我国农业昆虫学的现状及发展策略

吴孔明

(中国农业科学院植物保护研究所,植物病虫害生物学国家重点实验室,北京 100193)

昆虫的种类多达100万种以上,绝大多数以植物为寄主,是自然生态系统的重要组成部分。在农作物生长过程中,一些种类的昆虫通过取食作物、获取营养而显著降低农产品的产量和品质,成为制约农业生产的重要因子[1]。农业昆虫学是以农田生态系统昆虫为研究对象的科学,重点研究作物害虫的生物学、发生规律及持续控制的理论与方法。进入21世纪,在全球气候变化、产业结构调整和国际贸易一体化的新形势下,我国农业害虫的发生与危害呈严重发展趋势[2]。加强我国农业昆虫学科体系建设,提升害虫监测预警与防控基础理论的创新能力,建立高效、持久、安全的农业害虫监测预警、应急处理与可持续治理的技术体系,对保障国家粮食安全、生态安全和经济安全,促进农民增收和农业发展有重要意义。

1 农业昆虫学的发展规律与特点

害虫的防治可追溯于人类种植作物的早期。我国在春秋战国时期已有对农业害虫观察和防治的记述,在古希腊的著作中也有防治害虫的记载。17世纪显微镜的应用以及18世纪中叶林奈关于动植物分类双名法的创立,奠定了昆虫学的基础。此后所开展的害虫生物学与防治的研究工作产生了农业昆虫学的萌芽。到19世纪中叶,哈里斯《植物害虫论说》一书的出版和德国学者黑克尔将生态学概念引入农业害虫防治,促进了农业昆虫学学科体系的形成。

农业昆虫学是从昆虫学发展起来的一门应用学科,它的演化和昆虫学基础分支学科以及化学等学科的发展密切相关。20世纪40年代,由于农药化学取得了突破性的进展,滴滴涕的合成与应用以及有机氯和有机磷等农药相继问世,推动了害虫化学防治理论与技术的发展。此后,昆虫行为学、昆虫生态学、昆虫生理学和昆虫毒理学等分支学科的形成使农业昆虫学进入了快速发展阶段,综合防治理论体系的建立使害虫防治进入了综合应用多学科知识的新阶段。此外,农业昆虫学的发展和作物栽培学、作物育种学、土壤肥料学和农业气象学等学科有密切的联系[1]。

现代农业昆虫学的核心宗旨是通过系统阐明害虫灾变机制,建立早期监测预警体系和基于农业防治、生物防治、化学防治、物理防治等方法的持续治理理论技术体系。近代科学技术和农业生产的不断发展,正促使农业昆虫学进一步向着多学科综合与交叉的方向发展。害虫防治策略和技术的研究,已不仅是微观上的继续深化,而且还包括从农业生态系的整体出发,在研究分析生物与非生物两大类因素间有机联系的基础上,协调制定防治措施,并从经济和环境保护的观点设计和推行综合防治方案。随着分子生物学、转基因技术和信息技术等现代科学技术的发展和应用,农业昆虫学将进入一个新阶段,通过害虫防治理论的创新来开辟害虫防治的新途径[3-6]。

2 国内研究现状与存在差距

我国农业昆虫学科研队伍主要分布于国家和省属农业科学院、高等院校和中国科学院三大系统。多数农业科学院下设植物保护研究所。此外,中国农业科学院水稻、棉花、麻类、甜菜、蔬菜花卉、油料作物、果树、柑橘、茶叶等专业研究所均设有农业昆虫实验室。全国高等院校中,中国农业大学等约50家农业类院校设有农业昆虫教研室,中国科学院动物研究所和上海植物生理生态研究所等也设有农业昆虫研究机构。目前我国从事农业昆虫研究的科技人员约5 000人左右。

“十一五”以来,国家自然科学基金、科技部“973”计划、“863”计划、科技支撑计划以及农业部公益性行业科研专项等分别对农业昆虫立项资助。科技部2006年启动“973”项目“重大农业害虫猖獗危害的机制及可持续控制的基础研究”,在科技支撑计划“农林重大生物灾害防控技术研究”项目中有13个课题涉及害虫防治研究。2007-2009年,农业部公益性行业科研专项对近20种(类)主要害虫进行立项研究。此外,在“863”计划、国家自然科学基金重点项目和面上项目中,也有很多相关的研究课题。在这些项目的资助下,我国科学家研究建立了水稻、小麦、玉米、蔬菜、果树和棉花等主要作物的重要害虫监测预警与控制技术体系。对烟粉虱、棉铃虫和蝗虫等农业害虫的基础研究取得了多项在国际上有重大影响的科研成果,在Science,PNAS等国际顶尖科学刊物上发表一批重要研究论文[7-10]。

欧美等发达国家高度重视害虫治理新理论与新技术的研究工作。进入21世纪,随着以生物技术和信息技术为代表的第二次农业技术革命的到来,害虫防治的理论和方法得到了进一步的发展。近年来基因组学和蛋白质组学的发展和突破又推动了分子生物学和生物技术的迅猛发展,并衍生出抗虫转基因植物、转基因昆虫、杀虫基因重组微生物、作物害虫的分子检测与诊断技术,并交叉融合形成分子昆虫学等学科[11-17]。地理信息系统、全球定位系统等信息技术和计算机网络技术的应用,提高了对害虫种群监测和预警的能力和水平。这些技术的突破和新学科的产生,为现代农业昆虫学注入了新的活力,正引领害虫防治学的发展方向。

与发达国家相比,我国农业昆虫学的基础研究还较为薄弱,在转基因昆虫、昆虫功能基因组、害虫与寄主植物的协同进化、农田生态系统食物网、转基因作物利用等领域的研究工作存在较大的差距。

3 产业需求趋势与重点研究领域

害虫防治作为农业生产的一项重要措施,在农业可持续发展中具有举足轻重的作用。农业昆虫学的优先研究领域和国家农业生产的当前重大科技需求及潜在的需求高度相关。未来5～10年我国农作物生产的害虫防治技术需求主要涉及2个方面,一是在全球气候变化、产业结构调整、国际经济一体化的背景下,我国主要农作物害虫发生规律与控制对策,二是传统的害虫防治技术已不能满足现阶段我国农业生产的需求,需要通过科技创新提供害虫持续控制的新方法。因此,未来5～10年我国农业昆虫学的优先研究领域将集中于：(1)研究产业结构调整、国际经济一体化和全球气候变化下,主要粮食、棉花、蔬菜和油料作物害虫种群演变规律、灾变机理、监测预警与持续治理技术;(2)研究农业害虫防治的新技术与新理论,包括生态调控、遗传控制、信息素干扰、诱杀和转基因作物与转基因昆虫利用等。

4 促进农业昆虫学发展的策略

4.1 学科建设

农业昆虫学科研体系建设,一方面需要考虑主要分支学科的组成布局,包括昆虫种群生态学、昆虫行为学、昆虫生理学、昆虫化学生态学、昆虫生物化学、昆虫分子生物学、昆虫毒理学、害虫综合治理学等;另一方面也要考虑农业害虫主要为害作物的产区与地理分布。在北京、上海和广州等农业昆虫学科研院校和国家科研平台集中的区域进行基础研究的学科建设,而在主要农作物的产区侧重于应用基础和应用技术研究的学科建设。

4.2 人才培养

针对我国农业昆虫学高层次创造性人才缺乏等问题,通过国家杰出青年基金和青年基金等人才项目,实施以高层次人才和青年学者为重点的培养计划,造就一批高水平的学科带头人,培养一批学术基础扎实、具有创新能力和突出发展潜力的中青年学术骨干。加强农业昆虫学学术团队建设,建成一批能够承担学科建设重大攻关任务的学术团队。

4.3 科研平台

加强农业昆虫学国家和部门相关重点实验室和野外台站建设工作,提升农业昆虫学科研试验基地的规模和标准,实现科研设施的配套完善。此外,还要制定完善各种平台管理办法和技术措施,打破部门单位封闭格局,促进全国性的交流共享,吸引国内外有关单位、优秀科学家参与平台建设,努力使相关平台成为在国内外具有重要影响、引领我国农业科技发展方向的重要创新基地。

4.4 项目设计

瞄准世界农业昆虫学科技前沿和国家重大需求,抓好重大科研项目的设计。通过重大项目的实施,组织开展全国农业科研大协作,鼓励和推进中国农业科学院、省市农业科学院、农业院校及综合性大学和中国科学院系统农业昆虫学科研团队的科研协作和学术交流等。

4.5 评价指标

农业昆虫学的研究包括基础、应用基础和应用技术等不同类型的工作。一般从事昆虫分子生物学的研究发表论文的影响因子较高,而个体生物学与生态学方面的研究论文影响因子较低。一个基于论文影响因子的评价体系将不利于学科的平衡发展。因此,在人才基金和科研项目的立项和验收过程中要考虑各分支学科的特点,完善农业昆虫学科研的考核与评价体系,促进农业昆虫学学科体系的健康发展。

4.6 国际合作

我国农业昆虫的基础研究还整体上落后于西方发达国家,国际合作和交流有助于提高我国的基础研究水平。此外,一些重要害虫存在跨国界的迁移危害,其发生规律和防控研究需要相关国家的参与;外来入侵害虫的控制需要国际间协作开展起源与入侵地间地理分布、生理生态适应性和种群遗传结构以及到起源地引进天敌等工作。因此,建议优先合作领域包括：(1)重要农业昆虫的功能基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学;(2)害虫生态调控、遗传防治、转基因作物与转基因昆虫利用等新技术;(3)具有跨境转移为害的稻飞虱、草地螟和蝗虫等重大害虫的区域性监测与治理研究;(4)外来入侵害虫生物学与治理技术等。

加强国际合作与交流的政策需求和保障措施包括：(1)从国家层面和国际水稻研究所(IRRI)等国际性科研机构、国际生命科学研究中心(CABI)、美国农业研究局(ARS)和澳大利亚科学院(CSIRO)等国家农业科研机构建立双边或多边合作关系。与国家重大科技计划和国家与部门重点实验室等相结合,依托有优势的大学、研究院所与国外合作建立一批高水平的农业昆虫联合实验室;(2)鼓励并支持我国昆虫科学家和科研机构参与或牵头组织国际和区域性的昆虫学会议,提供稳定的、高强度的国际合作基金支持双边或多边合作项目;(3)选派科研人员到国际先进实验室或周边相关国家开展学术交流和合作研究,聘请一批高水平的海外昆虫学家和优秀科技人才团队到国内从事合作研究、学术交流、技术培训或工作任职。

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