我國農業昆蟲學的現狀及發展策略

吳孔明

(中國農業科學院植物保護研究所,植物病蟲害生物學國家重點實驗室,北京 100193)

昆蟲的種類多達100萬種以上,絕大多數以植物為寄主,是自然生態系統的重要組成部分。在農作物生長過程中,一些種類的昆蟲通過取食作物、獲取營養而顯著降低農產品的產量和品質,成為制約農業生產的重要因子[1]。農業昆蟲學是以農田生態系統昆蟲為研究對象的科學,重點研究作物害蟲的生物學、發生規律及持續控制的理論與方法。進入21世紀,在全球氣候變化、產業結構調整和國際貿易一體化的新形勢下,我國農業害蟲的發生與危害呈嚴重發展趨勢[2]。加強我國農業昆蟲學科體系建設,提升害蟲監測預警與防控基礎理論的創新能力,建立高效、持久、安全的農業害蟲監測預警、應急處理與可持續治理的技術體系,對保障國家糧食安全、生態安全和經濟安全,促進農民增收和農業發展有重要意義。

1 農業昆蟲學的發展規律與特點

害蟲的防治可追溯于人類種植作物的早期。我國在春秋戰國時期已有對農業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世紀顯微鏡的應用以及18世紀中葉林奈關于動植物分類雙名法的創立,奠定了昆蟲學的基礎。此后所開展的害蟲生物學與防治的研究工作產生了農業昆蟲學的萌芽。到19世紀中葉,哈里斯《植物害蟲論說》一書的出版和德國學者黑克爾將生態學概念引入農業害蟲防治,促進了農業昆蟲學學科體系的形成。

農業昆蟲學是從昆蟲學發展起來的一門應用學科,它的演化和昆蟲學基礎分支學科以及化學等學科的發展密切相關。20世紀40年代,由于農藥化學取得了突破性的進展,滴滴涕的合成與應用以及有機氯和有機磷等農藥相繼問世,推動了害蟲化學防治理論與技術的發展。此后,昆蟲行為學、昆蟲生態學、昆蟲生理學和昆蟲毒理學等分支學科的形成使農業昆蟲學進入了快速發展階段,綜合防治理論體系的建立使害蟲防治進入了綜合應用多學科知識的新階段。此外,農業昆蟲學的發展和作物栽培學、作物育種學、土壤肥料學和農業氣象學等學科有密切的聯系[1]。

現代農業昆蟲學的核心宗旨是通過系統闡明害蟲災變機制,建立早期監測預警體系和基于農業防治、生物防治、化學防治、物理防治等方法的持續治理理論技術體系。近代科學技術和農業生產的不斷發展,正促使農業昆蟲學進一步向著多學科綜合與交叉的方向發展。害蟲防治策略和技術的研究,已不僅是微觀上的繼續深化,而且還包括從農業生態系的整體出發,在研究分析生物與非生物兩大類因素間有機聯系的基礎上,協調制定防治措施,并從經濟和環境保護的觀點設計和推行綜合防治方案。隨著分子生物學、轉基因技術和信息技術等現代科學技術的發展和應用,農業昆蟲學將進入一個新階段,通過害蟲防治理論的創新來開辟害蟲防治的新途徑[3-6]。

2 國內研究現狀與存在差距

我國農業昆蟲學科研隊伍主要分布于國家和省屬農業科學院、高等院校和中國科學院三大系統。多數農業科學院下設植物保護研究所。此外,中國農業科學院水稻、棉花、麻類、甜菜、蔬菜花卉、油料作物、果樹、柑橘、茶葉等專業研究所均設有農業昆蟲實驗室。全國高等院校中,中國農業大學等約50家農業類院校設有農業昆蟲教研室,中國科學院動物研究所和上海植物生理生態研究所等也設有農業昆蟲研究機構。目前我國從事農業昆蟲研究的科技人員約5 000人左右。

“十一五”以來,國家自然科學基金、科技部“973”計劃、“863”計劃、科技支撐計劃以及農業部公益性行業科研專項等分別對農業昆蟲立項資助。科技部2006年啟動“973”項目“重大農業害蟲猖獗危害的機制及可持續控制的基礎研究”,在科技支撐計劃“農林重大生物災害防控技術研究”項目中有13個課題涉及害蟲防治研究。2007-2009年,農業部公益性行業科研專項對近20種(類)主要害蟲進行立項研究。此外,在“863”計劃、國家自然科學基金重點項目和面上項目中,也有很多相關的研究課題。在這些項目的資助下,我國科學家研究建立了水稻、小麥、玉米、蔬菜、果樹和棉花等主要作物的重要害蟲監測預警與控制技術體系。對煙粉虱、棉鈴蟲和蝗蟲等農業害蟲的基礎研究取得了多項在國際上有重大影響的科研成果,在Science,PNAS等國際頂尖科學刊物上發表一批重要研究論文[7-10]。

歐美等發達國家高度重視害蟲治理新理論與新技術的研究工作。進入21世紀,隨著以生物技術和信息技術為代表的第二次農業技術革命的到來,害蟲防治的理論和方法得到了進一步的發展。近年來基因組學和蛋白質組學的發展和突破又推動了分子生物學和生物技術的迅猛發展,并衍生出抗蟲轉基因植物、轉基因昆蟲、殺蟲基因重組微生物、作物害蟲的分子檢測與診斷技術,并交叉融合形成分子昆蟲學等學科[11-17]。地理信息系統、全球定位系統等信息技術和計算機網絡技術的應用,提高了對害蟲種群監測和預警的能力和水平。這些技術的突破和新學科的產生,為現代農業昆蟲學注入了新的活力,正引領害蟲防治學的發展方向。

與發達國家相比,我國農業昆蟲學的基礎研究還較為薄弱,在轉基因昆蟲、昆蟲功能基因組、害蟲與寄主植物的協同進化、農田生態系統食物網、轉基因作物利用等領域的研究工作存在較大的差距。

3 產業需求趨勢與重點研究領域

害蟲防治作為農業生產的一項重要措施,在農業可持續發展中具有舉足輕重的作用。農業昆蟲學的優先研究領域和國家農業生產的當前重大科技需求及潛在的需求高度相關。未來5～10年我國農作物生產的害蟲防治技術需求主要涉及2個方面,一是在全球氣候變化、產業結構調整、國際經濟一體化的背景下,我國主要農作物害蟲發生規律與控制對策,二是傳統的害蟲防治技術已不能滿足現階段我國農業生產的需求,需要通過科技創新提供害蟲持續控制的新方法。因此,未來5～10年我國農業昆蟲學的優先研究領域將集中于：(1)研究產業結構調整、國際經濟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律、災變機理、監測預警與持續治理技術;(2)研究農業害蟲防治的新技術與新理論,包括生態調控、遺傳控制、信息素干擾、誘殺和轉基因作物與轉基因昆蟲利用等。

4 促進農業昆蟲學發展的策略

4.1 學科建設

農業昆蟲學科研體系建設,一方面需要考慮主要分支學科的組成布局,包括昆蟲種群生態學、昆蟲行為學、昆蟲生理學、昆蟲化學生態學、昆蟲生物化學、昆蟲分子生物學、昆蟲毒理學、害蟲綜合治理學等;另一方面也要考慮農業害蟲主要為害作物的產區與地理分布。在北京、上海和廣州等農業昆蟲學科研院校和國家科研平臺集中的區域進行基礎研究的學科建設,而在主要農作物的產區側重于應用基礎和應用技術研究的學科建設。

4.2 人才培養

針對我國農業昆蟲學高層次創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者為重點的培養計劃,造就一批高水平的學科帶頭人,培養一批學術基礎扎實、具有創新能力和突出發展潛力的中青年學術骨干。加強農業昆蟲學學術團隊建設,建成一批能夠承擔學科建設重大攻關任務的學術團隊。

4.3 科研平臺

加強農業昆蟲學國家和部門相關重點實驗室和野外臺站建設工作,提升農業昆蟲學科研試驗基地的規模和標準,實現科研設施的配套完善。此外,還要制定完善各種平臺管理辦法和技術措施,打破部門單位封閉格局,促進全國性的交流共享,吸引國內外有關單位、優秀科學家參與平臺建設,努力使相關平臺成為在國內外具有重要影響、引領我國農業科技發展方向的重要創新基地。

4.4 項目設計

瞄準世界農業昆蟲學科技前沿和國家重大需求,抓好重大科研項目的設計。通過重大項目的實施,組織開展全國農業科研大協作,鼓勵和推進中國農業科學院、省市農業科學院、農業院校及綜合性大學和中國科學院系統農業昆蟲學科研團隊的科研協作和學術交流等。

4.5 評價指標

農業昆蟲學的研究包括基礎、應用基礎和應用技術等不同類型的工作。一般從事昆蟲分子生物學的研究發表論文的影響因子較高,而個體生物學與生態學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科的平衡發展。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科的特點,完善農業昆蟲學科研的考核與評價體系,促進農業昆蟲學學科體系的健康發展。

4.6 國際合作

我國農業昆蟲的基礎研究還整體上落后于西方發達國家,國際合作和交流有助于提高我國的基礎研究水平。此外,一些重要害蟲存在跨國界的遷移危害,其發生規律和防控研究需要相關國家的參與;外來入侵害蟲的控制需要國際間協作開展起源與入侵地間地理分布、生理生態適應性和種群遺傳結構以及到起源地引進天敵等工作。因此,建議優先合作領域包括：(1)重要農業昆蟲的功能基因組學、轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學;(2)害蟲生態調控、遺傳防治、轉基因作物與轉基因昆蟲利用等新技術;(3)具有跨境轉移為害的稻飛虱、草地螟和蝗蟲等重大害蟲的區域性監測與治理研究;(4)外來入侵害蟲生物學與治理技術等。

加強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)等國際性科研機構、國際生命科學研究中心(CABI)、美國農業研究局(ARS)和澳大利亞科學院(CSIRO)等國家農業科研機構建立雙邊或多邊合作關系。與國家重大科技計劃和國家與部門重點實驗室等相結合,依托有優勢的大學、研究院所與國外合作建立一批高水平的農業昆蟲聯合實驗室;(2)鼓勵并支持我國昆蟲科學家和科研機構參與或牽頭組織國際和區域性的昆蟲學會議,提供穩定的、高強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實驗室或周邊相關國家開展學術交流和合作研究,聘請一批高水平的海外昆蟲學家和優秀科技人才團隊到國內從事合作研究、學術交流、技術培訓或工作任職。

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