中国农业科学院植物保护研究所科学研究五十年华诞

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农科院：科技进步显神威风雨砥砺造辉煌
——中国农业科学院植物保护研究所科学研究五十年
    在党的十七大胜利召开之际，中国农业科学院植物保护研究所迎来了五十周年的华诞。该所是专业从事农作物有害生物研究与防治的社会公益性国家级科研机构，成立于1957年8月，是中国农业科学院成立最早、规模最大的研究所之一。其主要任务是以农业有害生物和农药为主要研究对象，研究和解决农业生产中植物保护的重大基础理论、应用基础和应用技术问题，促进科技成果的转化，开展国际植物保护科学技术的合作与交流，为农业生产、粮食安全、食品安全以及环境安全提供科技支撑。
    病虫草鼠害是影响我国农作物安全生产的严重生物灾害。50年来，植物保护研究所紧紧围绕国家农业生产的战略需求，瞄准世界植物保护科技前沿，以我国农作物重大生物灾害为对象，积极投身农业生产主战场，在科技创新、人才培养、学科发展和科研平台建设等方面取得令人注目的成绩。涌现出以邱式邦院士、李光博院士和郭予元院士为代表的一批杰出科学家；建成了我国植物保护科学领域的第一个国家重点实验室；构建了一支涉及农业昆虫、植物病理、农药、农业转基因生物安全、外来生物入侵、生物防治、杂草和鼠害等学科的科技创新团队；先后主持完成了500多项国家“973计划”、“863计划”、科技攻关计划、国家自然科学基金和国际合作等重大科研任务；阐明了小麦条锈病、棉花枯黄萎病、大豆孢囊线虫病、蝗虫、粘虫、棉铃虫、玉米螟等主要农作物重大病虫害的灾变规律，成功研发出一系列关键防控技术，建立了综合防治技术体系；取得了“中国小麦条锈病的流行体系”、“粘虫越冬迁飞规律”和“应用基因工程技术创造抗黄矮病转基因小麦新种质”等一大批具有国际领先水平的科技成果，获得国家奖38项、省部奖190多项；编写出版了《中国农作物病虫害》、《作物卫士》和《棉铃虫研究》等科学专著和科普书刊逾百部，发表科技论文3600余篇，促进了我国植物保护学科的建设与发展，为我国粮食安全和农民增收做出了重要贡献。
    植物保护研究所在1992年和1996年由农业部组织的对全国农业科研机构综合实力评估中两次名列第一，1996年被评为“八五”全国农业基础研究十强研究所。依托该所组建的植物病虫害生物学国家重点实验室在国家有关部门组织的三次统一评估中均取得了优异成绩。
    一、农业害虫研究
    通过对粘虫、棉铃虫、玉米螟、蝗虫、麦蚜、小麦吸浆虫、水稻螟虫、草地螟、美洲斑潜蝇、甜菜夜蛾及地下害虫等农作物重大害虫的生物学特性、种群动态规律、灾变规律以及监测预警与可持续控制技术的系统研究，取得了一批优秀成果。
    在粘虫研究方面，通过组织多学科、多部门协作，研究揭示了粘虫远距离迁飞规律、路线以及迁飞行为发生与调控、迁飞能源物质、飞行肌超微结构、迁飞与生殖关系等生理生态机制，组建了粘虫测报专家系统；制定了“加强南方越冬代及江淮地区一代粘虫防治，控制全国粘虫发生危害”的防治策略，建立了以应用灭幼脲为主，保护利用天敌的配套防治技术，目前已基本控制了华南和江淮地区越冬代和一代粘虫的危害。其中，“粘虫越冬迁飞规律研究”成果于1982年获得国家自然科学三等奖。
    在棉铃虫研究方面，探明了棉铃虫地理型及其生态区划、滞育及兼性迁飞和远距离迁飞的生物学特性和生态机制；建立了棉铃虫迁飞路径和轨迹的预测模拟模型并进行实际预测；组建了棉铃虫多个预测模型及灾变预警系统，显著提高了测报准确率；创建了多指标测定棉花品种对棉铃虫抗性程度的综合量化评估技术；初步明确了Cry1Ac蛋白在棉花-棉铃虫-中红侧沟茧蜂间的传递规律；制定综合治理棉铃虫抗药性的对策。提出“一代监测、二代保顶、三代保蕾、四代保铃”的黄河流域棉区不同世代棉铃虫防控对策，组建了棉铃虫综合防治技术体系并在华北地区大面积推广应用。在1992年棉铃虫特大发生时，棉铃虫综合防治技术体系和关键防治技术经受住了严峻考验，由于预报准确、防治策略合理、防治措施有效，5万亩示范区内其危害损失控制在15%以下，皮棉单产仍达到每亩70公斤以上，比周围非示范区挽回损失40~60%。“控制棉花主要害虫综合防治对策及关键技术”成果于1998年获国家科技进步二等奖，“控制棉铃虫猖獗危害配套综合防治关键技术”成果于1991年获国家科技进步三等奖。
    在小麦吸浆虫研究方面，明确小麦吸浆虫种群动态规律；改进了吸浆虫田间虫口密度调查取样技术，组建了吸浆虫发生程度及发生期的预测模型，提高了测报准确率；探明了小麦品种抗吸浆虫机理，组建了品种抗性判别模型，创建了品种抗性鉴定和抗源筛选技术；查明了吸浆虫的天敌种类及控害作用，提出了天敌保护利用技术；研究改进了化学防治对策和防治技术，组建了综合治理技术体系。“小麦吸浆虫种群动态规律及综合治理技术体系”研究成果于1998年获国家科技进步三等奖。
    在玉米螟研究方面，从1957年便开始对此害虫的发生规律、危害习性、产量损失以及以颗粒剂防治为主的综合防治技术进行了系统研究，首次明确了我国玉米螟优势种为亚洲玉米螟及其在不同世代不同季节条件下的扩散和迁飞规律，成功研发出玉米螟人工大量饲养技术、抗螟性鉴定利用以及赤眼蜂防螟技术和心叶期颗粒剂治螟保产技术。“玉米螟人工大量饲养、抗螟性鉴定及高效治螟技术”研究成果于1985年获国家科技进步三等奖。
    此外，在重大害虫的监测预警技术和抗虫品种的鉴定、筛选和利用研究方面亦取得了一些重要成果。例如，自主研发出一套适合扫描昆虫雷达的数字化采集与分析系统，实现了扫描昆虫雷达回波数据的采集、处理和分析的自动化与智能化，解决了昆虫长期实时监测技术手段的难题，提高了我国农作物重大迁飞性害虫早期监测预警技术水平；制定了多种作物对害虫抗性评定技术规程，筛选出一批中、高抗虫性品种，成功选育出“中植棉2号”、“植单抗螟1号”等抗虫、高产、优质的棉花、玉米新品种，并在生产上推广应用。
    二、植物病害研究
    针对我国主要农作物的重大病害，如小麦锈病、白粉病、黑穗病、病毒病、棉花枯黄萎病、水稻条纹叶枯病、白叶枯病、甘薯黑斑病、马铃薯青枯病、大豆和蔬菜线虫病等，系统开展了病害发生流行规律和综合防治研究，制定了综合防治策略，研发出一系列关键防控技术，并在生产上进行试验示范和推广应用，取得了很好的防病增产效果。
    在小麦条锈病研究方面，通过全国小麦锈病工作者50多年的长期大协作，完整地揭示了中国小麦条锈病的流行体系，查明了中国小麦条锈菌的越夏、越冬地区、方式和条件，明确了病害大区流行规律、菌源传播规律以及病菌致病性变异与品种抗病性“丧失”的关系；建立了一套切合中国实际的条锈菌生理小种鉴别寄主和监测系统，先后发现了32个致病性小种和24个致病类型；研究发现陇南、川西北等地区是我国小麦条锈病的重要菌源基地、病菌新小种产生的策源地和品种抗病性变异的易变区。根据中国小麦条锈病的流行体系，制定出了“综合治理越夏易变区，保护广大冬麦区”的防锈策略，提出了可行的病害预测预报方法，准确率达78%，研发出包括粉锈宁药剂拌种、适期晚播、深翻灭苗、停麦改种以及作物多样性和品种抗病基因多样性利用在内的一系列病害关键防治技术，并在甘肃、四川等条锈病菌源基地进行较大规模的试验示范和推广应用，控害保产效果显著。成功选育出分别携带13个和7个不同抗条锈病基因的2套小麦单基因近等基因系，发明了与13个抗条锈病基因共分离或紧密连锁的分子标记，部分标记已在抗病基因检测和抗病育种中应用，培育出抗病高产小麦新品种“中植1号”，已通过品种审定。“中国小麦条锈病流行体系的研究”成果于1987年获国家自然科学二等奖，“繁6及其衍生系小麦抗条锈性变异及对策研究”成果于1999年获得国家科技进步三等奖。
    在棉花枯黄萎病研究方面，发现了我国棉花枯萎病菌为尖镰孢萎蔫专化型，将我国的棉花枯萎病菌分为3、7、8号3个小种，其中7、8号小种是世界上首次报道，7号小种为我国优势小种；查明了我国黄萎病菌有落叶型强致病力菌系、混合型中度致病力菌系和非落叶型弱致病力菌系3个致病类型；研究建立了可区分棉花枯萎病不同小种和黄萎病落叶型和非落叶型黄萎病菌分子标记体系；鉴定和筛选出一批既抗枯萎病又抗黄萎病的棉花品种或新种质，成功选育出86-1、中植棉1号等一批优良抗病品种，并在生产大面积推广应用；建立了以抗病品种为主的棉花枯黄萎病综合防治技术体系。“棉花抗枯萎病、高产新品种86-1”于1985年获国家发明二等奖，“棉花枯萎病和黄萎病生物学及抗病种质的创新与利用”于2005年获北京市科技进步一等奖。
    小麦白粉病、黄矮病、水稻条纹叶枯病、甘薯黑斑病、马铃薯青枯病、大豆孢囊线虫病等的研究成效亦较显著，对农业安全生产发挥了重要作用。如研究提出了“以搞好无病留种地为基础，安全储藏为保证”的甘薯黑斑病综合防治技术体系，有效控制了我国甘薯黑斑病的发生危害；培育出抗青枯病马铃薯新品种“抗青9-1”，并在我国西南地区推广应用，抗病增产效果显著。
    在植物病害高新技术研究方面也取得了世人瞩目的成绩。例如，完成了中国大麦黄矮病毒BYDV-PAV的基因组核苷酸全序列分析，创制出世界上首例抗黄矮病毒转基因小麦新种质；建立了水稻基因功能分析体系；研究明确了青枯菌Ⅱ型分泌系统在青枯菌致病过程中的重要作用，完成了极细链格孢激活蛋白从蛋白纯化到基因序列的鉴定和激活蛋白新基因的克隆与表达，建立了生物质谱研究蛋白质组的技术体系等等。其中，“应用基因工程技术创造出抗黄矮病毒转基因小麦新种质”研究成果被评为“九五”全国十大科技成就之一。
    三、农药研究
    围绕高效、低毒、低残留农药新品种、新剂型和新器械的创制以及农药应用技术、有效成分分析、残留检测和有害生物抗药性等开展了全面而系统的研究，取得了重要进展。自上世纪五六十年代首先合成了我国第一个大吨位有机氯农药品种-六六六后，在国内又先后研发成功了1605、1059、DDT、保棉丰、氯丹、苯菌灵、氟硅脲、噻菌灵、抗蚜威、杀虫脒、萎锈灵、2，4-滴等20多个农药品种，对当时地下害虫、小麦吸浆虫、条锈病等重要病虫害的有效防控发挥了重要作用；此外，还筛选出可作为杀菌剂开发的先导化合物吡吗啉；合成了对烟草花叶病毒有较好防效的高密度多电荷寡糖及水杨酸七糖缀合物。在加工制剂研究方面，先后研制出包括我国第一个农用乳化剂(BY乳化剂)在内的一系列乳化剂产品，创制出了乳粉剂型、滴滴涕浓乳剂、乐果乳油、甲六粉、硫悬浮剂、杀虫双大粒剂、百菌清烟剂、高渗高效氯氰菊酯乳油和数十种混合制剂；近年来，对微乳剂、悬浮剂等进行了制剂成型的理论与相关质量技术指标的基础研究，研发出多种化学农药、微生物农药、可逆弱絮凝态悬浮种衣剂等10多种混剂，已获得发明专利或投产。在农药有效成分测定与残留分析方面，规范了几十种农药分析和残留分析方法，建立了40多种我国常用有机磷、氨基甲酸酯及菊酯类农药在水果、蔬菜中的多残留检测方法和合理使用准则，实施了9种农药在不同作物上的残留动态监测，属国内最早开展农药标准化和农药鉴定工作的单位。在农药使用技术方面，在国内首先开展了飞机超低容量喷雾防治农、林、卫生害虫，研制出低量手动吹雾器、立摇式手动喷粉器等施药器械以及保护地粉尘法及相关配套施药器械；建立了药剂雾粒在不同靶标上的沉积分布模式和运动的“叶尖优势”与“热致迁移”模式，为农药对靶施药技术提供了理论依据；提出了水稻田撒粒法与洒滴法、保护地烟雾法与粉尘法施药技术以及硫磺电热熏蒸施药技术和甲基溴替代技术等，在国内广泛推广和应用。在害虫抗药性监测治理方面，研制出多种延缓棉铃虫抗药性的杀虫药剂，建立了监测治理技术体系；在新农药药效试验方面，建立了全国农药大田药效试验网。
    此外，作为研究所科技开发重要支柱产业的廊坊农药中试厂，从无到有、从弱到强，经过近20年的发展，已成为拥有自主研发能力的高新技术化工集团，生产的“中保”牌系列农药产品已上市120余种，年销售额突破亿元，其中，斑潜净、霜霉疫净、瓢甲敌、触倒、阿维毒等产品已成为市场上知名产品，部分产品已打入国际市场，对农作物病虫害的防治发挥了重要作用。
    四、转基因抗病虫、抗除草剂作物安全性研究
    植物保护研究所为国家“973”项目“农业重要转基因生物安全性研究”首席科学家单位。主要研究了转基因农作物的杂草化、外源基因漂移对野生和栽培的近缘物种的影响，对本地生物多样性、非靶标生物与有益生物的生态毒性和生态效应、靶标生物对转基因作物抗性适应性机制与抗性遗传规律，建立了转基因作物生态安全性检测与监测技术。
    系统监测了棉铃虫对转Bt抗虫棉敏感性的变化动态，研究明确了转基因抗虫棉抗性机制和表达规律及对棉田靶标与非靶标害虫、天敌的影响作用，建立了转Bt基因棉花害虫综合治理技术与棉铃虫对Bt棉花抗性治理技术体系，并在Bt棉花种植区推广应用；研究了华北棉区Bt棉花种植区棉铃虫天然庇护所的作用，明确了棉铃虫对我国转基因抗虫棉的交互抗性风险，提出了华北地区延缓棉铃虫抗性发展的技术。研究明确了转cry1Ab基因抗虫水稻东龙、BT籼优63和抗病水稻抗优97品系中外源片段的插入特征，发现了转Bt基因玉米对玉米螟幼虫的防御酶系有很强的抑制作用，明确了玉米螟对转基因抗虫玉米的交互抗性风险以及转Bt基因玉米的生态安全性。
    五、外来生物入侵研究
    植物保护研究所从上世纪六十年代便开始植物检疫和外来入侵生物研究工作，现为国家“973”项目“农林危险生物入侵机理与控制基础研究”首席科学家单位。通过系统研究，取得了重要进展。
    在外来入侵生物的定殖风险分析方面，初步建立了有害生物疫情地理信息系统、农林外来危险入侵物种数据库和风险评估技术平台。明确了河西走廊是马铃薯甲虫突破地理、气候条件限制的关键地区以及小麦矮腥黑穗病(TCK)、马铃薯块茎蛾、甘薯小象甲、红火蚁、香蕉穿孔线虫、西花蓟马、少花蒺藜草、胜红蓟、玉米根萤叶甲等农业外来入侵生物在我国可能的适生分布区及风险值。
    在外来入侵生物的检疫检验与除害处理技术研究方面，研发出了小麦矮腥黑粉菌、玉米细菌性枯萎菌、烟草霜霉菌等外来入侵植物病害的检疫检验方法以及熏蒸处理、热力灭菌和种子消毒等系列除害处理技术；发明了小麦矮腥黑粉菌种的特异性SCAR标记，建立了分子检测技术体系；研究提出梨火疫病菌“一步双重”PCR检测方法，为制备高通量病害诊断、检测试剂盒打下了良好基础。
    在外来入侵生物的发生危害规律与综合防控技术研究方面，初步明确了我国红火蚁的社会型、蚁群结构动态和分布规律，阐明了我国红火蚁的发生危害规律，提出了应对红火蚁的策略，筛选出具有高效、安全、经济、彻底等特点的一扫清毒饵，发现了可以限制红火蚁扩散的一种捕食性天敌；制定出一套能有效地控制紫茎泽兰和豚草发展和蔓延的综合治理措施，筛选出了对紫茎泽兰和豚草具有优异防除效果的低毒除草剂品种，提出紫茎泽兰的综合利用技术。
    六、生物防治研究
    针对我国重大农作物病虫害，重点开展了生防资源的引进、保护和利用以及生物源农药的研发和应用研究工作。在国内外生防资源的发掘、高效生防制剂研制和天敌昆虫引进利用、生防作用物-有害生物-寄主植物间的相互关系及作用机制，苏云金杆菌、链霉菌、绿僵菌、木霉菌等生防微生物菌株资源的筛选、发酵工艺、新产品研制、商品化生产和应用技术，Bt工程菌研制、植物激活蛋白研发及赤眼蜂优良品系筛选和工厂化生产等方面取得了突破性进展。
    在苏云金芽孢杆菌(Bt)杀虫剂研发方面，从上世纪八十年代开始组织全国科研大协作，引进、选育苏云金芽孢杆菌(Bt)优良生产菌株，攻克了困扰我国20多年的Bt杀虫剂产品质量检测技术，使我国成为世界上第三个实现Bt产品质量标准化的国家，年产量由300多吨提高到3万多吨，缩短了与欧美发达国家Bt商品化技术水平的差距，为发展我国无公害农业，保障农产品的安全生产发挥出独有的技术贡献。与此同时，还开展了Bt工程菌研制工作，完善了Btcry基因鉴定体系，建立了快速、准确、高通量的寡核苷酸芯片方法；分离克隆了对鳞翅目、鞘翅目、双翅目等害虫有活性的cry和vip基因32个，并获得Bt基因国际命名委员会的正式命名。筛选到对重要的鳞翅目害虫具有很高的毒杀作用的高毒力和宽杀虫谱的Bt基因组合，构建了对夜蛾科害虫、叶甲科害虫具有高活力的双价Bt工程菌，现已获准进行生产性试验。研制出对马铃薯甲虫、甜菜夜蛾田间防效显著的高效工程菌，通过生物安全评价，有望进入产品登记。“中国苏云金杆菌杀虫剂商品生产质量标准及应用”研究成果于1995年获国家科技进步二等奖。
    在农用抗生素的研发与应用方面，先后研制成功武夷菌素、农抗2-16和细胞分裂素等国家级新产品，并实现了产业化生产。武夷菌素、农抗2-16是国内外最新发现的新型核苷类抗生素，具有低毒、安全、不污染环境的特点，对黄瓜白粉病、黑星病、番茄叶霉病、灰霉病和油菜菌核病等多种农作物真菌病害防效显著，达到甚至超过国内外同类化学农药的防治效果。2000年武夷菌素被科技部列入国家重点新产品计划，每年推广应用面积100多万亩。细胞分裂素是采用泾阳链霉菌，通过发酵工程，工厂化生产的一种植物生长调节剂，该产品使用安全，应用范围广，对粮、油、薯、果、蔬、茶、药材、牧草等多种作物均有明显的增产作用。已累计推广应用8000多万亩，经济效益40亿多元。细胞分裂素先后被列入国家科委《国家科技成果重点推广计划》和农业部《国家重点农业新技术推广计划》。1993年被国家科委等5部委授予国家级新产品证书。
    在赤眼蜂工厂化生产与应用技术研究方面，明确了松毛虫赤眼蜂不同蜂种、品系的生物学特性和寄生能力，筛选出3个优良松毛虫赤眼蜂品系，并进行工厂化生产和大面积释放，成功地用于玉米螟防治；制定了第一个用柞蚕卵工厂化生产松毛虫赤眼蜂的技术规程和产品标准，实现了生产过程和产品的标准化和规范化。此外，还筛选出了对东亚飞蝗致病力强的绿僵菌菌株，探明了绿僵菌对东亚飞蝗的致病机理，提出绿僵菌大量繁殖、工业化生产复壮和孢子干燥工艺技术；研究明确了白僵菌对烟粉虱、西花蓟马等害虫致病机理；优化了植物激活蛋白发酵培养基和发酵代谢参数，使激活蛋白产生率提高4倍以上。
    七、农田杂草研究
    重点开展了我国农田杂草种子库和杂草抗药性的基本调查，主要农作物农田杂草生物学、预测预报，杂草抗药性检测方法与机理，主要农作物农田草害综合治理技术，作物化感作用，除草剂风险评价和增效作用，抗除草剂基因标记与克隆、抗除草剂转基因作物环境安全性测定与评价等研究。明确了目前农田杂草群落演替的主要驱动力，查清了华北平原麦田、玉米田、棉花田危害的主要杂草种类；研制出除草剂棉保1号乳油、麦保1号可湿性粉剂，提出了麦田、棉田杂草综合防控技术。
    八、农田鼠害研究
    以褐家鼠、黑线姬鼠、大仓鼠、田鼠等北方典型农区害鼠和布氏田鼠等草原害鼠为对象，开展了鼠害的成灾规律及其生态学、行为学、分子遗传学机制，害鼠的抗药性特点及其机制，高效低毒毒饵的研制及鼠害综合防治措施以及害鼠的化学通讯及行为学特点及其在鼠害防治中的应用等研究。建立了褐家鼠、黑线姬鼠等主要害鼠的实验室群体及其对杀鼠剂品种敏感基线；初步检测了东北地区褐家鼠的抗药性，提出了耕作措施、物理防治和化学防治相结合的黑线姬鼠、褐家鼠综合治理措施；通过分子遗传的方法分析布氏田鼠社群结构和婚配制度，探索布氏田鼠暴发成灾的可能遗传学机制。
    九、我国农作物有害生物综合防治(IPM)策略的发展
    建立并完善了我国农作物病虫害综合防治(IPM)策略。“七五”以前以单个病虫灾种为控制对象，协调运用必要的防治手段，以实现将病、虫、草、鼠害有效地控制在经济允许水平之下。在“七五”到“九五”期间，以作物为中心、多病虫为对象，组建作物多病虫复合群体的综合防治技术体系，通过示范区进行示范验证和推广应用，一些重大病虫得以有效控制或减轻危害。从“十五”开始，针对我国主要农作物不同生态区种植制度、生物群落多样性和生产水平的差异，探索组建以生态系统为单元的多种作物各种有害生物统一考虑的，并与农业可持续发展相适应的控害减灾配套技术体系，一个更符合农业可持续发展要求的农业生物灾害持续控制策略正在实践和探索中进一步完善。
    十、结束语
    当前，我国农业生产和农村经济已进入到一个崭新的发展时期，植物保护学科迎来了前所未有的发展机遇。但是随着全球气候变化、国际交往的日益频繁以及农业种植结构的调整，使植物保护工作面临许多新的挑战。只要把握机遇，正视挑战，中国农业科学院植物保护研究所定能为我国农业发展、国家植物保护科技创新体系建设和农业科技的跨越式发展做出新的更大的贡献。
    本版稿件由中国农业科学院植物保护研究所供稿。