卷首语

  • 绿色防控助力生态农业高质量发展

    宋宝安;

    <正>粮食是人类赖以生存和发展的基础,农药是保障粮食安全最有效的手段。近期新冠肺炎在全球蔓延,引发了各方对世界粮食问题的担忧和高度关注。而草地贪夜蛾等恶性入侵生物的冲击、病虫害抗性的持续上升、农药减量以及保障环境生态安全,更使我国农业生产面临着巨大压力。因此,发展环境友好、资源节约、生态稳定的有害生物绿色防控技术是国际农业科技竞争的必争高地,对应着以下四个方面的前沿科学问题。

    2020年04期 v.34 373页 [查看摘要][在线阅读][下载 117K]

综述

  • 农业病虫害绿色防控基础的前沿科学问题

    王桂荣;王源超;杨光富;王燕;周雪平;

    本文总结了我国植物保护学科研究及产业发展所面临的国家重大需求,回顾了近年来植物保护学领域在植物免疫调控、植物—害虫—天敌三营养级协同进化、绿色农药创制等方面取得的主要进展和成就,凝练了该领域未来5~10年的重大关键科学问题,并探讨了该领域的前沿研究方向和科学基金资助战略。

    2020年04期 v.34 374-380页 [查看摘要][在线阅读][下载 241K]

植物免疫与抗病性

  • 植物抗病性与病害绿色防控:主要科学问题及未来研究方向

    王晓杰;甘鹏飞;汤春蕾;康振生;

    粮食安全始终是关系我国国民经济发展、社会稳定和国家自立的全局性重大战略问题,而病害一直是作物优质高产的重要制约因素。全球气候和耕作制度变化,导致病害的发生规律发生新变化,危害趋势愈来愈重。通过抗病育种提高农作物对病原物的抗性是实施病害的绿色防控的重要策略。但培育广谱持久抗性的作物品种具有挑战性,一方面需要不断挖掘新的抗病资源、深入研究抗病机理;另一方面需要突破单要素思维,系统认知病原物—寄主—环境三者之间的关系,剖析病害发生发展过程中复杂的分子互作机制。利用基因编辑、标记辅助基因聚合等新技术,将新成果应用于新品种的设计选育和抗病品种的合理布局,结合病害预测预报、生态调控、农业措施等实现病害有效防控,达到病害绿色防控的目的。

    2020年04期 v.34 381-392页 [查看摘要][在线阅读][下载 326K]
  • 作物疫病菌致病机制研究进展与面临的挑战

    王燕;王晓莉;王源超;

    疫霉菌引起的植物疫病是农业生产上的毁灭性病害,其在田间具有发病快、危害重的特点,防控非常困难。本文梳理了近些年来疫霉菌与植物互作方面的研究进展,指出了疫霉菌分泌的效应子在激活植物免疫与攻击植物免疫中发挥的关键作用,建议今后研究应结合我们丰富的病原菌遗传变异材料和物种资源,围绕植物先天免疫系统识别疫霉菌的分子机制及疫霉菌与多种生物和非生物因子互作机制等方面展开。

    2020年04期 v.34 393-400页 [查看摘要][在线阅读][下载 297K]
  • 作物广谱抗病研究现状与关键科学问题

    朱孝波;李伟滔;贺闽;王静;于振良;陈学伟;

    培育抗病品种是应对作物病害威胁最经济有效的方法,广谱抗病资源发掘、抗病基因鉴定和抗病理论解析等是培育作物广谱抗病品种的基础。二十多年来,植物免疫反应及抗病研究取得了系列重大进展,主要粮食作物广谱抗病研究也取得了显著成效,包括克隆了系列广谱抗病基因并揭示了部分基因的抗病机理。本文对作物广谱抗病领域的主要研究进展进行了回顾与综述,提出了该领域亟需解决的关键科学问题,对作物广谱抗病研究面临的机遇与挑战进行了分析,同时对作物广谱抗病研究的发展进行了展望。

    2020年04期 v.34 401-410页 [查看摘要][在线阅读][下载 1881K]
  • 稻瘟病菌与水稻互作早期侵染机制研究进展

    刘昕宇;刘木星;尹梓屹;张海峰;张正光;

    水稻是世界上重要的粮食作物之一,是全球30亿以上人口的主粮。由于各种病虫的危害,全球水稻生产和粮食安全受到严重威胁,其中由稻瘟病菌引起的稻瘟病是对水稻最具毁灭性的病害。抗病品种的种植与化学农药的使用能有效地控制稻瘟病的发生。但是,田间稻瘟病菌菌株适应性强、变异快,导致抗病品种连续种植后易失去抗性;同时,病菌抗药性的产生致使化学农药的控制效果降低。因此,从分子水平揭示病菌的致病机制及其与水稻的互作机制可望为研发高效低毒农药提供候选靶标,同时为抗病育种提供新的策略。本文总结了稻瘟病菌在侵染水稻过程中识别并内化水稻表面信号,通过胞内级联途径传递信号,进而分化产生侵染必需的附着胞的机制,同时介绍了该病菌分泌效应分子抑制水稻细胞的防卫反应,促进病菌侵染等方面的研究进展,并对未来有待进一步深入研究的方向进行了思考与展望。

    2020年04期 v.34 411-422页 [查看摘要][在线阅读][下载 931K]
  • NLR免疫受体介导的作物抗病机制:发展现状、机遇与挑战

    陶小荣;朱敏;

    利用抗病基因进行抗病育种是防控作物病害最为有效的手段之一,其中最有利用价值且应用最广的一类是被称为NLR免疫受体的抗病基因,该类基因是植物免疫系统中最大的一类抗病基因。NLR受体通过识别各种病原物效应蛋白激活寄主对病原物的抗性反应。虽然距离NLR抗病基因被克隆已经将近26年,但是学界对于NLR受体在识别病原菌入侵以及如何启动抗病反应等问题还知之甚少。当前NLR抗病领域研究最为活跃的科学问题包括NLR受体识别效应蛋白、受体多聚体化在抗病中发挥的作用、受体的亚细胞定位、受体如何激活下游抗性反应等等,本文综述了NLR免疫受体介导抗病机制的最新研究进展和发展现状,并探讨了未来5~10年该领域最具研究价值的科学问题,以及我国科学家面临的机遇和挑战。

    2020年04期 v.34 423-432页 [查看摘要][在线阅读][下载 791K]
  • 植物多病害抗病性研究现状与展望

    王文明;赵经昊;樊晶;李燕;黄衍焱;张继伟;

    植物不断地接触各种微生物,其中部分微生物成为病原菌导致病害。病害在作物生产过程中导致的产量损失通常为10%~30%,严重时会导致毫无收成。控制作物病害最好的方法是利用抗病品种。对植物抗病机理的认识,有利于抗病品种的创新和合理布局。事实上,植物的抗病性依赖于其两个层次的先天免疫系统的及时激活。其中模式分子激发的免疫(PTI)可保护植物免于绝大部分潜在病原微生物的侵害,而效应子激发的免疫(ETI)则保护植物免于特定病原微生物中特定小种的侵害。由于一种植物常常受多种病原微生物的侵害,因此多病害抗病性显得尤为重要,如小麦中的Lr34和Lr67,抗白粉病、叶锈病和杆锈病,广泛用于抗病育种;又如拟南芥的RPW8,通过增强基础免疫介导抗多种病害。此外,免疫反应的调控基因常常具有多病害抗病特性。然而,我们对多病害抗病性的认识非常有限。因此,发掘新的多病害抗性基因、解析多病害抗病机理及其与生长发育之间的平衡机制意义重大。本文概述了多病害抗病性的研究进展、存在问题和可能的发展方向,以期抛转引玉,促进植物抗病分子机理的研究。

    2020年04期 v.34 433-440页 [查看摘要][在线阅读][下载 654K]

害虫行为调控与抗药性

  • 害虫嗅觉行为调控技术的研究现状、机遇与挑战

    杨斌;刘杨;王冰;王桂荣;

    害虫嗅觉行为调控技术是特异性调节靶标害虫行为的绿色防控技术,包括性引诱剂、植物源引诱剂和害虫交配干扰剂等嗅觉调控化合物及其应用技术。其主要原理是对来源于昆虫、植物、微生物等的活性气味分子,进行人工合成后以特定剂型释放到田间,通过吸引害虫取食、产卵、交配,直接诱杀成虫或者干扰害虫交配,减少靶标害虫的后代种群数量,从而达到害虫绿色防控的目的。本文结合我国植物保护学科研究及产业发展所面临的国家重大需求,总结了环境友好的害虫嗅觉行为调控技术的研究现状和发展趋势,提出了害虫嗅觉行为调控技术未来的发展机遇、所面临的挑战及研究方向。

    2020年04期 v.34 441-446页 [查看摘要][在线阅读][下载 228K]
  • 寄生蜂与作物害虫免疫及发育互作:研究热点与主要科学问题探讨

    叶恭银;方琦;

    寄生蜂是重要的寄生性天敌昆虫,在作物害虫绿色防控中发挥有重要作用。近年来,有关寄生蜂与作物害虫免疫及发育互作研究已有不少报道,已逐渐成为害虫生物防治研究领域热点之一。本文将首先概述寄生蜂所携寄生因子种类与多样性,及其与寄主免疫与发育互作方面的研究热点,进而初步探讨该研究领域的主要科学问题,并简要讨论该领域所面临的机遇与挑战。建议应关注的主要科学问题为:(1)作物害虫天然免疫通路解析及其应答机理;(2)寄生蜂寄生因子功能及其调控害虫免疫机理;(3)寄生因子与害虫免疫通路间互作及协同演化;(4)寄生因子与害虫发育调控网络互作机理。

    2020年04期 v.34 447-455页 [查看摘要][在线阅读][下载 714K]
  • 迁飞昆虫的个体行为、种群动态及生态效应

    胡高;高博雅;封洪强;江幸福;翟保平;吴孔明;

    由于亚洲东部独特的大气地理环境,我国大多数重大暴发性害虫都具有迁飞性。研究昆虫空中迁飞过程,探究其关键控制机制,对实现准确测报和科学防控尤为重要。本文从个体空中行为、空中虫群时空动态、昆虫迁飞生态效应三个层次对迁飞昆虫学的主要研究进展进行了综述。高空迁飞昆虫因种类不同、大气地理环境差异,可能采取不同的行为策略来完成迁飞,但其定向行为机制依然成谜;昆虫迁飞发生范围可覆盖多个省市,乃至多个国家,实现大区域尺度的实时监测、准确模拟和预测将是未来研究重点;迁飞昆虫具有重要的生态功能,全球变化背景下昆虫数量变化倍受关注,迁飞昆虫带来的信息流动(基因、病原微生物、抗药性水平等)将为昆虫种群管理、生态效应评估提供重要信息。

    2020年04期 v.34 456-463页 [查看摘要][在线阅读][下载 257K]

有害生物成灾与流行机制

  • 小麦赤霉病流行成灾原因分析及防控对策探讨

    马忠华;陈云;尹燕妮;

    近年来,小麦赤霉病在我国呈加重发生态势,严重威胁小麦的安全生产。此外,病菌产生的多种真菌毒素对人畜健康构成严重威胁。本文从气候变化、耕作制度改变、小麦品种抗性及病菌抗药性等方面,分析了赤霉病流行成灾的主要原因。在此基础上,结合当前赤霉病防控研究进展以及存在的关键科学问题,探讨病害持续绿色防控的对策建议。

    2020年04期 v.34 464-469页 [查看摘要][在线阅读][下载 206K]
  • 稻麦重要病毒病害间歇性暴发流行规律与主要科学问题

    吴楠;王惠;刘文文;王锡锋;

    以水稻条纹叶枯病、黑条矮缩病和小麦黄矮病为代表的稻麦重要病毒病的流行涉及寄主—病毒—传毒介体—环境条件等多种因素,具有间歇性暴发流行的特点,给防治工作带来很大的盲目性和困难。从历史资料看,凡稻麦重要病毒病大面积流行,均与介体昆虫种群密度大和带毒率高等因素密切相关,说明田间介体昆虫传毒在病害流行中发挥了重要作用,但间歇性暴发流行的深层次原因尚需进一步解析。本文对稻麦重要病毒病害间歇性暴发流行规律研究应该重视的主要科学问题进行了初步疏理,建议重点加强如下三个方面的研究:一是从介体昆虫与病毒如何相互适应导致病害间歇性暴发入手,阐明作物病毒病害间歇性暴发流行的机制;二是利用转基因或基因编辑技术创制高抗与多抗的新种质,尽快解决生产上抗病品种缺乏的问题;三是加强与农技推广部门的合作,依据基础研究成果制定合理的预测预报与绿色防控对策,为提高预测预报准确率和切断病毒的介体昆虫传播来控制病害暴发流行的绿色防控技术提供科学依据。

    2020年04期 v.34 470-476页 [查看摘要][在线阅读][下载 553K]
  • 基于三者互作解析的虫媒植物病害前沿防控技术研发策略

    张璇;叶健;

    虫媒病害是我国农业高产稳产的重大威胁之一,粮食作物、经济作物以及柑橘等多年生木本作物的病毒病害、细菌病害给我国乃至全球农业生产带来了严重的损失。介体昆虫在虫媒病害的流行和传播过程中发挥着重要作用,而虫媒病原的抗性基因研究在主要作物中匮乏,介体昆虫的抗性基因研究尚属空白,所以目前农业生产高度依赖化学杀虫剂对虫媒病害进行防治,导致昆虫耐药性和环境污染等问题,严重影响了我国和世界人民"舌尖上的安全"和生态文明建设。因此,深入探索病原—昆虫—植物三者互惠共生、协同进化的机制,研究农业生态系统中多病原、微生物组、昆虫群落包括天敌等生态因子和环境因子,明确病害流行、爆发、控制过程中的机制和调控关键节点,设计靶向性强、生态安全的新型调控剂和植物保护方案,均将为虫媒病毒的绿色防控提供新的理论基础。本文提出了病原—昆虫—植物三者互作的理论假说体系,包括了三者互作的核心、内层和外围组成;简要总结了三者互作的主要科学问题和目前研究现状;明确了现阶段主要集中于植物挥发物、植物激素以及外界环境在病原—昆虫—植物三者互作中的作用研究;分析了未来在三者互作研究过程中可能存在的瓶颈问题;力求为虫媒病害的绿色防控提供有力的理论基础和技术支持。

    2020年04期 v.34 477-485页 [查看摘要][在线阅读][下载 730K]

原创性分子靶标与绿色农药分子设计

  • 绿色农药创新及靶标研究现状与思考

    吴剑;宋宝安;

    绿色农药是我国现代农业发展的重要方向和世界农业发展的主流。近年来,我国涌现了50余种新颖的绿色农药和一批新先导及候选品种,发现了包括HrBP1、DLST等在内的一批潜在靶标,发展了靶标导向的农药创新思路,创制出毒氟磷、氰烯菌酯和环吡氟草酮等绿色农药品种,在绿色农药筛选模型、农药分子合理设计、免疫诱抗剂研发和应用等领域均取得了长足进步,已成为世界上为数不多的具有新农药创制能力的国家。但在原创性分子结构、原创性靶标及重磅绿色农药品种等方面,我国仍受制于一些国际知名农药公司。近些年国际上新上市的农药中,不乏有新机制和新靶标产品,也有一批潜在新靶标被陆续报道,特别是新生物技术引领、生物信息技术应用及多学科推进已逐步融合到绿色农药创新中,已成为新一轮农药科技创新浪潮的鲜明特征。因此,亟需基于作物病虫草害的关键靶酶、致病蛋白和调控蛋白等的发现,布局绿色农药原创性靶标和分子创新研究,构建基于天然产物结构及潜在靶标的农药分子合理设计、仿生合成和分子靶标挖掘、发现与验证等技术于一体的绿色农药创新技术体系,来引领农药基础前沿研究、提升农药原始创新能力。

    2020年04期 v.34 486-494页 [查看摘要][在线阅读][下载 3496K]
  • 化学生物学导向的绿色农药分子设计

    杨光富;

    农药是关系到国家粮食安全的重要战略物资。随着科学技术的不断发展和农药登记管理的日益严格,传统随机筛选的农药创制研究模式已无法适应现代农业和环境保护的新要求。农药靶标组是指来源于不同种属的野生型作用靶标及其突变型靶标所构成的靶标群。农药靶标组和农药活性分子的相互作用机制研究是农药化学生物学的核心科学问题,是开展农药分子设计的理论基础。本文在比较农药分子设计与医药分子设计异同点的基础上,提出了农药靶标组的概念,指出化学生物学导向的绿色农药分子设计已逐渐发展为绿色农药创制的主流研究模式。

    2020年04期 v.34 495-501页 [查看摘要][在线阅读][下载 3454K]
  • 绿色杀虫剂分子靶标研究的难点与挑战

    陈威;陈琦;尉迟之光;杨青;

    绿色杀虫剂是保证国家粮食安全的战略性物资。随着全球农业的绿色化和可持续化的发展进程,靶标导向并且对人畜和非靶标生物安全的新农药创制已成为该领域研究的必然趋势和制高点,其核心基础是农药分子靶标的创新。一方面,全球超过80%杀虫剂是基于4个晶体结构明确的分子靶标设计的,这一局面导致极高的害虫抗药性;另一方面,分子生物学功能验证技术揭示出大量害虫生长发育所必需的关键基因,如何利用这些资源开发创新的分子靶标是我们面临的挑战。在靶标研究中,获得原子水平的靶标结构信息以及靶标分子与活性小分子之间的相互作用信息是难点。在此背景下,我国有必要尽快建立针对害虫特有而人畜没有的分子靶标挖掘与利用的技术体系,推进安全高效绿色杀虫剂的原始创新。

    2020年04期 v.34 502-510页 [查看摘要][在线阅读][下载 1005K]
  • 杀虫剂的选择性与害虫抗药性

    张懿熙;刘泽文;

    化学防治具有快速、高效、规模化等特点,是害虫防治的主要手段。但是,化学农药的不合理、过量使用会导致一系列的副作用,如农药残留、农产品品质下降、环境污染、威胁非靶标生物安全等。为了非靶标生物的安全,杀虫剂在创制过程中特别强调选择性这一特征,以减少对高等动物、作物、天敌、有益昆虫的危害。另一个严重威胁杀虫剂防治效果的问题来自于害虫的抗药性,抗药性会导致杀虫剂防效下降、使用量增加、负面影响加剧。昆虫抗药性机制来自于多个方面,目前研究比较透彻的是靶标不敏感性机制和代谢增强机制。杀虫剂靶标蛋白的氨基酸替换和表达量变化,均可影响杀虫剂与靶蛋白的亲和力,导致高水平抗性。因代谢抗性相关基因家族多、成员多,且参与代谢抗性的基因家族在不断增加,代谢抗性机制与代谢酶基因表达调控,将成为害虫抗药性机制研究的重点。因此,害虫抗药性研究拟重点围绕抗性基因鉴定、抗药性调控网络、基于抗药性的杀虫剂结构优化与设计等几个方面开展。

    2020年04期 v.34 511-518页 [查看摘要][在线阅读][下载 319K]
  • 植物抗病激活剂研究进展

    张越;杨冬燕;张乃楼;齐欣;郝泽生;陈蕾;范志金;

    植物激活剂本身或其代谢产物无直接抗病活性或者直接抗病活性很低,但它们可以显著提高植物的免疫防御能力,从而使植物产生持久、广谱而滞后的抗病性。与传统农药比较,这类农药作用于植物而不直接作用于病原物,可以避免病原物对药剂的抗药性,是真正意义上的"绿色生态农药"。本文对植物抗病激活剂的概念和商品化品种、作用机制、化学小分子植物激活剂的先导发现和结构优化等国内外最新的研究动态进行了综述,重点阐述了对植物激活剂发展至关重要的作用机制的研究进展;并结合本团队多年的工作基础,提出了植物激活剂创制的方向和研究思路。

    2020年04期 v.34 519-528页 [查看摘要][在线阅读][下载 1128K]