陳潔君， 王 晶

中國(guó)生物技術(shù)發(fā)展中心，北京 100039

全球經(jīng)濟(jì)一體化的飛速發(fā)展使得國(guó)家/地區(qū)間經(jīng)濟(jì)、文化交流日益頻繁，這為外來(lái)物種入侵、定殖、傳播與擴(kuò)散創(chuàng)造了有利條件(Hulme，2009； Turbelinetal.，2017; Wanetal.,2017)；同時(shí)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大部分依賴于物種資源引進(jìn)與交換(司偉和周章躍，2007; 周海燕，2014)，這種在經(jīng)濟(jì)效益驅(qū)動(dòng)下的有目的的生物資源共享加劇了外來(lái)生物入侵的危險(xiǎn)性與破壞性，給全球帶來(lái)了更為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失(李浩等，2007)。因此，防范外來(lái)生物入侵已成為全球21世紀(jì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的共同問(wèn)題，也成為21世紀(jì)五大全球性環(huán)境問(wèn)題之一(萬(wàn)方浩等，2009； Millennium Ecosystem Assessment，2005； Wan & Yang,2016)。

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，人口規(guī)模巨大、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁為外來(lái)物種的傳入創(chuàng)造了有利條件(鞠瑞亭等，2012)，加之我國(guó)地大物博、生態(tài)系統(tǒng)多樣化促進(jìn)了入侵物種的定殖與擴(kuò)散，致使我國(guó)成為飽受入侵物種危害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一(李博和馬克平,2010)。農(nóng)業(yè)外來(lái)入侵生物嚴(yán)重威脅我國(guó)的糧食安全、經(jīng)濟(jì)安全、生物安全、生態(tài)安全和農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易安全，每年直接經(jīng)濟(jì)損失逾2000億元(中國(guó)新聞網(wǎng)，2017)。“十三五”期間，中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部啟動(dòng)“生物安全關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”重點(diǎn)專項(xiàng)，針對(duì)我國(guó)當(dāng)前面臨的各類重大入侵生物的威脅，按照基礎(chǔ)研究、共性關(guān)鍵技術(shù)與重大產(chǎn)品研發(fā)、典型應(yīng)用示范3個(gè)層面，進(jìn)行了一系列項(xiàng)目部署。本文將闡述這些科研項(xiàng)目取得的主要研究成果，以期為相關(guān)方面的研究提供參考。

1 基礎(chǔ)研究

1.1 揭示了入侵生物的入侵特性和入侵機(jī)理

以紫莖澤蘭EupatoriumadenophoraSpreng.、蘋果蠹蛾Cydiapomonella(L.)、松材線蟲Bursaphelenchuxylophilus(Steiner & Buhrer) Nickle、黃瓜綠斑駁花葉病毒Cucumbergreenmottlemosaicvirus等為研究對(duì)象，揭示了入侵生物“可塑性基因驅(qū)動(dòng)”入侵特性和“蟲菌共生”入侵機(jī)理。在入侵特性方面，通過(guò)分析15年來(lái)100多個(gè)國(guó)家近百種物種間競(jìng)爭(zhēng)替代的經(jīng)典案例，發(fā)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)替代是由入侵種和本地種生殖能力差異、寄主適應(yīng)能力差異、生殖干擾等多個(gè)因子長(zhǎng)期進(jìn)化的結(jié)果；進(jìn)一步從基因水平上研究發(fā)現(xiàn)，入侵種的進(jìn)化特點(diǎn)為存在可塑性基因，包括發(fā)育基因高表達(dá)、抗性基因內(nèi)含子變長(zhǎng)、受體蛋白擴(kuò)增、抗藥性神經(jīng)肽受體不敏感等適應(yīng)性進(jìn)化。在入侵機(jī)理方面，研究發(fā)現(xiàn)入侵生物協(xié)助致病病毒的垂直傳播，并通過(guò)加速媒介發(fā)育促進(jìn)自身擴(kuò)散，共生細(xì)菌調(diào)控入侵共生體的資源分配模式，以此為基礎(chǔ)從進(jìn)化和生態(tài)的角度提出入侵昆蟲的“蟲菌共生入侵學(xué)說(shuō)”(Gao & Reitz,2017; Xuetal.,2016; Zhaoetal.,2016; Zhouetal.,2017)。這些研究全面詮釋和完善了物種競(jìng)爭(zhēng)取代理論，豐富了入侵生物學(xué)學(xué)科發(fā)展，為入侵生物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、檢驗(yàn)檢疫、綜合防治提供了新的思路。相關(guān)成果發(fā)表在NatureCommunications、ISMEJournal等期刊上。

1.2 揭示了入侵植物與脆弱生態(tài)系統(tǒng)的相互作用機(jī)制

通過(guò)在湖北、江蘇、安徽、廣東、廣西等8個(gè)省(自治區(qū))21個(gè)地點(diǎn)對(duì)美洲商陸PhytolaccaamericanaL.和加拿大一枝黃花SolidagocanadensisL.發(fā)生態(tài)勢(shì)的野外調(diào)查表明，土壤微生物在決定群落入侵性強(qiáng)弱中發(fā)揮著重要作用。對(duì)2014—2016年增溫加氮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)增溫對(duì)加拿大一枝黃花開花物候期和地上部分枯死期有明顯影響，這表明氣候變暖會(huì)增大加拿大一枝黃花的入侵風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)比較互花米草SpartinaalternifloraLoisel.原產(chǎn)地種群(美國(guó))和入侵地種群(中國(guó))對(duì)我國(guó)土著廣食性昆蟲素毒蛾Laelia取食抗性和耐性的影響，發(fā)現(xiàn)互花米草引入中國(guó)以后發(fā)生了防御進(jìn)化。對(duì)5種外來(lái)入侵植物(瘤突蒼耳XanthiumstrumariumL.、三裂葉豚草AmbrosiatrifidaL.、粗毛牛膝菊GalinsogaquadriradiataRuiz et Pav. 、刺萼龍葵SolanumrostratumDunal.和反枝莧AmaranthusretroflexusL.)和4種本土植物[蒼耳XanthiumsibiricumPatrin ex Widder、黃花蒿ArtemisiaannuaL.、狗尾草Setariaviridis(L.) Beauv.和稗草Echinochloacrusgalli(L.) Beauv.]的菌根真菌侵染情況進(jìn)行分析表明，入侵物種顯著改變了入侵地菌根真菌的組成和結(jié)構(gòu)。相關(guān)成果已形成論文9篇，獲得1項(xiàng)實(shí)用新型專利。

2 關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)

2.1 研發(fā)了重大新發(fā)農(nóng)業(yè)入侵物種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及防控技術(shù)

針對(duì)大區(qū)域跨境傳播農(nóng)業(yè)入侵生物和重大新發(fā)、突發(fā)農(nóng)業(yè)入侵生物，如甘藍(lán)粉虱Allantuscinctus(L.)、長(zhǎng)芒莧AmaranthuspalmeriS. Watson、葡萄蛀果蛾、福壽螺PomaceacanaliculataSpix、梨枯梢病、木爾坦棉花曲葉病毒CottonleafcurlMultanvirus、橡膠樹棒孢霉等，圍繞其發(fā)生、分布、危害等級(jí)、跨境傳播擴(kuò)散方式與途徑，開展了入侵生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及防控關(guān)鍵技術(shù)研究。當(dāng)前已收集200余種大區(qū)域農(nóng)業(yè)入侵物種的生物信息，并構(gòu)建了生物信息庫(kù)；研發(fā)了基于PCR的物種特異性快速分子檢測(cè)技術(shù)3項(xiàng)(張桂芬等，2013a,2013b; Zhangetal.,2014)，初步開展了主要入侵物種模板圖像特征分析與算法篩選；設(shè)計(jì)了1套風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)處理方法，并開展了木爾坦棉花曲葉病毒隨寄主跨區(qū)域傳播及綜合風(fēng)險(xiǎn)的定量評(píng)估；獲得梨枯梢拮抗細(xì)菌菌株18株、殺螺高活性先導(dǎo)化合物2個(gè)；基于無(wú)機(jī)鹽對(duì)橡膠樹棒孢霉或粗毒素的抑制或鈍化作用，研制復(fù)配配方藥劑1種、不同施藥劑型配方4個(gè)；明確了不同地理種群長(zhǎng)芒莧對(duì)主要除草劑草甘膦的抗性。相關(guān)成果已經(jīng)申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利3項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文7篇。

2.2 建立了生物威脅數(shù)據(jù)庫(kù)及生物入侵突發(fā)事件可視化智能決策支持平臺(tái)

針對(duì)生物入侵事件(紅火蟻SolenopsisinvictaBuren)、生物恐怖襲擊(生物氣溶膠)、突發(fā)傳染病疫情(禽流感、鼠疫)等3類突發(fā)生物威脅，建立了具有統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的生物危害數(shù)據(jù)庫(kù)以及突發(fā)生物危害事件可視化智能決策支持平臺(tái)。數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容涵蓋地理環(huán)境、社會(huì)人文、公共衛(wèi)生信息等要素，空間尺度包含局地、區(qū)域、全國(guó)(典型區(qū))3個(gè)，要素指標(biāo)包含16大類40小類，數(shù)據(jù)量達(dá)650 GB；決策支持平臺(tái)基于GIS和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，集成了生物危害演變、評(píng)估和應(yīng)急處置方法/模型50余個(gè)，實(shí)現(xiàn)了3類突發(fā)生物危害事件的2-3維動(dòng)態(tài)可視化分析和決策支持功能。相關(guān)成果已發(fā)表SCI論文10篇，申報(bào)軟件著作權(quán)2項(xiàng)。

2.3 建立了重大入侵動(dòng)植物的治理模式和技術(shù)體系

通過(guò)整理外來(lái)入侵物種的分布現(xiàn)狀、擴(kuò)散格局、入侵路徑、潛在分布區(qū)等相關(guān)研究，提出需要重點(diǎn)管理和防范的外來(lái)入侵物種，為指導(dǎo)相關(guān)部門和地方進(jìn)行外來(lái)入侵物種防控提供了依據(jù)，并支撐中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部會(huì)同中國(guó)科學(xué)院于2016年12月發(fā)布的《中國(guó)自然生態(tài)系統(tǒng)外來(lái)入侵物種名單(第四批)》。圍繞加拿大一枝黃花、空心蓮子草Alternantheraphiloxeroides(Mart.) Griseb.、紫莖澤蘭、飛機(jī)草EupatoriumodoratumL.、鳳眼蓮Eichhorniacrassipes(Mart.) Solms、豚草AmbrosiaartemisiifoliaL.、少花蒺藜草CenchruspauciflorusBenth、巴西龜Trachemysscripta、紅火蟻等主要入侵物種，構(gòu)建了基于生物防治和生態(tài)修復(fù)聯(lián)防聯(lián)控為核心的區(qū)域性持續(xù)治理技術(shù)新模式。其中，紅火蟻防控技術(shù)在我國(guó)南方多類生態(tài)區(qū)域防效達(dá)到96%～100%；空心蓮子草、豚草、少花蒺藜草等防控技術(shù)被行業(yè)部門評(píng)價(jià)為“技術(shù)高效、技術(shù)好用和基層會(huì)用”。相關(guān)成果已發(fā)表SCI論文22篇，申請(qǐng)發(fā)明專利8項(xiàng)，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)11項(xiàng)。

3 典型應(yīng)用示范

建立了集科研、教學(xué)、科普一體化的現(xiàn)代化主要入侵生物標(biāo)本資源庫(kù)。目前，資源庫(kù)已收集入侵動(dòng)物資料共33963條，其中昆蟲類24660條，軟體動(dòng)物374條，魚類4909條，兩棲爬行動(dòng)物696條，獸類3324條。這些條目均包括標(biāo)本的采集信息、鑒定信息、國(guó)內(nèi)外分布情況、分種描述、物種分類地位、標(biāo)本整體圖片和保藏位置等。另有2.5萬(wàn)份入侵動(dòng)物、植物和植物病原微生物等標(biāo)本正在整理入庫(kù)。通過(guò)制定野外調(diào)查數(shù)據(jù)采集規(guī)范與數(shù)據(jù)質(zhì)量控制規(guī)范，研發(fā)外來(lái)入侵生物野外調(diào)查軟件，開展一體化入侵生物數(shù)據(jù)庫(kù)及信息共享平臺(tái)的需求分析，實(shí)現(xiàn)了生物標(biāo)本資源庫(kù)的一體化高效共享。此外，制定了互花米草生態(tài)控制工藝流程，并在上海崇明東灘互花米草生態(tài)控制工程中得到初步應(yīng)用；制定了加拿大一枝黃花綜合防控技術(shù)體系試驗(yàn)實(shí)施細(xì)則和操作流程；完成了基于生態(tài)位模型的刺萼龍葵風(fēng)險(xiǎn)區(qū)預(yù)測(cè)，并制成了刺萼龍葵在我國(guó)適生分布的專題圖(Huangetal.,2016; Lietal.,2017; Shangetal.,2015; Zhangetal.,2017)。

4 結(jié)語(yǔ)

全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的不斷加快，國(guó)際貿(mào)易、國(guó)際旅游、大型活動(dòng)的迅速發(fā)展，以及國(guó)家/城市間交通運(yùn)輸?shù)亩鄻踊⒖旖莼途W(wǎng)絡(luò)化，加速了外來(lái)有害生物的傳播與擴(kuò)散。生物入侵已成為與一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)安全、國(guó)際貿(mào)易與政治利益緊密關(guān)聯(lián)的重大科學(xué)問(wèn)題，也是國(guó)際社會(huì)、各國(guó)政府、科學(xué)家與民眾共同關(guān)心的社會(huì)熱點(diǎn)(丁暉等，2011; 侯有明等，2015)。針對(duì)我國(guó)的國(guó)情，以及當(dāng)前面臨的各類重大生物威脅,應(yīng)該采取一系列具有中國(guó)特色的外來(lái)入侵生物防控新策略(Wanetal.,2017； Wan & Yang,2016)。作者認(rèn)為今后應(yīng)以跨境動(dòng)植物有害生物為主要目標(biāo)，開展入侵?jǐn)U散與成災(zāi)機(jī)制、早期預(yù)防預(yù)警、快速檢測(cè)監(jiān)測(cè)、識(shí)別追蹤溯源、點(diǎn)面攔截狙擊、區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)等技術(shù)研究，并在危害發(fā)生時(shí)有效、快速控制其發(fā)展，最大程度地降低危害效應(yīng)，防范次生危害發(fā)生，及時(shí)啟動(dòng)危害生境的恢復(fù)重建等。

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