近十年我国入侵生物预防与监控研究

杜素洁, 郭建洋, 赵浩翔, 万方浩, 刘万学

(中国农业科学院植物保护研究所，植物病虫害综合治理全国重点实验室，北京 100193)

目前,世界上绝大多数国家和地区均有入侵物种肆意扩张蔓延问题。随着经济全球化和区域一体化的快速发展,入侵物种传入与扩散风险加大,生物入侵问题仍然突出,形势依旧严峻。据生物多样性和生态系统服务政府间科学-政策平台Intergovernmental Science Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES) 2020年的统计数据,全球外来物种达39 191种。《自然》杂志2021年公布的研究数据显示, 1970年至2017年间全球生物入侵造成的经济损失累计约1.288万亿美元,年均268亿美元。数据表明,美国、澳大利亚、南非、印度、菲律宾等国家每年因生物入侵遭受的经济损失均超过数百亿美元。我国是受外来入侵物种侵害最为严重的国家之一,外来入侵物种已达660余种,据2009年的数据统计年均损失超2 000亿元,形势十分严峻[1-2]。

1 近十年我国外来入侵物种管理和防控研究现状

外来物种入侵管理和防控与国家粮食安全、生物安全和生态安全息息相关。我国早期的外来入侵物种管理专项法规过于零散,使得外来物种的管理缺少法律依据,且防控技术虽具普遍性,但没有针对性,导致治理效果不理想。而加强和提升管理水平以及加强物种防控技术攻关是有效治理外来入侵物种的基础。近年来,党中央、国务院高度重视外来物种入侵防控工作,出台了专门的法律法规和管理制度。

近十年来,我国在防范和应对外来入侵物种侵害、保障农林牧渔业可持续发展、保护生物多样性方面形成了系统的法规和制度保障,外来物种入侵防控管理水平显著提升。“十八大”以来,在党中央的持续关注和推进下,《中华人民共和国生物安全法》正式施行,该法将外来物种入侵界定为生物安全重大风险因素之一,强化了防范外来物种入侵在国家生物安全治理体系中的重要地位。为了贯彻落实《生物安全法》的规定要求,近年来先后提出“加强国家生物安全风险防控和治理体系建设,提高国家生物安全治理能力,对已经传入并造成严重危害的,要摸清底数,‘一种一策’精准治理,有效灭除”。2021年,中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于进一步加强生物多样性保护的意见》中明确提出,提升外来入侵物种防控管理水平,开展外来入侵物种普查。2022年,农业农村部、自然资源部、生态环境部、海关总署四部门以部长令联合颁布了《外来入侵物种管理办法》,农业农村部会同自然资源部等六部门制定了《重点管理外来入侵物种名录》,党的“二十大”会议强调“加强生物安全管理,防治外来物种侵害”。

我国应对外来入侵物种防控需求的科技支撑能力也得到了显著提升。为了深入贯彻落实党中央决策部署,“十三五”以来,国家先后启动实施了生物安全关键技术研究、重大病虫害防控综合技术研发与示范、主要经济作物优质高产与产业提质增效科技创新、生物多样性保护等国家重点研发计划专项研究,用于支撑和构建重大入侵物种的早期预警、准确监测、应急与综合防控三道防线,提升外来入侵物种预警与防控能力。我国科学家面向生物入侵防控科技需求,围绕外来入侵物种“治早、治小、治了、治好”的防控目标,积极建言献策,参与国家生物入侵防控的管理与决策,为国家政府和行业部门牵头撰写生物入侵相关系列咨询管理建议和重大疫情报告,其中“外来生物入侵对我国粮食生产和食品安全造成的危害”“农业农村部针对苹果蠹蛾防控的对策研究”“加强外来入侵防控工作2022工作要点”“关于加强外来入侵物种早期防控能力建设的建议”等,引起了全社会对生物入侵防控的高度关注和重视。此外,围绕落实《生物安全法》和国家/行业部门对外来入侵物种防控管理需要,从技术层面参与起草了《外来入侵物种管理办法》《国家重点管理外来入侵物种名录》《关于进一步加强外来入侵物种防控工作的意见》等;2021年,国家启动了全国范围的外来入侵物种普查,专家学者又积极为外来入侵物种普查和重点调查提供技术支撑和咨询,并编制了入侵物种生物词典,同时制定了入侵害虫普查工作方案、技术方案,确定了《全国外来入侵物种清单》和《国家重点管理外来入侵物种名录》,还构建了风险等级评估技术体系等。

十年间,我国在生物入侵领域的国际影响力显著提高。我国通过搭建国内国际合作平台、组织国内国际学术交流活动,不断提升专业领域影响力。在平台建设方面,依托中国农业科学院植物保护研究所建立了国家农业生物安全科学研究中心。在前期建立农业农村部外来入侵物种预防与控制研究中心基础上,2022年,经农业农村部批准,国内入侵物种防控与管理的优势单位联合组建了农业农村部入侵生物防控重点实验室。学术交流方面,主办了五届全国入侵生物学大会,举办全国入侵生物学教学研讨与推进会等。科学研究方面,中国农业科学院植物保护研究所协同国内多家从事外来入侵生物综合防控领域的专家共同申报的“主要农业入侵生物的预警与监控技术”获得2013年国家科技进步二等奖。国际上,我国连续主办前三届国际入侵生物学大会,主办国际粉虱研讨会,参会人员累计逾3 000人次,国外参会代表逾400人次。在此基础上,发起成立了国际生物入侵学术团体(ICBI),负责制定管理机制并组织设立了常设秘书处(北京)。近年来还组织了第二届重大入侵昆虫番茄潜叶蛾Phthorimaeaabsoluta绿色防控国际研讨会(2022),以及中国-东南亚跨境有害生物联防联控国际研讨会等。已先后与美国、澳大利亚、新西兰、以色列、肯尼亚、埃塞俄比亚、苏丹、巴基斯坦、老挝、缅甸、马来西亚、印度等国家的研究机构签署联合研究与合作协议。建成中国-澳大利亚、中国-新西兰等外来入侵物种联合研究中心等平台,以平台为媒介,开展了人才培养、人才互访、共同申报或开展项目合作等国际活动。针对6大经济走廊的地域特点,成功组织和牵头召开了“‘一带一路’植保国际联盟及重大国际合作项目发展国际科学家峰会”,来自13个国家/国际组织共143位代表参与了交流和研讨,成立了“一带一路”植保国际联盟,发布了《“一带一路”植保国际联盟长春宣言》。相关工作引起国家部委高度重视,拨付专项资金(‘948’项目)用于“一带一路”沿线国家外来入侵生物管控研究的交流、合作与技术输出。高水平国内和国际学术交流与合作平台的搭建,推动了中国入侵生物学学科发展。

2 我国外来入侵物种防控研究进展

有效阻截已入侵物种扩散危害,快速灭除新发入侵物种对于保障国家经济安全、生态安全和社会安全意义重大。近10年,在生物安全关键技术研究、重大病虫害防控综合技术研发与示范、主要经济作物优质高产与产业提质增效科技创新、生物多样性保护等国家重点研发计划专项,国家自然科学基金、农业农村部入侵物种普查专项以及国际合作项目等经费支持下,以重大农业外来入侵物种为对象,围绕 “治早、治小、治了、治好”和“风险防范、关口前移、源头治理”的防控目标,针对入侵物种的种群特征与成灾原因(机理)、风险研判与灾变预警、靶向灭除与绿色减灾等科学问题,开展基础与应用基础研究以及防控技术的推广应用研究,取得了可喜的进展[3]。

2.1 解析了重大农业入侵生物入侵机制

摸清重点管理的外来入侵物种的成灾机制对于系统推进外来物种入侵防控工作具有重要意义。目前,围绕重点关注的苹果蠹蛾Cydiapomonella、番茄潜叶蛾、橘小实蝇Bactroceradorsalis等重大农业入侵害虫,微甘菊Mikaniamicrantha、紫茎泽兰Ageratinaadenophora、加拿大一枝黄花Solidagocanadensis等重大农业入侵杂草,福寿螺Pomaceacanaliculata、非洲大蜗牛Achatinafulica等农业入侵软体动物为对象,构建了外来入侵物种组学数据库(InvasionDB),为从分子角度揭示入侵机制提供了数据支撑和分析平台[4-7]。揭示了苹果蠹蛾[5]、番茄潜叶蛾[8]、橘小实蝇[9-12]、红棕象甲Rhynchophorusferrugineus[13]、马铃薯甲虫Leptinotarsadecemlineata[14]、红脂大小蠹Dendroctonusvalens[15]、西花蓟马Frankliniellaoccidentalis[16]、伊氏叶螨Tetranychusevansi[17]等入侵害虫的内在优势和竞争力增强(寄主、抗药性等环境适应性)的入侵机制;从光合能力、化感作用与根际土壤养分循环等多个角度揭示了紫茎泽兰和刺萼龙葵Solanumrostratum在全球入侵过程中的内在优势和化感作用机制[18];从入侵植物与土壤养分互作的角度揭示了微甘菊、空心莲子草(水花生)Alternantheraphiloxeroides基于土壤微生物反馈调节的入侵植物竞争力增强(竞争排斥)的入侵机制[19-20];从环境和免疫压力耐受能力强、肠道微生物协助解毒和消化等角度揭示了非洲大蜗牛和福寿螺的内在优势以及微生物与寄主互利助长机制[6-7]。

2.1.1入侵昆虫苹果蠹蛾的研究

我国科学家揭示了入侵害虫苹果蠹蛾的化学生态适应性与抗药性分子机制。通过解析入侵害虫苹果蠹蛾的基因组等多组学数据图谱,构建了高质量的染色体水平的苹果蠹蛾基因组,证实了苹果蠹蛾中存在识别梨酯的关键嗅觉受体基因,梨酯能增强性信息素对苹果蠹蛾的引诱作用,而该嗅觉受体与梨酯具有功能互补和协同增效作用,揭示了苹果蠹蛾全球扩散过程中的寄主适应性进化机制;鉴定了保幼激素酯酶、气味结合蛋白等多个与苹果蠹蛾发育、繁殖、抗药性相关基因的功能,进而研究阐明了谷胱甘肽巯基转移酶通过“封存作用”介导苹果蠹蛾对高效氯氟氰菊酯代谢抗性的新机制[5,21]。为多年来关于谷胱甘肽巯基转移酶可能通过与拟除虫菊酯杀虫剂的非催化被动结合进而介导抗性形成这一推断提供了有力的证据;开展了苹果蠹蛾全基因组水平lncRNA 图谱研究,获得了苹果蠹蛾全长转录本图谱,揭示了转录组的复杂性,为后续功能研究,以及利用lncRNA调控苹果蠹蛾各种生理活动的研究提供了数据支撑;全面分析了全球防治苹果蠹蛾的杀虫剂使用情况和抗药性现状,从靶标抗性和代谢抗性两个方面系统阐述了苹果蠹蛾对杀虫剂抗性形成的机制[21],为抗药性苹果蠹蛾综合治理、创制新型绿色苹果蠹蛾防控策略提供了新思路。

2.1.2入侵植物微甘菊的研究

利用组学揭示了微甘菊超强的生物学特性是其快速生长的原因。构建了染色体水平的高质量微甘菊参考基因组,揭示了微甘菊环境适应性进化与快速生长的分子机制。微甘菊属C3植物,但其净光合速率显著高于其他C3植物,并接近于C4植物。研究表明,微甘菊在白天和夜晚利用不同的光合途径固定CO2,从而为其快速生长提供充足的碳水化合物。微甘菊较本地伴生植物具有更高的竞争力源于其对土壤氮及其他养分的利用能力更强[19]。微甘菊掉落的叶片和花在土壤中会释放大量化感物质,化感物质可以通过富集参与氮循环途径的微生物来增加氮的可利用性,加速根际土壤的养分循环,为其快速生长提供充足的养分。该研究为生物化肥的研发提供了新的思路。微甘菊对氮吸收能力和对土壤氮的矿化能力较强,它可以通过富集根际土壤氮循环功能菌加速土壤氮循环,研究证实微甘菊生长所需的有效氮主要来自氨氧化古菌介导的硝化作用而非固氮作用。此外,土壤线虫介导微生物对入侵植物(微甘菊)和本地植物(火炭母Polygonumchinense)具有不同的微生物富集潜力[22],研究发现微甘菊根际富集了较多的参与养分获取和抑制病菌的微生物,这在很大程度上增强了微甘菊对各种环境的适应和入侵能力。入侵物种的成功侵入可能与它们与其他生物相互作用能力,根系深度、酶活性和吸收养分的能力有关,为微生物与微型动物的互作在植物养分释放和养分获取方面提供了见解。目前,防控微甘菊的手段主要有化学防控和生物防控,施用化学药剂可能会伤害周围其他植物,而利用田野菟丝子Cuscutachinensis寄生可导致微甘菊死亡;释放紫红短须螨Brevipalpusphoenicis使微甘菊的茎叶黄化至逐渐枯死[23]。

2.1.3番茄黄化曲叶病毒(TYLCV)等病原物的研究

通过对入侵病原物致病因子鉴定、寄主植物抗病因子识别分析、与媒介昆虫互惠共生关系等的研究,揭示了双生病毒在宿主烟粉虱体内复制的机制[24-26]。在没有病毒寄主植物存在的情况下,番茄黄化曲叶病毒(tomato yellow leaf curl virus,TYLCV)可以在带毒烟粉虱Bemisiatabaci体内至少存留2代,后代成虫可以传播TYLCV使健康植物发病,揭示了TYLCV跨界在昆虫体内复制的重要机制。揭示了双生病毒在烟粉虱中肠细胞中的运输机制[27],研究首次发现了烟粉虱肠道上皮细胞存在双生病毒受体蛋白,在深入理解双生病毒跨越烟粉虱中肠细胞运输的机制方面迈出了重要一步,为探索阻断病毒传播提供了新的理论依据。揭示了昆虫与植物病毒协同扩散的分子、生理机制,发现了双生病毒调控植物对媒介昆虫和非媒介昆虫的抗性机制;揭示了多种植物双生病毒的复制机制。研究结果可为防控虫媒病害提供新的靶点,也可为实现绿色防控双生病毒病害提供理论依据[28-29]。此外,还识别鉴定了多个抗病毒因子及作用机制。首次建立了植物多分体负链RNA病毒的反向遗传学体系,证明抗病毒RNA诱导的沉默复合体靶向番茄斑萎病毒(tomato spotted wilt virus,TSWV)mRNA而不是基因组RNA,筛选鉴定了大量抗病基因突变体,获得了对番茄斑萎病毒田间抗性突破株系具有良好抗病作用的抗病基因新材料。明确了抗病毒因子抵御番茄斑萎病毒的侵染过程,揭示了植物免疫受体蛋白通过两步识别机制监测番茄斑萎病毒入侵的识别新途径,揭示了植物免疫受体监控病毒靶向激素受体诱导抗病的全新机制[24-25]。

2.2 潜在和新发入侵物种精准甄别和智能监测预警技术

重点针对“一带一路”国家和我国周边国家与边境地区潜在/新发和重大农业入侵生物,研发了入侵物种不同来源数据采集、数据融合、数值增效、场景模拟技术,构建了我国入侵物种数据库及其预判预警平台,实现了信息的即时可视化显示,为入侵物种风险预判和实时监测提供了翔实的数据支撑,也为入侵物种预警与防控提供了指导。改进了物种分布生态位模型、集成模型和经济损失模型等生物和扩散地理学方法,创新了传入、定殖、扩散风险定量评估模型与管理策略,实现了潜在和新发入侵物种全程风险驱动综合评估预判,完成了120余种潜在和新发重大入侵物种的全程风险驱动综合评估预判,并制定了相应的应急处置预案,为入侵物种风险等级评估和《外来入侵物种管理办法》《国家重点管理外来入侵物种名录》制定提供了支撑。创新了潜在和新发入侵物种精准甄别和智能监测预警技术30余种/套,建立了高精度入侵植物智能识别App系统、微小入侵昆虫DNA条码快速鉴定系统、种特异性分子检测技术,入侵昆虫远程无人监测技术、重要入侵杂草图像识别与监测等,实现了潜在和新发入侵物种精准甄别溯源和实时智能监测,为入侵物种关口前移的监测点布设和扩散阻截等防控管理提供了技术支撑。

2.2.1入侵物种预警与风险评估

建立了新发外来入侵物种的风险预测评估模型。利用虚拟物种构建200余种应用场景,构建了一套评估入侵物种潜在适生区预测模型准确率的技术,通过多物种验证并明确了针对不同入侵生物类群的模型选择策略,建立了入侵物种跨区域扩散风险的定量评估模型,为新发外来入侵物种跨区域扩散的定殖风险预测提供了技术支撑。集合生态位理论、改进的物种分布模型、集成模型等生物地理学方法,完成了30余种潜在、新发重大入侵物种在我国的传入、定殖、扩散和危害风险评估[30-33],提升了早期预警、阻止入侵、狙击扩散、生态调控等主动防控应对能力,为入侵物种风险等级评估、入侵物种名录制定提供了支撑。目前,已定量评估了20余种入侵物种的传入风险和潜在、新发重大入侵物种在我国的定殖风险,提升了“一种一策”前瞻性风险预判预警水平。此外,构建了定量评估重大入侵病害梨火疫病、潜在入侵昆虫非洲黏虫Spodopteraexempta等的经济损失模型,提升了潜在经济损失研判能力。明确了多种入侵物种和本土天敌生物的生态位格局,明确了环境因子、气候变化对入侵物种空间分布格局的影响,构建了物种针对性的空间生态调控网络。创新了“生态调控”风险管理新思路[34]。

2.2.2入侵物种精准检测与智能识别

针对现有外来入侵植物监测效率低、物种单一的问题,利用野外入侵植物的多光谱和高清图像,分别构建了基于机器学习的外来入侵植物智能识别模型,建立了图像识别的深度学习模型和深度卷积神经网络,构建了入侵植物图像快速智能识别 App平台系统和入侵植物的无人机图像监测技术,并解析了尺度、季节等变化下入侵植物表型特征对识别模型的影响,提高了智能识别模型对野外环境的适应性;基于识别结果开发了入侵植物关键植被参数预测模型,结合入侵植物生物学特性和环境因子,成功构建了微甘菊、互花米草Spartinaalterniflora等100余种外来入侵植物的扩散及危害预警系统,为外来入侵植物的科学防治提供了客观数据[34];针对入侵物种特异性快速分子识别靶基因,建立了入侵生物的精准检测技术,发展了昆虫DNA条形码快速识别系统,研制了快速分子检测产品[36-37];建立了基于机器学习、信息化网络的入侵害虫美洲斑潜蝇Liriomyzasativae、草地贪夜蛾Spodopterafrugiperda、地中海实蝇Ceratitiscapitata、南亚果实蝇Bactroceratau等的实时智能识别和口岸实时监控[38];利用微卫星标记、线粒体基因组等技术明确了新发、重大入侵物种番茄潜叶蛾、马铃薯甲虫等的地理种群遗传多样性[39],解决了入侵物种溯源追踪,为西北扩散前沿区入侵物种扩散分布预测及绿色精准治理技术研发奠定了基础。

2.2.3基于大数据的入侵物种可视化监测平台

基于大区域跨境农业入侵生物信息资源的多源异构特性,通过对多源异构数据及物种信息的判定、确证和数据整合分析,得到潜在农业入侵物种7 000余种。进一步通过数据筛选,并结合生物学、生态学、适生性等评判,获得潜在农业有害入侵生物 1 200 余种(包括植物390种、动物570种、病原物270种),构建了大区域跨境农业入侵生物信息库[2,40]。围绕潜在农业入侵生物的多源异构数据,研发数据重构分析和可视化分析技术,实现对跨境农业入侵生物信息数据时空分析的可视化展示。以物种的中文名或拉丁学名进行模糊查询,实现潜在农业入侵生物的累积截获批次、来源国家、涉及口岸等可视化信息展示。基于入侵生物多组学大数据,构建了130多种入侵物种(包括植物31种、动物100种)基因组数据库InvasionDB (http:∥www.insect-genome.com/invasiondb/)[41],开发了基因组分析软件,根据入侵昆虫的基因组学特性,实现从基因组角度预测昆虫入侵性;挖掘了化感、解毒、发育、滞育、代谢等与入侵致害紧密相关的基因家族;鉴别出一批可用于防治和风险分析的生物学靶点和潜在靶标基因、信号化合物及信号传导通路,为入侵生物后基因组时代的共性关键技术开发提供了分子数据支持。

2.3 重要农业入侵生物的持续治理与应用

以蔬菜入侵害虫为主要对象,围绕“重要果蔬入侵害虫种群扩张、致害机理与绿色防控”问题开展系统研究,揭示了美洲斑潜蝇、番茄潜叶蛾、苹果蠹蛾、烟粉虱等重要果蔬入侵害虫入侵、发生与扩散的生态过程;建立了番茄潜叶蛾、苹果蠹蛾等基于化学信息素监测的扩散阻截技术以及应急处置技术;引进和挖掘了番茄潜叶蛾、美洲斑潜蝇等的天敌资源,评价筛选出高效天敌10余种,如潜叶蛾伲姬小蜂Necremnustutae、芙新姬小蜂Neochrysocharisformosa、烟盲蝽Nesidiocoristenuis等,并建立了规模化繁育和田间释放技术[42-43],集成了生物防治和生态调控为核心的区域持续治理技术;组织开展了以生物防治和生态调控为核心的持续治理技术研究及田间应用,防治效果显著提升。针对入侵我国的世界恶性杂草豚草Ambrosiaartemisiifolia、空心莲子草、微甘菊等开展联合攻关,建立了天敌规模化繁育技术和繁育基地,创新了生物防治与替代控制关键技术,集成了区域持续治理技术体系与应用模式,成功解决了入侵杂草同域同期发生、交错连片成灾的控制难题,成为国际入侵杂草区域治理的成功范例。

2.3.1入侵杂草综合防控技术

豚草、紫茎泽兰、黄顶菊Flaveriabidentis、空心莲子草是首批列入“国家重点管理外来入侵物种名录”的世界恶性入侵杂草,利用生物防治、植物替代控制等关键技术,集成了分区可持续治理技术体系及应用模式并大面积推广应用,解决了4种入侵杂草同域同期发生、交错连片成灾的控制难题,遏制了其蔓延与危害。一是建立了广聚萤叶甲Ophraellacommuna、莲草直胸跳甲Agasicleshygrophila等天敌昆虫,节杆菌Arthrobactersp. 等生防菌株的规模化生产与轻简化应用技术,明确了其具有快速控制入侵杂草蔓延危害的控害能力。建立了3种天敌昆虫(广聚萤叶甲、莲草直胸跳甲和豚草卷蛾Epiblemastrenuana)“冬季保种-室内扩繁-大棚增殖”三步简易规模化生产技术流程,实现每种天敌昆虫年生产达2亿多头规模;建立了节杆菌规模化发酵生产技术,成功研制了孢子悬浮剂和粉剂中试产品。建立了天敌昆虫早春种群助增与夏季大量助迁的释放技术。通过技术应用,广聚萤叶甲对豚草的控制效果达95%以上[44],莲草直胸跳甲对空心莲子草的控制效果达85%以上[45]。二是构建了功能稳定的替代植物群落,创建了入侵杂草生态屏障拦截与生态修复技术。建立了紫茎泽兰、豚草和黄顶菊扩散廊道前沿的生态屏障植物拦截带,有效切断入侵杂草自然扩散路径,拦截效果达86%以上。应用非洲狗尾草Setariasphacelata+黑麦草Loliummultiflorum混种替代草场紫茎泽兰,生物量降低95%以上[46];应用紫花苜蓿Medicagosativa+‘冬牧70’黑麦草混播控制果园黄顶菊,使黄顶菊生物量降低97.8%[47];应用紫穗槐Amorphafruticosa与象草Pennisetumpurpureum替代修复河坝与河滩成片发生的豚草,使豚草生物量降低92.3%[48]。

2.3.2入侵昆虫综合防控

以入侵我国的番茄潜叶蛾、红火蚁Solenopsisinvicta、椰心叶甲Brontispalongissima等重大入侵昆虫为对象,开展综合防控技术研发应用。针对危害人类健康的入侵物种红火蚁,创建了高效检疫、监测、防治关键技术体系并广泛应用。明确了中国南方红火蚁空间格局、地理分布和传播路线,阐明了华南地区红火蚁局域扩散规律,筛选研制出了低毒高效毒饵、防水型毒饵,形成了防效较高的配套使用技术;创建了适合我国广东等9省/市区8类南方生态区不同季节的应急防控技术体系[49]。

针对棕榈科植物的毁灭性入侵害虫椰心叶甲,集成了椰心叶甲预测预报、生物防治和化学应急处理等关键防治技术,引进、驯化培育、释放应用了适宜国内大面积应用的天敌生物椰甲截脉姬小蜂Asecodeshispinarum和椰心叶甲啮小蜂Tetrastichusbrontispae,研制了“以叶养虫、以虫繁蜂”的标准化天敌扩繁工艺流程和贮运技术,研发出天敌专用释放器和2种寄生蜂混合释放技术,研制了高效、低毒、低残留专用杀虫剂,发明了简便、减量施药技术,集成了以生物防治为主、化学防治为辅的绿色防控技术体系,取得显著经济社会效益[50]。

针对大面积为害蔬菜的入侵物种斑潜蝇,首次完成了我国全域分布及为害情况调查,初步揭示了入侵种斑潜蝇物种竞争演替规律,从遗传进化角度揭示了新发入侵斑潜蝇的遗传背景、传入途径、扩散路径等。在国内调查了斑潜蝇天敌寄生蜂种类,并进行了天敌昆虫控害潜力评估,筛选出具有较强寄主致死能力的寄生蜂天敌芙新姬小蜂Neochrysocharisformosa[51]、万氏潜蝇姬小蜂Diglyphuswani[52]等。

针对新发入侵物种番茄潜叶蛾,开展了番茄潜叶蛾发生规律、不同防控技术对番茄潜叶蛾防控效果的评价研究,制定了番茄潜叶蛾的防控对策。研发了RNAi和CRISPR/Cas9技术平台,筛选获得一批可作为番茄潜叶蛾RNAi绿色防治的靶标基因;构建了番茄潜叶蛾靶基因dsRNA/纳米复合物的RNA干扰系统,明确了纳米颗粒包裹dsRNA的最佳融合比例和可增强dsRNA稳定性的纳米包裹技术;创建了纳米载导靶标基因dsRNA防控番茄潜叶蛾的室内应用体系,为后续应用于温室/田间提供了前提条件[53]。测定了新型苏云金芽胞杆菌基因工程菌G033A(Bt G033A)对该昆虫的室内毒力及田间防效,筛选了19种番茄潜叶蛾田间化学防控药剂,获得5种化学防控药剂用于生产[54]。

针对作物重大入侵害虫稻水象甲Lissorhoptrusoryzophilus,研究提出了适宜生产实际、操作性强的稻水象甲持续防控和应急防控技术。一是在育秧期“隔离”,即利用无纺布覆盖育秧田与外界隔离,阻止稻水象甲成虫的取食活动;二是实施秧苗适时“早移栽”,即利用稻水象甲的成虫取食趋嫩性,适当提早移栽,使水稻叶片表皮角质层增厚程度提高,恶化稻水象甲成虫营养条件;三是在育秧移栽缓苗后实施“晒田”,恶化稻水象甲幼虫种群的生存环境,大幅度降低虫口密度。通过上述生态调控措施有效地降低了稻水象甲的为害[55-56]。

2.4 入侵物种风险防范与控制管理

国内学者通过梳理总结入侵物种相关理论、防控技术,在整合基础与应用研究的成果和经验基础上,编著了从生物入侵理论(《入侵生物学》)到技术方法(《生物入侵:预警篇》《生物入侵:检测与监测篇》《生物入侵:入侵生物篇》)与管理(《生物入侵:管理篇》)的系列专著、图鉴、科普与教材17部,建立了我国入侵生物学的学科框架与理论体系。

为了落实党中央、国务院关于“对已经传入并造成严重危害的(外来入侵物种),要摸清底数,‘一种一策’精准治理,有效灭除”的相关要求,我国学者开展了普查技术规范、实施方案、风险与防控对策研究,推动了2022年全国农业外来入侵物种普查。积极开展入侵物种防控科普知识宣传,相关工作多次被CCTV13、CCTV17、人民日报、人民日报海外版、人民网、中央广播电视总台、新媒体直播等主流媒体报道。此外,为支撑防控管理需求,撰写了系列政策管理建议和咨询报告,其中《如何实现农业重大入侵生物前瞻性风险预警和实时控制》入选2020年度中国科协十大工程技术难题,为国家/行业部门管理决策提供科技支撑。

研究制定了系列外来入侵防控技术方案、技术标准、防控技术科普读物/手册/明白纸/视频等,如编印出版科普著作与读物50余部(套),包括《入侵生物学》(教材)、《生物入侵:中国外来入侵植物图鉴》《生物入侵:中国外来入侵动物图鉴》《入侵生物识别图册》《农业外来入侵物种知识100问》等。相关部门和单位制作综合防治视频、短片等20余部,近10年开展微甘菊、刺萼龙葵、苹果蠹蛾等重大入侵物种全国性集中灭除活动50余次,灭除率达到70%以上,取得显著防控成效,具备支撑外来入侵物种防控和推动行业科技进步的良好科技创新能力和水平。

3 我国外来入侵物种管理与防控存在的问题

在外来物种入侵形势日趋复杂的背景下,我国生物入侵防控科技支撑能力在诸多方面仍然存在不少薄弱环节。一是外来物种入侵防控关键核心科技领域亟须创新突破。要研究摸清重大危害物种发生扩散规律及微观成灾机理,不断发展和完善农业重大入侵物种灾变的监测预警体系,集中攻克一批快速鉴定、高效诱捕、生防天敌等实用技术和产品,集成生态控制、生物防治、理化诱控等综合防控技术体系。二是科技支撑平台建设需要加强。核心技术平台、高等级农业生物安全实验室、监测观察基地、研究试验示范基地建设目前仍有较大缺口。三是智库人才建设要进一步加强。亟须优化资源配置,激发人才队伍活力,充分发挥专业人才在入侵物种治理体系建设和治理能力提升中的贡献作用[1]。

4 我国外来入侵物种防控发展方向

近十年,国内外入侵生物学科研究整体上处于相近水平。在入侵物种预警与风险评估模型构建方面,我国虽然有所突破,但仍依赖并局限于国外先前开发的扩散模型,新模型新理论有待丰富和创新;在入侵物种监测检测、智能识别技术方面,世界各国疆域内均存在入侵物种数量多、全域监测技术开发难度大的问题,但整体技术上趋同化严重,随着数字化、信息化技术的不断推广应用,未来在入侵物种监测检测技术灵敏度和装备研发方面有发展空间;在入侵物种快速灭除与综合防控技术方面,国内外科学家均深入研究了入侵物种生态适应性进化规律、与本土物种的互作等内容,在此基础上,开发了针对性的化学灭除、生物生态治理新技术与新产品,但适合不同应用场景的入侵物种防控应用示范模式尚待优化。此外,我国已经建立了国家外来有害生物监测预警平台,有害生物资源利用平台和多个国家级技术产品应用示范基地,有力推动了防控技术的储备和推陈出新,但已有平台、基地在智能联动和大数据的采集、分析与实时可视化监测技术水平方面还有待提升。