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系统攻坚病虫抗药性,乡村振兴科技先行

发布时间:2019-12-12    点击量:

小麦、水稻、棉花是我国重要的粮食和经济作物,近年来病虫害普遍发生的抗药性,不仅影响了作物的产量和品质,还带来了农药残留超标、环境污染等一系列生态问题。南京农业大学植物保护学科多年致力于解决此类难题并取得了显著成果,尤其是以杀菌剂生物学团队、昆虫分子毒理学团队和杀虫剂药理与神经毒理学团队在病虫抗药性方面的研究成果最为突出。

深耕攻克赤霉病,小麦生产更安全

小麦赤霉病又称烂麦头、红麦头,是一种由名为禾谷镰孢菌的真菌入侵引起的世界性流行性病害。赤霉病是江苏省最主要的小麦病害,目前仍无免疫和高抗品种,化学防治是唯一应急措施。从上世纪70年代起,多菌灵等苯并咪挫类杀菌剂就开始应用于我国的小麦赤霉病防治。多年来单一使用此类药物,抑制了对其敏感的病菌侵染和繁殖,然而赤霉病病菌的抗药性也在逐渐加强。

本学科杀菌剂生物学研究团队长期从事小麦赤霉病的相关研究,探明了抗药性产生、发展,以及毒素生物合成过程的基础理论,揭示了抗药性和毒素形成及遗传调控机制。该团队开发了小麦赤霉病菌抗性分子检测技术,使鉴定周期由4天缩短为4小时,灵敏度提高100-1000倍,实现了给小麦“看病快、看病准”的愿望;研制的新药种子处理剂(浸种灵),用药量不足之前所用多菌灵的1/25,防治效果达到95%以上,累计推广应用4亿多亩,这也正是该团队提出的“少用药、降压力”的抗性治理策略;研制新型化学农药以及生物-化学协同防控技术等8项专利,成为我国防治小麦赤霉病最有效的技术,累计推广应用1亿多亩,挽回粮食损失200多亿斤,谷物真菌毒素污染减少90%,用药减少50%以上,增加企业利税2亿多元。另外,研究发现名为β2微管蛋白的赤霉病菌基因突变不但产生多菌灵抗性,而且提高病菌合成毒素的能力;明确了杀菌剂农药氰烯菌酯的分子靶标为肌球蛋白-5,揭示了此靶标药敏性分化规律及调控机制和潜在抗药性风险;发明了更为灵敏的可依据单碱基变异赖检测抗药性的LAMP检测技术并构建在常用药剂抗性地区技术推广的新策略,使氰烯菌酯产品得到快速推广应用。

杀菌剂生物学研究团队研发的系列产品2014-2016年推广应用6500多万亩,在6省市增收粮食273万吨,减少农民损失141亿元。作为第一完成单位,相关成果获得2017年度高等学校新普京集团娱乐网址优秀成果奖(科学技术)科技进步一等奖、2012年国家科技进步二等奖。正如团队负责人周明国教授所说,“如果只打一遍药就能把赤霉病防治好,那么种植小麦的经济效益就能提高。我们的研究方向也是向着破解抗药性难题,以减少用药量和施药次数。”

数载专研棉铃虫Bt抗性,探明自然庇护所重要价值

棉铃虫是我们常见的一种棉花害虫,也是重要的世界性农业害虫,棉铃虫对曾经是“无敌杀手”的一种名为拟除虫菊酯的化学杀虫剂的抗药性是导致上世纪九十年代我国棉铃虫大暴发的重要原因之一。我国自1997开始种植Bt棉(转基因抗虫棉),棉铃虫对Bt棉的抗药性增强是Bt棉面临的最大威胁。

针对迫切解决棉铃虫抗药性这一国家重大需求,本学科昆虫分子毒理学研究团队长期专注棉铃虫对Bt棉抗性的生化与分子机理、监测技术及抗性演化规律研究。基于我国特有的小规模、多样化种植结构,没有要求农民像美国、澳大利亚等发达国家那样种植20%的常规棉花作为棉铃虫的庇护所。但是,天然庇护所是否能延缓Bt抗性一直缺乏评价方法和直接证据。该团队通过6省17县连续4年大规模Bt抗性监测和抗性基因型鉴定,发现我国华北棉区也就是存在天然庇护所的情况下,棉铃虫Bt抗性个体频率由2010年0.93%上升到2013年5.5%。根据模型模拟的结果进行预测,如果没有天然庇护所,抗性个体频率在2013年将达到98%;如果有56%的有效庇护所,抗性个体频率在2013年预测为4.9%,与实测值5.5%相符。田间笼罩试验及模型模拟的结果还表明,天然庇护所延缓抗性的效率为种植常规棉花人工庇护所的15%。

昆虫分子毒理学团队的研究成果在国际上首次证实天然庇护所能够有效延缓靶标害虫对Bt作物抗性的发展,同时也直接证明了在棉铃虫Bt抗性遗传方式多样化的背景下显性抗性发展速度显著快于隐性抗性。相关成果于2015年发表在国际权威学术刊物《Nature Biotechnology》,为合理使用天然庇护所策略及定量评价其延缓抗性效率提供重要科学依据,对我国Bt抗虫棉科学使用及棉铃虫抗药性治理具有重要指导意义。

治理飞虱不放松,保障水稻立奇功

水稻飞虱是为害水稻生产的重要害虫,其对常规农药吡虫啉的抗药性发生大大加剧了水稻产量损失和稻田生态环境破坏。本学科杀虫剂药理与神经毒理学团队致力于研究水稻害虫飞虱的治理,探明了长江中下游稻区褐飞虱后期突发、灰飞虱区域性暴发的关键机制,发现不同稻飞虱在籼、粳稻上繁殖率存在显著差异,影响其暴发期和天敌效应;探明了农药使用不当可诱发水稻感虫性,提升褐飞虱的生殖力和耐热性,促进其后期暴发;发现褐飞虱对吡虫啉的抗性规律呈“大小S”曲线上升,其抗药性主要机制是吡虫啉靶标受体的1和3亚基同时发生Y151S点突变,并提出降低该高突变影响的新农药设计思路,为顺式新烟碱杀虫剂的创制提供了重要依据;创立抗性早期监测和可持续防控技术体系,已被列入农业部水稻重大病虫防控技术方案。

杀虫剂药理与神经毒理学团队创立的飞虱防控技术体系在我国推广面积1亿多亩,防控效果达92%以上,年均减少用药1-2次,为粮食高效安全生产、资源节约和环境友好做出了重要贡献。作为第二完成单位,相关成果获得2015年国家科技进步二等奖。

南京农业大学植物保护学科围绕我国农业发展需求,以基础理论突破为依托、技术与产品研发为导向、应用及示范推广为抓手,组织优势科研力量对小麦、棉花、水稻等作物主要病虫抗药性开展攻坚研究,产学研成果显著,取得了良好的经济、社会和生态效益,保障了我国农业生产的节本增效。

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