就是利用寄主范围较为专一的植食性动物或病原微生物（直接取食、形成虫瘿、穴居植物组织或造成植物病害），将影响人类活动的杂草控制在经济、生态或环境美化上可以容许的水平以下。但随着生物防治技术的迅速防治，近年也把植物分泌的化感物质纳入杂草生防的范畴［2］。

1.2 杂草生防的方法

1.2.1 传统方法传统生物防治方法主要用于防治外来入侵杂草，且一般针对草地、牧场和水生杂草。有学者通过对该方法的系统研究，总结了针对杂草进行生物防治的4个基本步骤：首先要通过调查确定目标杂草，其次通过研究与筛选寻找该目标杂草的生物防治因子，而后对该生防因子进行专一性测定，最后才进入对该因子的饲养、释放以及监测、评价工作［3］。

1.2.2 非传统方法非传统方法主要是针对本地种杂草，该方法主要包括3个方面：一是通过引进外来天敌对目标进行控制（即补充引进法）。虽然该方法是杂草生物防治的新方法，但存在操作风险大等缺陷。二是释放本地种天敌（即助增式释放）。该方法就前一种方法具有不会引起不同群体的冲突的优点，但存在天敌数量不足，不宜大面积应用的缺点。三是离病原微生物通过人工分的方式进行工厂化生产，尔后进行淹没式喷洒以迅速侵染目标杂草（即以菌治草）。非传统方法是目前该领域研究最活跃的部分。有学者提出了非传统杂草生防所需具备的四个条件，即靶专一、可以稳定和长期培养、遗传稳定以及在野外环境具有明显杀灭一定数量杂草的能力［2，4］。

1.2.3 化感作用防除杂草化学它感作用是植物分泌物之间的相互生化干扰。该方法主要是通过一些栽培管理措施（如改变土壤化学特性以及间混套作技术的综合运用等）让作物分泌对杂草具有毒害作用的化学物质来对目标杂草进行有效控制。另外，随着现代生物技术的日新月异，利用育种和转基因技术载入化感物质基因使作物可通过分泌类似天然除草剂物质，自动控制田间杂草的生长已成为当前研究的又一热点。

2 我国杂草生物防治技术的发展现状

2.1 植食性动物防治技术

利用昆虫防治杂草是该防治方法的主要组成部分。目前，利用昆虫除草绝大多数集中在防治外来入侵杂草的工作上，而对本地杂草的控制工作尚未有成功的案例，主要原因在于经过漫长的自然选择过程，本地杂草与天敌昆虫因子已处于一个生态平衡状态，所以利用天敌昆虫对本地杂草的防治要比对外来杂草的防治的可行性要小得多［5］。在利用昆虫除草工作中，初步的观察研究应着眼于昆虫对杂草的危害特征上，包括危害部位、危害状态以及对杂草造成的影响等。发现某种昆虫能危害一种杂草，并且对杂草危害严重，这并不意味着就可用于生防，因为有些昆虫食性很杂或属多食性，除可取食观察到的杂草外，还能取食别的植物，特别是同属、同科的植物。

据统计，我国现已查明的外来入侵杂草有一百多种，涉及21个科。在我国，通过引进原产地天敌来防控外来杂草的主要成功案例有：通过从佛罗里达引进莲草直胸跳甲对空心莲子草进行有效防治；从尼泊尔引进泽兰实蝇长期控制紫茎泽兰；引进豚草卷蛾和豚草条纹叶甲遏止豚草的蔓延［6－7］，通过引进水葫芦象甲防治水葫芦的危害。在引出天敌的实践方面，我国也做了大量的工作，如通过合作研究，南京农业大学与新西兰林科院计划引出日本方喙象和白尾长足象控制新西兰的大叶醉鱼草［8］。

2.2 以菌治草技术

虽然从理论上讲杂草的天敌包涵所有的杂草病原微生物，但有希望成为生防作用物的只有那些能严重侵染杂草，并且能长期影响其生长发育与繁殖的病原微生物。因此，有学者通过研究提出了安全、高效、高致病力三条标准。在生防作用物中潜力最大的应该是病原真菌，主要是由于其具有种类多、具专化性、易被发现和获得、对农作物安全、产孢子能力强，有希望工厂化生产的特点［5］。

以菌治草有经典方式和淹没式两种方式。经典方式从原产地引入与其协同进化的专化病原物，该方法主要用于外来恶性杂草。而后者则是针对本地杂草，利用该方法淹没式施放本地产的专性寄生菌达到除草的目的。当然，这种方法在某些时候也用于外来杂草的生物防治［2］。

杂草生防菌的研究工作在我国开展较早，20世纪60年代和80年代，我国就有利用 “鲁保一号”防治菟丝子［9］及利用 “生防剂F798“（镰刀菌）在新疆哈密地区有效防治瓜田列当的成功案例。截至1996年，我国共利用80余种生防菌成功防除70多种有害杂草，其中有希望的生防菌36个，极具潜力的生防菌有19种，主要集中于镰孢菌属、盘孢菌属、尾孢菌属和链格孢属4个属［10－11］。

2.3 化感作用治草技术

化感作用已成为世界杂草生物防治领域的重要研究手段。李孙荣是我国最先研究作物对杂草化感作用的学者，早在1985年就发现了小麦颖壳中的分泌的天然化合物P－OH苯甲酸对杂草白茅具有化感作用。近年来，我国在该领域的研究蓬勃发展，具有代表性的有柏连阳等［12］和由懋正等［13］分别对水稻与杂草以及小麦与杂草间的化感作用进行了深入的研究。

3 生物防治在杂草防治中的应用与研究

3.1 生物防治在杂草防治中的应用

3.1.1 草坪杂草的生物防治最近以南京农业大学为代表的科研机构成功研制出一种粗代谢产物，该产品由链格孢菌培养得出，并已在多种阔叶杂草防控上取得了初步的成功。另外，用一种胶孢炭疽菌菌株对婆婆纳进行防治的研究也初步展开，并取得较好的防治效果［14］。

3.1.2 果园杂草的生物防治行间种植豆科牧草或农作物进行活体覆盖，通过遮荫可使杂草得到控制。实践证明，在长有大量白茅的果园，通过种植小麦1～2年，可灭活98%以上［15］。

3.1.3 水田杂草的生物防治利用禽、鱼既可除去杂草，又可将杂草转化成禽、鱼的有机饲料，我国农村有的地方有在水生蔬菜田放鸭（鹅）除草的习惯。待水生蔬菜（如茭白等）成株后，将鸭赶入水田中可吃掉部分杂草。此外，在水体中开展养鱼除草，也能收到良好效果［16］。

3.2 杂草生物防治的研究

3.2.1 生物技术的应用研究目前，国内已经开始了利用分子标记技术鉴定杂草的新探索［17］，为确定杂草的分类学地位，研究杂草演化规律，探索杂草间的种群关系，揭示其生理、生化、生态学和遗传多样性提供了强有力的工具［2］。在作物的抗耐除草剂育种领域，生物工程技术已广泛地得以应用，而生物除草剂的基因改良和转基因育种方面的研究也已悄然展开［18－20］。美国对此有一个长期的计划，而我国在此方面未见相关的研究报道。

3.2.2 其他技术的应用研究在杂草科学研究领域，计量模型已广泛应用，但在杂草生物防治上的应用还不够深入，现有的研究主要集中于杂草群落及危害的定量分析、杂草防治经济阈值确定等［21］。另外，杂草生物防治理论与实践的进一步发展离不开系统论、杂生物地理学、种群动态学、草生物学和群落生态学方面研究的进步。此外，信息技术的发展也为杂草生物防治技术的进一步发展奠定了基础，由南京农业大学杂草研究室和中国农业科学院生物防治研究所联合开发的杂草生物防治信息系统推动了该领域的快速发展。

4 杂草生物防治的局限性

生物除草剂的研制和商品化受到许多客观因素的限制，其中最为复杂与繁重的工作莫过于目标菌株和目标杂草的筛选工作。要想获知目标菌株除草效力的真实情况，只有通过繁杂的不同密度的田间作物——杂草联合试验后才能得知。生物除草剂的商业应用范围仅限于一小块市场很大一部分原因是许多生物除草剂仅对某类或某种杂草有效。另外，诸如菌体生产、制剂化、保存与施放系统成为生物除草剂商品化生产的又一技术障碍。由于技术尚未完全成熟、成本较高等问题，深层发酵技术和固体发酵技术在商品化生产菌体上存在较大的技术障碍。此外，生物除草剂广泛应用的另一障碍在于杀虫剂、杀真菌剂以及除草剂之间的交互使用问题成为生物除草剂商品化发展的又一制约因素，化学农药和化学除草剂可能阻碍生物除草剂的药效和活性［5］。最后，在昆虫防治方面，也存在着不适应农村小规模生产的特点，且传统生防技术存在杀草谱窄、收效慢以及受气候等环境因子影响较大等缺点。在科学实施生物防治计划的过程中必将面临各方利益冲突的问题。这就需要有关各方科学评价生物防治技术的风险，围绕可持续发展这个核心，互相协调、加大合作，为杂草生物防治事业的发展做出应有的贡献。

5 展望

本文通过综述我国杂草生物防治的研究进展，认为我国在杂草生物防治领域将面临以下问题及发展机遇：首先，在化学生态学迅猛发展的今天，天然化感生物除草剂的研发与应用必将成为杂草生物防治研究领域的重要内容之一。其次，尽管菌物除草剂面临许多较难客服的困难，但随着我国可持续发展战略的实施以及人们对绿色食品安全的关注，且我国在该方面的研究工作开展较早、微生物资源丰富，所以有必要加大对微生物除草剂研发工作的投入。主要应从两个方面着手：一是应大力开展杂草病原菌微生物的资源调查，逐步建立和完善我国病原微生物资料库；二是应加强发酵技术及制剂加工技术的研究，为生物除草剂的产业化生产提供可能。再次，现代生物技术的迅速发展，诸如分子生物学，遗传学等，加之杂草基础理论研究的深入，将为杂草生防的研究开拓新的思维，提供新的方法。另外，随着昆虫与寄主植物协同进化研究的进一步发展，基于传统生物防治，多虫多菌联合治草、虫菌并用治草的方法也随之展开，从而逐步完善该领域研究［2］。目前杂草生物防治仅停留在大田作物上。而随着经济社会的不断发展，园林植物逐步成为人们生活中不可或缺的部分。园林生态系统相对于农田生态系统植物种类丰富、结构复杂，对于园林生态系统中杂草生物防治的研究有待于进一步展开。

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