我国外来入侵生物防控科技进展

陈洁君， 王 晶

中国生物技术发展中心，北京 100039

全球经济一体化的飞速发展使得国家/地区间经济、文化交流日益频繁，这为外来物种入侵、定殖、传播与扩散创造了有利条件(Hulme，2009； Turbelinetal.，2017; Wanetal.,2017)；同时，现代农业生产大部分依赖于物种资源引进与交换(司伟和周章跃，2007; 周海燕，2014)，这种在经济效益驱动下的有目的的生物资源共享加剧了外来生物入侵的危险性与破坏性，给全球带来了更为严重的经济损失(李浩等，2007)。因此，防范外来生物入侵已成为全球21世纪农业可持续发展面临的共同问题，也成为21世纪五大全球性环境问题之一(万方浩等，2009； Millennium Ecosystem Assessment，2005； Wan & Yang,2016)。

我国是一个农业大国，人口规模巨大、经济活动频繁为外来物种的传入创造了有利条件(鞠瑞亭等，2012)，加之我国地大物博、生态系统多样化促进了入侵物种的定殖与扩散，致使我国成为饱受入侵物种危害最为严重的国家之一(李博和马克平,2010)。农业外来入侵生物严重威胁我国的粮食安全、经济安全、生物安全、生态安全和农产品贸易安全，每年直接经济损失逾2000亿元(中国新闻网，2017)。“十三五”期间，中华人民共和国科学技术部启动“生物安全关键技术研发”重点专项，针对我国当前面临的各类重大入侵生物的威胁，按照基础研究、共性关键技术与重大产品研发、典型应用示范3个层面，进行了一系列项目部署。本文将阐述这些科研项目取得的主要研究成果，以期为相关方面的研究提供参考。

1 基础研究

1.1 揭示了入侵生物的入侵特性和入侵机理

以紫茎泽兰EupatoriumadenophoraSpreng.、苹果蠹蛾Cydiapomonella(L.)、松材线虫Bursaphelenchuxylophilus(Steiner & Buhrer) Nickle、黄瓜绿斑驳花叶病毒Cucumbergreenmottlemosaicvirus等为研究对象，揭示了入侵生物“可塑性基因驱动”入侵特性和“虫菌共生”入侵机理。在入侵特性方面，通过分析15年来100多个国家近百种物种间竞争替代的经典案例，发现竞争替代是由入侵种和本地种生殖能力差异、寄主适应能力差异、生殖干扰等多个因子长期进化的结果；进一步从基因水平上研究发现，入侵种的进化特点为存在可塑性基因，包括发育基因高表达、抗性基因内含子变长、受体蛋白扩增、抗药性神经肽受体不敏感等适应性进化。在入侵机理方面，研究发现入侵生物协助致病病毒的垂直传播，并通过加速媒介发育促进自身扩散，共生细菌调控入侵共生体的资源分配模式，以此为基础从进化和生态的角度提出入侵昆虫的“虫菌共生入侵学说”(Gao & Reitz,2017; Xuetal.,2016; Zhaoetal.,2016; Zhouetal.,2017)。这些研究全面诠释和完善了物种竞争取代理论，丰富了入侵生物学学科发展，为入侵生物的风险评估、预测预报、检验检疫、综合防治提供了新的思路。相关成果发表在NatureCommunications、ISMEJournal等期刊上。

1.2 揭示了入侵植物与脆弱生态系统的相互作用机制

通过在湖北、江苏、安徽、广东、广西等8个省(自治区)21个地点对美洲商陆PhytolaccaamericanaL.和加拿大一枝黄花SolidagocanadensisL.发生态势的野外调查表明，土壤微生物在决定群落入侵性强弱中发挥着重要作用。对2014—2016年增温加氮实验数据进行分析，发现增温对加拿大一枝黄花开花物候期和地上部分枯死期有明显影响，这表明气候变暖会增大加拿大一枝黄花的入侵风险。通过比较互花米草SpartinaalternifloraLoisel.原产地种群(美国)和入侵地种群(中国)对我国土著广食性昆虫素毒蛾Laelia取食抗性和耐性的影响，发现互花米草引入中国以后发生了防御进化。对5种外来入侵植物(瘤突苍耳XanthiumstrumariumL.、三裂叶豚草AmbrosiatrifidaL.、粗毛牛膝菊GalinsogaquadriradiataRuiz et Pav. 、刺萼龙葵SolanumrostratumDunal.和反枝苋AmaranthusretroflexusL.)和4种本土植物[苍耳XanthiumsibiricumPatrin ex Widder、黄花蒿ArtemisiaannuaL.、狗尾草Setariaviridis(L.) Beauv.和稗草Echinochloacrusgalli(L.) Beauv.]的菌根真菌侵染情况进行分析表明，入侵物种显著改变了入侵地菌根真菌的组成和结构。相关成果已形成论文9篇，获得1项实用新型专利。

2 关键技术与产品研发

2.1 研发了重大新发农业入侵物种风险评估及防控技术

针对大区域跨境传播农业入侵生物和重大新发、突发农业入侵生物，如甘蓝粉虱Allantuscinctus(L.)、长芒苋AmaranthuspalmeriS. Watson、葡萄蛀果蛾、福寿螺PomaceacanaliculataSpix、梨枯梢病、木尔坦棉花曲叶病毒CottonleafcurlMultanvirus、橡胶树棒孢霉等，围绕其发生、分布、危害等级、跨境传播扩散方式与途径，开展了入侵生物风险评估及防控关键技术研究。当前已收集200余种大区域农业入侵物种的生物信息，并构建了生物信息库；研发了基于PCR的物种特异性快速分子检测技术3项(张桂芬等，2013a,2013b; Zhangetal.,2014)，初步开展了主要入侵物种模板图像特征分析与算法筛选；设计了1套风险评估数据处理方法，并开展了木尔坦棉花曲叶病毒随寄主跨区域传播及综合风险的定量评估；获得梨枯梢拮抗细菌菌株18株、杀螺高活性先导化合物2个；基于无机盐对橡胶树棒孢霉或粗毒素的抑制或钝化作用，研制复配配方药剂1种、不同施药剂型配方4个；明确了不同地理种群长芒苋对主要除草剂草甘膦的抗性。相关成果已经申请国家发明专利3项，发表学术论文7篇。

2.2 建立了生物威胁数据库及生物入侵突发事件可视化智能决策支持平台

针对生物入侵事件(红火蚁SolenopsisinvictaBuren)、生物恐怖袭击(生物气溶胶)、突发传染病疫情(禽流感、鼠疫)等3类突发生物威胁，建立了具有统一数据模型的生物危害数据库以及突发生物危害事件可视化智能决策支持平台。数据库内容涵盖地理环境、社会人文、公共卫生信息等要素，空间尺度包含局地、区域、全国(典型区)3个，要素指标包含16大类40小类，数据量达650 GB；决策支持平台基于GIS和网络技术，集成了生物危害演变、评估和应急处置方法/模型50余个，实现了3类突发生物危害事件的2-3维动态可视化分析和决策支持功能。相关成果已发表SCI论文10篇，申报软件著作权2项。

2.3 建立了重大入侵动植物的治理模式和技术体系

通过整理外来入侵物种的分布现状、扩散格局、入侵路径、潜在分布区等相关研究，提出需要重点管理和防范的外来入侵物种，为指导相关部门和地方进行外来入侵物种防控提供了依据，并支撑中华人民共和国环境保护部会同中国科学院于2016年12月发布的《中国自然生态系统外来入侵物种名单(第四批)》。围绕加拿大一枝黄花、空心莲子草Alternantheraphiloxeroides(Mart.) Griseb.、紫茎泽兰、飞机草EupatoriumodoratumL.、凤眼莲Eichhorniacrassipes(Mart.) Solms、豚草AmbrosiaartemisiifoliaL.、少花蒺藜草CenchruspauciflorusBenth、巴西龟Trachemysscripta、红火蚁等主要入侵物种，构建了基于生物防治和生态修复联防联控为核心的区域性持续治理技术新模式。其中，红火蚁防控技术在我国南方多类生态区域防效达到96%～100%；空心莲子草、豚草、少花蒺藜草等防控技术被行业部门评价为“技术高效、技术好用和基层会用”。相关成果已发表SCI论文22篇，申请发明专利8项，制定行业标准11项。

3 典型应用示范

建立了集科研、教学、科普一体化的现代化主要入侵生物标本资源库。目前，资源库已收集入侵动物资料共33963条，其中昆虫类24660条，软体动物374条，鱼类4909条，两栖爬行动物696条，兽类3324条。这些条目均包括标本的采集信息、鉴定信息、国内外分布情况、分种描述、物种分类地位、标本整体图片和保藏位置等。另有2.5万份入侵动物、植物和植物病原微生物等标本正在整理入库。通过制定野外调查数据采集规范与数据质量控制规范，研发外来入侵生物野外调查软件，开展一体化入侵生物数据库及信息共享平台的需求分析，实现了生物标本资源库的一体化高效共享。此外，制定了互花米草生态控制工艺流程，并在上海崇明东滩互花米草生态控制工程中得到初步应用；制定了加拿大一枝黄花综合防控技术体系试验实施细则和操作流程；完成了基于生态位模型的刺萼龙葵风险区预测，并制成了刺萼龙葵在我国适生分布的专题图(Huangetal.,2016; Lietal.,2017; Shangetal.,2015; Zhangetal.,2017)。

4 结语

全球经济一体化进程的不断加快，国际贸易、国际旅游、大型活动的迅速发展，以及国家/城市间交通运输的多样化、快捷化和网络化，加速了外来有害生物的传播与扩散。生物入侵已成为与一个国家的经济发展、生态安全、国际贸易与政治利益紧密关联的重大科学问题，也是国际社会、各国政府、科学家与民众共同关心的社会热点(丁晖等，2011; 侯有明等，2015)。针对我国的国情，以及当前面临的各类重大生物威胁,应该采取一系列具有中国特色的外来入侵生物防控新策略(Wanetal.,2017； Wan & Yang,2016)。作者认为今后应以跨境动植物有害生物为主要目标，开展入侵扩散与成灾机制、早期预防预警、快速检测监测、识别追踪溯源、点面拦截狙击、区域防灾减灾等技术研究，并在危害发生时有效、快速控制其发展，最大程度地降低危害效应，防范次生危害发生，及时启动危害生境的恢复重建等。

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