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寻找防治害虫“密码”的人

设置字体大小:【 】 【打印】 【页面调色板  发布时间:2017-12-20


 

寻找防治害虫"密码"的人

--记中国林科院森环森保所森林昆虫首席专家张真


  因占地球生物种类的50%以上,昆虫成为地球上数量最多的动物群体,但它们中的很多种类却危害着林木。作为中国林科院森林生态环境与保护研究所森林昆虫首席专家,张真执著于昆虫的世界,依靠科技的力量去寻找更多、更科学有效的可持续防治森林虫害的方法,维护森林资源安全。

  研究害虫生态学规律
  "虫害什么时候会发生、在什么地方发生、为什么发生,如何更加科学有效地对害虫进行管理,这些都是我们要研究的内容。"自1982年参加工作起便与害虫打交道的张真,聊起昆虫总有说不完的话。从北京林业大学森保专业毕业后,张真投身害虫管理科研工作,组建了昆虫生态与害虫管理学科组,建立了森林昆虫化学生态和分子生态学实验室,带领学科组科研人员与害虫展开较量。
  掌握害虫的生态学规律,是科学有效地对害虫进行综合管理的基础。"这些小虫子通过分泌不同的信息素进行'通讯',例如昆虫寻找配偶交配就是通过分泌性信息素来完成的。"张真介绍,化学生态学是学科组研究的主要内容之一,其中,分析鉴定害虫的信息素更是化学生态学研究的基础工作,是进一步研究信息素对害虫调控机制和在生产中进行应用的前提。
  松毛虫病是我国重大的森林病虫害之一。为此,张真和学科组开展了松毛虫复杂性动态变化规律及信息素监测技术研究。这项研究阐明了植食类群多样性在整个群落多样性和抑制松毛虫种群暴发中起最重要作用,阐明了温度和干旱如何影响松毛虫种群动态,明确了松毛虫暴发呈现非线性、突变性、多态性等特点。他们还明确了5种松毛虫性信息素的结构和比例,阐明了松毛虫雌雄成虫的生殖行为机制,同时与有关单位合作,建立了松毛虫性信息素监测林间应用技术,还建立了松毛虫发生程度预测模型。张真告诉记者,项目组已协助森林病虫害防治总站,在25个省(区、市)107个县开展松毛虫性信息素引诱监测工作,设立了371个示范区2481个示范点。
  叶蜂也是张真研究的主要对象之一。学科组开展了重要森林叶蜂生态学及综合调控技术研究,成功鉴定了靖远松叶蜂的性信息素并进行了高纯度的人工合成,研制了松阿扁叶蜂的引诱剂,并明确了信息素林间监测和防治的技术标准。学科组还掌握了比国外更简便经济的监测方法,建立了信息素监测和防治的技术规程,并在此基础上研究了以信息素为主的叶蜂综合可持续控制技术。
  "除了松毛虫和叶蜂,我们还对小蠹虫等害虫开展信息素相关研究,目前已获得9个信息素相关的专利。"张真说,人工合成信息素配合诱捕器使用,可以应用于害虫的监测和防治,其中防治可通过诱捕和迷向两种技术来实现,未来应用前景广阔。

  从分子层面防治虫害
  "从事科研工作就要有超前意识。学科组正在研究害虫暴发的分子机制,从分子层面来了解害虫。"张真介绍,随着分子生物学的不断发展,学科组将分子生物学技术应用到害虫管理研究工作中,一方面在分子层面上研究害虫暴发机制,另一方面通过遗传防治、RNA干扰等分子生物学技术来防治虫害。
  据了解,早期的遗传防治主要采取辐射不育的方法,通过辐射来影响害虫的正常交配,目前分子手段的遗传防治是在基因和分子层面进行调控和防治。张真介绍,学科组正与中国科学院植物生理生态所黄勇平研究组合作,尝试把害虫致死基因与性别确定基因连锁,理想状态是致死基因在雌虫体内表达,在雄虫体内不表达,但雄虫依然携带致死基因,并通过野外交配来把致死基因传递出去,从而降低害虫的种群密度。
  RNA干扰是由双链RNA引发的内源特异性基因转录后沉默机制,利用RNA干扰技术使害虫生长、发育、变态等相关基因沉默,进而干扰害虫部分基因的正常表达,影响害虫的生长发育。"松毛虫、美国白蛾等我国林业主要害虫是鳞翅目昆虫,它们能够降解部分用于干扰的双链RNA,会影响防治效果,这给我们的科研工作带来不小的阻碍。但科研工作就是一个不断攻克难题的过程,目前科研组正在啃这块硬骨头。"张真告诉记者,实验阶段采取注射干扰RNA的方式效果比较明显,但实际生产应用时不能采取注射的方式,学科组目前正在研究喂食双链RNA的方法。但鳞翅目昆虫的中肠能够降解双链RNA,所以学科组目前正在进一步研究干扰的机制,试图解决鳞翅目害虫降解双链RNA这一难题。

  将人工智能融入害虫监测
  近年来,人工智能技术迅速发展并在生物学领域得到应用,专家系统和图像自动识别技术都是人工智能技术在害虫管理和昆虫自动识别方面的重要应用。张真在上世纪80年代后期就成功研制了马尾松毛虫防治决策专家系统,近年来结合更多害虫监测和防治新技术不断升级该系统。自2006年以来,张真及其团队通过对大量模型的研究,成功研制了鳞翅目昆虫的自动识别技术,其识别正确率达100%,并在该技术的基础上建立了鳞翅目昆虫的在线自动识别系统。
  在线自动识别系统包括主页、昆虫图像智能识别、昆虫信息上传等几个部分。用户在"昆虫图像智能识别"界面,只要按要求上传图片,就能进行识别,识别结果将显示昆虫中文名、拉丁名、分类地位、形态特征等信息。"建立昆虫在线图像识别系统的难点在于害虫标本的收集。系统要识别一种害虫,至少需20个这种害虫的标本来训练,从而掌握这种害虫的主要特征才可实现自动识别,这些标本需要野外采集。"张真说,系统目前可完成200多种害虫的自动识别。团队科研人员正在继续收集大量的害虫标本,不断扩充图片库。
  此外,张真还把信息素引诱技术与互联网技术融合起来。"当虫害已大面积暴发后才开展防治工作,需要花费更多的人力、物力、财力,有时错过了最佳防治期,达不到防治效果,所以害虫监测在害虫防治工作中是非常重要的一环。"张真告诉记者,学科组与北京图锐信息技术有限公司合作,在合成信息素诱捕器上安装监控摄像头,通过网络将诱捕情况传输到电脑终端,且当害虫数量超过设定的阈值时,系统会自动报警。"目前这种新型诱捕器已经在密云水库、百望山、松山自然保护区3个点进行试验,效果很好,试点的诱捕器主要诱捕松毛虫和天幕毛虫。"张真说,项目组将进一步完善该系统,形成针对不同类型森林害虫的系列产品,逐渐在全国推广应用。(作者 李娜)

 

 

信息来源:中国绿色时报 | 责任编辑:项城市林业局