【基金标书】2010CB126200-稻飞虱灾变机理及可持续治理的基础研究.doc

项目名称:
稻飞虱灾变机理及可持续治理的基础研究
首席科学家:
娄永根浙江大学
起止年限:
2010年1月-2014年8月
依托部门:
教育部农业部浙江省科技厅
一、研究内容
(一) 拟解决的关键科学问题
长期以来,人们为了更好地防治农业害虫的危害,对影响害虫发生数量和危害程度的因素作了大量研究,尤其是在引起害虫频繁暴发的外部原因以及开发依靠外部干扰以控制害虫危害的技术等方面。但是,尚缺乏从内因,即从害虫本身生物学特性的内在分子机制和生态系统中物种间协同进化所形成的生理、生态和分子机理来充分认识害虫灾变的机理,因而尚未能提供一套较为完善的可以协调集约农业与害虫可持续治理的技术体系。随着世界人口的持续增长和集约农业对环境压力的增大,如何协调集约农业生产和环境的可持续发展已成为农业科学研究的热点。稻飞虱作为威胁亚洲水稻生产最为严重的害虫及其发生的特点,为我们提供了深入探讨以下二个与此相关的关键科学问题的好材料。
1、稻飞虱适应集约稻田生态系统的内在机理
稻飞虱是以高产品种和高化学投入为主要技术的第一次绿色革命所诱发的害虫,具有r-对策昆虫所具有的个体小、年世代数多、生殖能力强、具迁飞****性和自然控制作用大等特性。像其它在农田生态系统频繁发生的害虫一样,适应了农田生态系统生长季节较短、农事操作和气候多变的特点,进化形成了快速发育、翅型分化和迁飞特性,可以及时形成长翅型以迁飞躲避不良的环境条件,又能在迁往适宜地区后立即转化为短翅型,发挥其高生殖能力,有利于种群的快速增长。稻飞虱进化适应了农田系统的高化学投入,并能把一些农药、化肥等化学品对生态系统的影响转化为提高自身种群增长的动力。同时,在长期的进化过程中,稻飞虱形成了与稻田生态系统中的其它物种间的紧密联系。例如,褐飞虱进化发展了对寄主抗性适应性演变能力,可以克服水稻抗性;稻飞虱也与一些微生物,包括病毒、真菌和细菌,建立了互利关系;三种稻飞虱也进化形成了各自的时间、空间和营养生态位及特定的生物学特性,以充分利用自然资源及避免相互间的不利影响。此外,稻飞虱与稻田天敌间也进化形成了一定的时间和空间生态位,以及行为的差异或重叠,以致逃避了一些天敌的捕食,但又成为了另一些天敌的重要食物。多年来,对于稻飞虱的重要生物学特性以及水稻、稻飞虱、病毒、天敌等多物种间互作关系开展了大量的生态学研究,但并未深入探索这些生物学特性的分子基础以及多物种互作的生理生化和分子调控机理,因而尚缺乏对稻飞虱适应集约
农业生态系统内在机理的理解,在一定程度上制约了稻飞虱可持续治理研究工作的发展。随着分子生物学技术的发展,人们有可能在分子水平探索害虫这些生物学特性以及多物种间互作的内在本质,认识现代农业生态系统害虫频繁暴发的内在原因,综合以往研究所了解的害虫灾变生态学机理,从而从深层次揭示现代农业生态系统导致一些害虫频繁暴发的内在规律。
2、集约农业和稻飞虱可持续治理协调技术体系的生态学基础
鉴于我国人口众多,资源相对贫乏,实施集约农业以提高单位面积的产出是我国农业发展的必经之路。然而,集约农业大面积种植经人为长期选择而遗传多样性下降的高产品种,大量使用农用化学品,使农业生态系统生物多样性进一步下降,自然控制作用进一步削弱,导致害虫频繁暴发成灾,严重制约了农业的可持续发展。因而,能否确保粮食安全的一个重要关键就是能否实现高产品种和化学投入等集约农业技术与害虫持续治理技术的协调。然而,实现集约农业和害虫可持续治理技术协调的前提是对集约农业技术对农业生态系统可能产生的生态效应的全面理解。但是,以往的研究往往仅注重一些局部环节,而缺乏从生态系统整体的理解以及从生态系统整体探索可持续治理的技术,在一定程度上制约了集约农业和稻飞虱可持续治理技术的协调。例如,以往的抗性品种研究主要集中在水稻的直接抗性,特别是对抗取食性基因的发现和杂交选育,结果所培育的抗性品种仅使用数年就因新致害型的出现而失去了抗性。研究表明水稻对稻飞虱直接抗性是多样的,而且也发展了经稻飞虱取食危害而诱导产生挥发性化合物以吸引稻飞虱天敌进行防御的间接抗性,开拓了培育协调品种抗性和生物防治的新途径。生态学研究表明生物多样性与害虫暴发频率和强度有密切关系,然而对于如何建立特定农业生态系统中可有效控制害虫灾变的基因多样性、物种多样性和生境多样性等的理论和策略仍处于研究探索过程中。因此,有必要从宏观生态学角度深入研究稻飞虱的迁飞路线及其影响因子,明确虫源地和受虫地间稻飞虱种群时间、数量和遗传结构动态及其与农业技术和气候因子的定量关系,以及集约农业技术所营造的农业生态系统对生物多样性时空动态和稻飞虱种群发展影响的规律,并从微观生态学角度探索集约农业技术对稻飞虱生物学特性的影响以及稻飞虱适应集约农业技术的分子生态学机理,为集约农业和稻飞虱可持续