吳孔明

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,植物病蟲害生物學(xué)國家重點(diǎn)實驗室,北京 100193)

昆蟲的種類多達(dá)100萬種以上,絕大多數(shù)以植物為寄主,是自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。在農(nóng)作物生長過程中,一些種類的昆蟲通過取食作物、獲取營養(yǎng)而顯著降低農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì),成為制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因子[1]。農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)是以農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)昆蟲為研究對象的科學(xué),重點(diǎn)研究作物害蟲的生物學(xué)、發(fā)生規(guī)律及持續(xù)控制的理論與方法。進(jìn)入21世紀(jì),在全球氣候變化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和國際貿(mào)易一體化的新形勢下,我國農(nóng)業(yè)害蟲的發(fā)生與危害呈嚴(yán)重發(fā)展趨勢[2]。加強(qiáng)我國農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)科體系建設(shè),提升害蟲監(jiān)測預(yù)警與防控基礎(chǔ)理論的創(chuàng)新能力,建立高效、持久、安全的農(nóng)業(yè)害蟲監(jiān)測預(yù)警、應(yīng)急處理與可持續(xù)治理的技術(shù)體系,對保障國家糧食安全、生態(tài)安全和經(jīng)濟(jì)安全,促進(jìn)農(nóng)民增收和農(nóng)業(yè)發(fā)展有重要意義。

1 農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)的發(fā)展規(guī)律與特點(diǎn)

害蟲的防治可追溯于人類種植作物的早期。我國在春秋戰(zhàn)國時期已有對農(nóng)業(yè)害蟲觀察和防治的記述,在古希臘的著作中也有防治害蟲的記載。17世紀(jì)顯微鏡的應(yīng)用以及18世紀(jì)中葉林奈關(guān)于動植物分類雙名法的創(chuàng)立,奠定了昆蟲學(xué)的基礎(chǔ)。此后所開展的害蟲生物學(xué)與防治的研究工作產(chǎn)生了農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)的萌芽。到19世紀(jì)中葉,哈里斯《植物害蟲論說》一書的出版和德國學(xué)者黑克爾將生態(tài)學(xué)概念引入農(nóng)業(yè)害蟲防治,促進(jìn)了農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)學(xué)科體系的形成。

農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)是從昆蟲學(xué)發(fā)展起來的一門應(yīng)用學(xué)科,它的演化和昆蟲學(xué)基礎(chǔ)分支學(xué)科以及化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展密切相關(guān)。20世紀(jì)40年代,由于農(nóng)藥化學(xué)取得了突破性的進(jìn)展,滴滴涕的合成與應(yīng)用以及有機(jī)氯和有機(jī)磷等農(nóng)藥相繼問世,推動了害蟲化學(xué)防治理論與技術(shù)的發(fā)展。此后,昆蟲行為學(xué)、昆蟲生態(tài)學(xué)、昆蟲生理學(xué)和昆蟲毒理學(xué)等分支學(xué)科的形成使農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)進(jìn)入了快速發(fā)展階段,綜合防治理論體系的建立使害蟲防治進(jìn)入了綜合應(yīng)用多學(xué)科知識的新階段。此外,農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)的發(fā)展和作物栽培學(xué)、作物育種學(xué)、土壤肥料學(xué)和農(nóng)業(yè)氣象學(xué)等學(xué)科有密切的聯(lián)系[1]。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)的核心宗旨是通過系統(tǒng)闡明害蟲災(zāi)變機(jī)制,建立早期監(jiān)測預(yù)警體系和基于農(nóng)業(yè)防治、生物防治、化學(xué)防治、物理防治等方法的持續(xù)治理理論技術(shù)體系。近代科學(xué)技術(shù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展,正促使農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)進(jìn)一步向著多學(xué)科綜合與交叉的方向發(fā)展。害蟲防治策略和技術(shù)的研究,已不僅是微觀上的繼續(xù)深化,而且還包括從農(nóng)業(yè)生態(tài)系的整體出發(fā),在研究分析生物與非生物兩大類因素間有機(jī)聯(lián)系的基礎(chǔ)上,協(xié)調(diào)制定防治措施,并從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)的觀點(diǎn)設(shè)計和推行綜合防治方案。隨著分子生物學(xué)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)和信息技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)將進(jìn)入一個新階段,通過害蟲防治理論的創(chuàng)新來開辟害蟲防治的新途徑[3-6]。

2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀與存在差距

我國農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)科研隊伍主要分布于國家和省屬農(nóng)業(yè)科學(xué)院、高等院校和中國科學(xué)院三大系統(tǒng)。多數(shù)農(nóng)業(yè)科學(xué)院下設(shè)植物保護(hù)研究所。此外,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻、棉花、麻類、甜菜、蔬菜花卉、油料作物、果樹、柑橘、茶葉等專業(yè)研究所均設(shè)有農(nóng)業(yè)昆蟲實驗室。全國高等院校中,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等約50家農(nóng)業(yè)類院校設(shè)有農(nóng)業(yè)昆蟲教研室,中國科學(xué)院動物研究所和上海植物生理生態(tài)研究所等也設(shè)有農(nóng)業(yè)昆蟲研究機(jī)構(gòu)。目前我國從事農(nóng)業(yè)昆蟲研究的科技人員約5 000人左右。

“十一五”以來,國家自然科學(xué)基金、科技部“973”計劃、“863”計劃、科技支撐計劃以及農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項等分別對農(nóng)業(yè)昆蟲立項資助?？萍疾?006年啟動“973”項目“重大農(nóng)業(yè)害蟲猖獗危害的機(jī)制及可持續(xù)控制的基礎(chǔ)研究”,在科技支撐計劃“農(nóng)林重大生物災(zāi)害防控技術(shù)研究”項目中有13個課題涉及害蟲防治研究。2007-2009年,農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項對近20種(類)主要害蟲進(jìn)行立項研究。此外,在“863”計劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目和面上項目中,也有很多相關(guān)的研究課題。在這些項目的資助下,我國科學(xué)家研究建立了水稻、小麥、玉米、蔬菜、果樹和棉花等主要作物的重要害蟲監(jiān)測預(yù)警與控制技術(shù)體系。對煙粉虱、棉鈴蟲和蝗蟲等農(nóng)業(yè)害蟲的基礎(chǔ)研究取得了多項在國際上有重大影響的科研成果,在Science,PNAS等國際頂尖科學(xué)刊物上發(fā)表一批重要研究論文[7-10]。

歐美等發(fā)達(dá)國家高度重視害蟲治理新理論與新技術(shù)的研究工作。進(jìn)入21世紀(jì),隨著以生物技術(shù)和信息技術(shù)為代表的第二次農(nóng)業(yè)技術(shù)革命的到來,害蟲防治的理論和方法得到了進(jìn)一步的發(fā)展。近年來基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展和突破又推動了分子生物學(xué)和生物技術(shù)的迅猛發(fā)展,并衍生出抗蟲轉(zhuǎn)基因植物、轉(zhuǎn)基因昆蟲、殺蟲基因重組微生物、作物害蟲的分子檢測與診斷技術(shù),并交叉融合形成分子昆蟲學(xué)等學(xué)科[11-17]。地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等信息技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用,提高了對害蟲種群監(jiān)測和預(yù)警的能力和水平。這些技術(shù)的突破和新學(xué)科的產(chǎn)生,為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)注入了新的活力,正引領(lǐng)害蟲防治學(xué)的發(fā)展方向。

與發(fā)達(dá)國家相比,我國農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)的基礎(chǔ)研究還較為薄弱,在轉(zhuǎn)基因昆蟲、昆蟲功能基因組、害蟲與寄主植物的協(xié)同進(jìn)化、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)、轉(zhuǎn)基因作物利用等領(lǐng)域的研究工作存在較大的差距。

3 產(chǎn)業(yè)需求趨勢與重點(diǎn)研究領(lǐng)域

害蟲防治作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一項重要措施,在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中具有舉足輕重的作用。農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)的優(yōu)先研究領(lǐng)域和國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的當(dāng)前重大科技需求及潛在的需求高度相關(guān)。未來5～10年我國農(nóng)作物生產(chǎn)的害蟲防治技術(shù)需求主要涉及2個方面,一是在全球氣候變化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、國際經(jīng)濟(jì)一體化的背景下,我國主要農(nóng)作物害蟲發(fā)生規(guī)律與控制對策,二是傳統(tǒng)的害蟲防治技術(shù)已不能滿足現(xiàn)階段我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求,需要通過科技創(chuàng)新提供害蟲持續(xù)控制的新方法。因此,未來5～10年我國農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)的優(yōu)先研究領(lǐng)域?qū)⒓杏冢?1)研究產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、國際經(jīng)濟(jì)一體化和全球氣候變化下,主要糧食、棉花、蔬菜和油料作物害蟲種群演變規(guī)律、災(zāi)變機(jī)理、監(jiān)測預(yù)警與持續(xù)治理技術(shù);(2)研究農(nóng)業(yè)害蟲防治的新技術(shù)與新理論,包括生態(tài)調(diào)控、遺傳控制、信息素干擾、誘殺和轉(zhuǎn)基因作物與轉(zhuǎn)基因昆蟲利用等。

4 促進(jìn)農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)發(fā)展的策略

4.1 學(xué)科建設(shè)

農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)科研體系建設(shè),一方面需要考慮主要分支學(xué)科的組成布局,包括昆蟲種群生態(tài)學(xué)、昆蟲行為學(xué)、昆蟲生理學(xué)、昆蟲化學(xué)生態(tài)學(xué)、昆蟲生物化學(xué)、昆蟲分子生物學(xué)、昆蟲毒理學(xué)、害蟲綜合治理學(xué)等;另一方面也要考慮農(nóng)業(yè)害蟲主要為害作物的產(chǎn)區(qū)與地理分布。在北京、上海和廣州等農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)科研院校和國家科研平臺集中的區(qū)域進(jìn)行基礎(chǔ)研究的學(xué)科建設(shè),而在主要農(nóng)作物的產(chǎn)區(qū)側(cè)重于應(yīng)用基礎(chǔ)和應(yīng)用技術(shù)研究的學(xué)科建設(shè)。

4.2 人才培養(yǎng)

針對我國農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)高層次創(chuàng)造性人才缺乏等問題,通過國家杰出青年基金和青年基金等人才項目,實施以高層次人才和青年學(xué)者為重點(diǎn)的培養(yǎng)計劃,造就一批高水平的學(xué)科帶頭人,培養(yǎng)一批學(xué)術(shù)基礎(chǔ)扎實、具有創(chuàng)新能力和突出發(fā)展?jié)摿Φ闹星嗄陮W(xué)術(shù)骨干。加強(qiáng)農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)學(xué)術(shù)團(tuán)隊建設(shè),建成一批能夠承擔(dān)學(xué)科建設(shè)重大攻關(guān)任務(wù)的學(xué)術(shù)團(tuán)隊。

4.3 科研平臺

加強(qiáng)農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)國家和部門相關(guān)重點(diǎn)實驗室和野外臺站建設(shè)工作,提升農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)科研試驗基地的規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn),實現(xiàn)科研設(shè)施的配套完善。此外,還要制定完善各種平臺管理辦法和技術(shù)措施,打破部門單位封閉格局,促進(jìn)全國性的交流共享,吸引國內(nèi)外有關(guān)單位、優(yōu)秀科學(xué)家參與平臺建設(shè),努力使相關(guān)平臺成為在國內(nèi)外具有重要影響、引領(lǐng)我國農(nóng)業(yè)科技發(fā)展方向的重要創(chuàng)新基地。

4.4 項目設(shè)計

瞄準(zhǔn)世界農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)科技前沿和國家重大需求,抓好重大科研項目的設(shè)計。通過重大項目的實施,組織開展全國農(nóng)業(yè)科研大協(xié)作,鼓勵和推進(jìn)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、省市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、農(nóng)業(yè)院校及綜合性大學(xué)和中國科學(xué)院系統(tǒng)農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)科研團(tuán)隊的科研協(xié)作和學(xué)術(shù)交流等。

4.5 評價指標(biāo)

農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)的研究包括基礎(chǔ)、應(yīng)用基礎(chǔ)和應(yīng)用技術(shù)等不同類型的工作。一般從事昆蟲分子生物學(xué)的研究發(fā)表論文的影響因子較高,而個體生物學(xué)與生態(tài)學(xué)方面的研究論文影響因子較低。一個基于論文影響因子的評價體系將不利于學(xué)科的平衡發(fā)展。因此,在人才基金和科研項目的立項和驗收過程中要考慮各分支學(xué)科的特點(diǎn),完善農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)科研的考核與評價體系,促進(jìn)農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)學(xué)科體系的健康發(fā)展。

4.6 國際合作

我國農(nóng)業(yè)昆蟲的基礎(chǔ)研究還整體上落后于西方發(fā)達(dá)國家,國際合作和交流有助于提高我國的基礎(chǔ)研究水平。此外,一些重要害蟲存在跨國界的遷移危害,其發(fā)生規(guī)律和防控研究需要相關(guān)國家的參與;外來入侵害蟲的控制需要國際間協(xié)作開展起源與入侵地間地理分布、生理生態(tài)適應(yīng)性和種群遺傳結(jié)構(gòu)以及到起源地引進(jìn)天敵等工作。因此,建議優(yōu)先合作領(lǐng)域包括：(1)重要農(nóng)業(yè)昆蟲的功能基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué);(2)害蟲生態(tài)調(diào)控、遺傳防治、轉(zhuǎn)基因作物與轉(zhuǎn)基因昆蟲利用等新技術(shù);(3)具有跨境轉(zhuǎn)移為害的稻飛虱、草地螟和蝗蟲等重大害蟲的區(qū)域性監(jiān)測與治理研究;(4)外來入侵害蟲生物學(xué)與治理技術(shù)等。

加強(qiáng)國際合作與交流的政策需求和保障措施包括：(1)從國家層面和國際水稻研究所(IRRI)等國際性科研機(jī)構(gòu)、國際生命科學(xué)研究中心(CABI)、美國農(nóng)業(yè)研究局(ARS)和澳大利亞科學(xué)院(CSIRO)等國家農(nóng)業(yè)科研機(jī)構(gòu)建立雙邊或多邊合作關(guān)系。與國家重大科技計劃和國家與部門重點(diǎn)實驗室等相結(jié)合,依托有優(yōu)勢的大學(xué)、研究院所與國外合作建立一批高水平的農(nóng)業(yè)昆蟲聯(lián)合實驗室;(2)鼓勵并支持我國昆蟲科學(xué)家和科研機(jī)構(gòu)參與或牽頭組織國際和區(qū)域性的昆蟲學(xué)會議,提供穩(wěn)定的、高強(qiáng)度的國際合作基金支持雙邊或多邊合作項目;(3)選派科研人員到國際先進(jìn)實驗室或周邊相關(guān)國家開展學(xué)術(shù)交流和合作研究,聘請一批高水平的海外昆蟲學(xué)家和優(yōu)秀科技人才團(tuán)隊到國內(nèi)從事合作研究、學(xué)術(shù)交流、技術(shù)培訓(xùn)或工作任職。

[1]K ogan M.Integ rated pest management：histo rical perspectives and contemporary developments[J].Annual Review of Entomology,1998,43：243-270.

[2]吳孔明,陸宴輝,王振營.我國農(nóng)業(yè)害蟲綜合防治研究現(xiàn)狀與展望[J].昆蟲知識,2009,46(6)：831-836.

[3]James C.Global status of commercialized biotech/GM crops：2008.ISAAA Briefs：39(ISA AA,Ithaca,NY,2008).

[4]Romeis J,Shelton A M,Kennedy G.Integration of insect-resistant genetically modified crops within IPM programs[M].Dordrecht,the Netherlands,Springer,2008.

[5]Gilbert L I,Iatrou K,Gill S S.Comprehensive insect molecular science[M].Ox ford,Elsevier,2004.

[6]V reysen M J B,Robinson A S,Hendrichs J.Area-wide control of insect pests：from research to field implementation[M].New York：Springer,2007.

[7]Kang L,ChenX Y,Zhou Y,et al.The analysis of large-scale gene expression correlated to the phase changes of the migratory locust[J].Proc Nat Acad Sci,2004,101：17611-17615.

[8]Liu Z W,Williamson M S,Lansdell S J,et al.A nicotinic acetylcholine recepto r mutation conferring target site resistance to imidacloprid in Nilaparvata lugens(brown planthopper)[J].Proc Nat Acad Sci,2005,102：8420-8425.

[9]Liu S S,de Barro P J,Xu J,et al.Asymmetric mating interactions drive widespread invasion and displacement in a whitefly[J].Science,2007,318：1769-1772.

[10]Wu kongming,Lu Yanhui,Feng Hongqiang,et al.Suppression of cotton bollworm in multiple crops in China in areas with Bt toxin-containing cotton[J].Science,2008,321：1676-1678.

[11]Tabashnik B E,Gassmann A J,Crowder D W,et al.Insect resistance to Bt crops：evidence versus theory[J].Nature Biotechnology,2008,26：199-202.

[12]Zhang P,Zheng S,Joop J A,et al.Whiteflies interfere with indirect plant defense against spider mites in Lima bean[J].Proc Nat Acad Sci,2009,106：21202-21207.

[13]Carde R T.Insect migration：do migrant moths know where they are heading?[J].Current Biology,2008,18：472-474.

[14]Chapman J W,Reynolds D R,M ouritsen,et al.Wind selection and drift compensation optimize migratory pathway s in a hig h-flying moth[J].Current Biology,2008,18：514-518.

[15]Holland R A,Wikelski M,Wilcove D S.How and why do insects mig rate?[J].Science,2006,313：794-796.

[16]Zhu H,Sauman I,Yuan Q,et al.Cryptochromes define a novel circadian clock mechanism in monarch butterflies that may underlie sun compass navigation[J].PLoS Biology,2008,6：e4.

[17]Zhu H,Yuan Q,Briscoe A D,et al.The two CRYs of the butterfly[J].Current Biology,2005,15：953-954.