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未来如何保护“舌尖上的安全”? 精选

已有 3127 次阅读 2017-9-7 15:27 |个人分类:《中国科学》论文|系统分类:论文交流|关键词:作物病虫害 防控


虽说“民以食为天”,但生活在富足年代的普通人很少体会到粮食匮乏是一种怎样的灾难。事实上,纵观人类历史,粮食短缺频繁发生,是导致国家、社会剧烈动荡的重要因素。其中,作物病虫害则是威胁粮食生产的最主要原因之一。古今中外,由病原微生物和害虫引发的大饥荒导致的人口下降数量远远超过历次战争中的伤亡人数。例如,19世纪在爱尔兰多次爆发的由疫霉感染所引起的马铃薯晚疫病造成主粮绝收,直接饿死超过100万人,其余逃难避灾者不计其数。当时爱尔兰人口总数由800万骤降到400万,时至今日(600万)仍然未能恢复到历史最高人口水平。即使在科学技术高度发达的今天,全世界每年由作物病虫害造成的粮食损失仍然超过10%以上,防控中稍有懈怠就会导致严重的产量损失,威胁粮食安全。

在对作物病虫害进行有效防控的过程中,化学农药的使用引发了全社会的高度关注。虽然现有化学农药在很大程度上保障了作物的安全生产,但由于它们多以病原微生物和害虫的基础代谢系统作为靶标,作用方式以杀灭为主,一旦发生农药滥用,容易造成严重的环境污染和危害人体健康等问题。最近的“毒大葱”事件就是一个正在发生的例子。

因此,我们需要理性地对待现有化学农药和其他防治手段:既要认识到在从病口夺粮、虫口夺粮的过程中,这些技术确实保障了国家粮食生产安全,需要继续科学、合理地使用,避免农药的“妖魔化”;也要认识到它们是科学进步过程中所产生的阶段性技术。人类不可能永远局限在任何一种现有技术上,而是应当在对其进行改善和完善的同时,发展革命性的先进技术来替代它们,从而更好地保障“舌尖上的安全”。

中国科学院战略性先导科技专项“作物病虫害的导向性防控”团队在国际上率先提出了“生物信息流”这一新概念。生物信息流是决定物种之间相互关系,如寄生、共生、捕食和互惠等的信息纽带,也是决定作物与病虫害之间相互关系的关键环节。在病虫害与作物相互识别,相互作用的过程中,如果能够人为地操纵生物信息流的走向、途径,就有可能精确控制病虫害的行为,减少或制止其对作物的伤害,发展出绿色、高效和精准的先进防控技术。为了达到这一目标,一方面需要加强基础研究,对生物信息流在物种之间的传递和控制这一前沿问题进行探索;另一方面也需要根据研究结果,发展作物病虫害新型防控技术。

该专项自2014年立项以来,已经在多个领域做出了具有国际显示度的研究成果。在细菌-植物相互识别的分子机制、害虫聚群的调控过程、作物抗病基因组编辑技术和RNA技术等方面走在了国际同行的最前列,引领着该学科领域的发展。

为了集中展示专项团队的研究成果SCIENCE CHINA Life Sciences(《中国科学:生命科学》英文版)特别邀请康乐院士、陈晓亚院士和方荣祥院士担任特邀编辑,20178月出版了Biotic information and pest control 专辑(生物信息流与作物病虫害导向性防控专辑)。专辑共发表该专项团队17篇综述、研究论文和通讯,内容广泛涵盖了从植物抗病机制、病原真菌、病原细菌、昆虫-植物相互关系等领域前沿


其中,在植物抗病信号转导方向上,中科院微生物所张杰研究组综述了植物细胞表面受体识别病原微生物的研究进展,中科院微生物所邱金龙研究组分析了在水稻中脱落酸控制植物抗病反应的调控功能。在棉花-大丽轮枝菌研究领域,中科院微生物所夏桂先、王海云研究组分析了棉花细胞微丝结构与抗病性之间的关系;中科院微生物所郭惠珊、华辰雷研究组对棉花病程相关蛋白的表达进行了研究;在昆虫研究领域,中科院动物所戈峰研究组综述气候变化过程中,CO2O3浓度升高对于媒介昆虫传递病毒病害的影响模式,同时给出了一个研究实例;中科院动物所崔峰研究组发现在蚜虫抗农药过程中,发挥解毒作用的酶具有进化保守性;中科院上海植生所陈晓亚、毛颖波研究组利用转录组学技术对昆虫绿盲蝽的基因表达模式进行了分析;中科院动物所孙江华、赵莉蔺鲁敏研究组不但发现TollIMD途径在甲虫与真菌的相互作用中被激活并发挥免疫调控功能,而且发现挥发化合物在细菌-真菌-植物共生体系中具有重要影响;在植物-病原微生物跨界信号领域,中科院微生物所方荣祥、贾燕涛研究组全面综述了信息化合物在跨界识别与控制中的重要作用。中科院微生物所刘俊研究组则对造成水稻稻瘟病的代表性病原真菌菌株进行了重测序,分析真菌致病基因可能具有的功能。中科院上海植生所研究组利用转录组学方法全面分析了内生真菌与蚊子互作过程中基因表达的变化。石河子大学高锋研究组则对大丽轮枝菌中1个致病关键因子VdPKS1进行了功能研究。中科院武汉病毒所胡志红、王曼丽研究组对杆状病毒感染过程中的关键因子功能进行了综述。这些论文是专项研究团队研究成果的一次集中展现。

中国是世界上首屈一指的农业大国和人口大国,但由于历史的原因,在作物-病虫害相互作用和抗病技术研究领域一直处于追踪和跟跑的状态。近年来,随着国家对基础研究投入的增加和国内优势研究团队的聚集、成长,我国在这一战略必争领域已经成为世界上最主要的竞争者之一。希望该专辑的出版能够成为一个抛砖引玉的机会,吸引国家科技政策制定者和科学家共同关注作物病虫害防控前沿和先进技术这一领域的重要意义,支持其持续的发展,从而为保障国家粮食安全和食品安全做出前瞻性、战略性的研究贡献。


专辑免费下载阅读链接

http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCLS/60/8?slug=Browse



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