信息素技術:破譯「通訊密碼」誘殺害蟲

2020-11-25 科學網

 

新聞回放:國家林業局預測預報中心日前作出的一項預測顯示,曾一度猖獗的林業有害生物紅脂大小蠹,2007年的發生面積將繼續下降,同比下降22%,危害程度將進一步減輕。而在與紅脂大小蠹的博弈中,信息素技術功不可沒。

 

孫江華 中國科學院動物研究所研究員、國家林業局林業有害生物防治專家諮詢組成員

 

林業病蟲害問題日趨嚴重

 

近年來,由於氣候變化、經濟全球化和人類活動等因素影響,我國林業病蟲害以及外來生物入侵等問題日趨嚴重,嚴重威脅到人與自然、社會的和諧發展。最新統計顯示,我國林業有害生物種類有8000多種,發生嚴重的有200多種,每年發生面積達1.2億畝,經濟損失高達880億元。

 

紅脂大小蠹就是個典型的例子。紅脂大小蠹原產於北美地區,通過危害林木幹部、根部致使林木衰弱而死亡。它主要危害40多種松科植物,是我國重要的檢疫性有害生物,主要危害我國北方重要造林樹種油松,同時也危害白皮松、華山松、樟子松等。1998年,該害蟲首先在我國山西省沁水縣、陽城縣被發現,1999年春秋季相繼在山西、河北、河南等省油松集中分布的太行山區暴發成災,2001年5月,陝西省部分地區也發現該害蟲危害。據紅脂大小蠹發生最為嚴重的2000年的統計,該蟲害發生面積達790.5萬畝,累計造成死樹600多萬株。紅脂大小蠹已經成為我國林業的重要害蟲之一。

 

信息素的優勢

 

第二次世界大戰以來,由於廣譜、高效、高殘留化學農藥的大量使用,不僅造成了嚴重的環境問題,而且化學農藥在殺死害蟲的同時也殺傷了其天敵,破壞了物種多樣性,害蟲經常再度猖獗暴發,造成更為嚴重的危害。信息素誘殺害蟲的優勢日益顯露出來。

 

昆蟲對環境的適應能力是驚人的,其中一個重要原因就是它有很強的感覺外部環境的能力。用於生物種內個體間通訊的化學物質就叫信息素。信息素具有很強的特異性,通過成分、配比、濃度的組合,構成了信息素的密碼。信息素是昆蟲種內聯繫的最重要的方式,昆蟲的信息素信號就像無線電波密碼一樣,只有同種個體或同種異型個體才能破譯,這就保證了種內信息的通暢和種間的生殖隔離。

 

昆蟲信息素的研究始於20世紀30年代,但受當時技術條件的限制,沒有突破性的進展。直至1959年,美國科學家Buttenandt等人從50多萬頭家蠶中分離並鑑定出第一個昆蟲信息素——蠶蛾醇,此後,信息素研究進入了一個新的時代。

 

利用信息素檢測、預測或控制害蟲已經獲得國際普遍認同。信息素具有較強的生物活性和種特異性,同時又具有不汙染環境、不殺傷天敵、對害蟲不產生抗性的特點,有利於維護森林生態平衡,保持林業可持續發展,是目前害蟲持續控制的先進有效的手段。

 

信息素防控害蟲的成功案例

 

基於國內外對紅脂大小蠹缺乏有效監測防控技術和小蠹蟲依賴寄主揮發物選擇寄主的化學通訊機理,研究人員將研究目標鎖定於以信息素為核心的監測防控技術上。在田間或樹林中設置信息素誘捕器,可以通過信息素誘殺大量的害蟲。我國科學家開展了紅脂大小蠹生活史、生物學特性、發生與環境關係的觀察研究,利用先進的化學生態方法,重點研究了紅脂大小蠹進行寄主選擇和種群密度調節過程中的關鍵信息物質,探明紅脂大小蠹寄主選擇機制,提取並人工合成對紅脂大小蠹具有較強引誘和驅避作用的寄主揮發物。

 

在此基礎上,研究人員研製出了紅脂大小蠹誘捕器和引誘劑釋放裝置,並將信息化合物幹擾作為防控紅脂大小蠹的核心技術,在此核心技術的基礎上,配套運用各項措施,如生態調控、營林控制、天敵控制、檢疫控制、活立木密閉燻蒸、餌木和伐樁誘殺、蟲孔注藥等一整套綜合防治技術,在全國進行大面積推廣應用。現在,該技術已取得顯著成效,實現了對紅脂大小蠹的防控目標,成為我國防控外來有害生物的成功範例之一。

 

目前,信息素研究的理論和技術已趨於成熟,並開始逐漸得到越來越多的應用。2000年~2006年,信息素誘殺技術在全國紅脂大小蠹發生的4個省區得到大面積應用,還出臺了紅脂大小蠹信息素使用技術辦法,取得了顯著效果。高峰期每個誘捕器日誘捕量達1000頭以上,平均幾十至幾百頭,降低林間蟲口密度作用非常明顯。山西榆次區2002年60個誘捕器共誘到大小蠹成蟲17萬餘頭,2003年共誘到近32萬頭。通過信息素誘殺,發生區當年被害株率平均下降54.4%。

 

但需要指出的是,信息素技術也並不是萬能的,還有許多科學問題有待深入研究,同時必須與其他相關技術配套使用,如信息素誘殺技術、驅避劑保護技術、信息素監測預報技術、餌木餌樁誘殺技術、降低誘源技術等。

 

防範林業害蟲是一個系統工程,需要檢驗檢疫等多個部門的協同與配合,還需要進行更多的科學研究。鑑於當前我國林業有害生物和野生動物疫源疫病嚴重發生的形勢,中國科學院動物研究所和國家林業局森林病蟲害防治總站已經籤署協議,將進一步深化跨部門的技術合作,實行面向生產、聯合攻關、信息共享、優勢互補的合作方式,推進野生動物疫源疫病監測和林業有害生物防治等領域的進步。

 

(本報記者 潘鋒 採訪整理)

 

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