綠色防控是指利用對環境友好、生態和諧及有利食品安全等措施來防控農作物病蟲害的一種可持續的病蟲害治理方法,是保障當前國內外普遍關心的糧食安全和環境安全的重要保障措施之一。綠色防控既是農業可持續發展與農產品安全生產的保障,又符合保護生物多樣性、保護生態安全的需求。在綠色防控中最常見的就是生物農藥。特別是進入21世紀以來,隨著全球對環境保護和農產品安全的日益關注,該學科在國際上又贏得了新的關注與新的發展機遇,在植物保護學學科中的地位與作用也愈加突顯,具有廣闊的發展前景。
1 我國蔬菜綠色防控的具體形式
1.1 生物農藥的應用
生物農藥是指“利用生物活體或其代謝產物對害蟲、病菌、雜草、線蟲、鼠類等有害生物進行防治的一類農藥制劑,或者是通過生物或仿生技術合成具有農藥功能作用的生物制品”.我國的生物農藥產品類型有:(1)微生物農藥類:
包括細菌類農藥:Bt殺蟲劑、芽孢桿菌類殺菌劑等;真菌類農藥:白僵菌、木霉菌等;病毒類殺蟲劑:斜紋夜蛾核多角體病毒、棉鈴蟲核多角體病毒等;(2)農用抗生素類:包括井岡霉素、瀏陽霉素、多抗霉素、阿維菌素等;(3)植物源農藥類:包括魚藤酮、皂素煙堿、印楝素等;(4)植物生長調節劑類:包括5406細胞分裂素、赤霉素、脫落酸等;(5)植物免疫激活劑類:包括免疫激活蛋白、氨基寡糖素等。
1.1.1 微生物農藥
應用最廣泛的是蘇云金桿菌(Bt,Bacillusthuringiensis),已發現140多種晶體毒素,全球每年市場銷售48億美元Bt產品。我國是Bt、阿維菌素、井岡霉素的生產與應用及出口大國,Bt年產值約3.5億元,年出口1.5億元左右,阿維菌素年產值15億元,年出口約7億元。木霉菌等真菌生物農藥發酵產生抗逆性孢子工藝也取得了突破。
1.1.2 植物源農藥
植物是生物活性化合物的天然寶庫,其產生的次生代謝產物超過40萬種,其中大多數化學物質如萜烯類、生物堿、類黃酮、甾體、酚類、獨特的氨基酸和多糖等均具有殺蟲和抗菌活性。主要植物源農藥有蛇床子素、苦參堿和印楝素等。
1.1.3 病毒類殺蟲劑
病毒類殺蟲劑主要用來防治鱗翅目、雙翅目、膜翅目和鞘翅目害蟲。目前已知至少有20余類的昆蟲病毒,但研究歷史最長、防治應用最廣的是桿狀病毒科的核型多角體病毒(NPV)、顆粒體病毒(GV)和呼腸孤病毒科的質型多角體病毒(CPV)。昆蟲病毒作為殺蟲劑,具有以下特性:(1)專一性:只感染宿主昆蟲;(2)流行性:可在害蟲種群中流行傳播;(3)持續性:
病毒在自然界中長期流行傳播,控制害蟲種群數量,NPV在土壤內可保持活性達5年之久;(4)安全性:不污染環境、天敵和哺乳動物(人);(5)局限性:與化學農藥比有潛伏期,適用于穩定的農林生態系統中。
1.2 昆蟲天敵的應用
常用天敵包括:赤眼蜂、捕食螨、豌豆潛蠅姬小蜂、煙蚜繭蜂、少脈蚜繭蜂、稻螟赤眼蜂、蠋蝽、大眼長蝽、煙盲蝽、龜紋瓢蟲、異色瓢蟲、七星瓢蟲、多異瓢蟲、大草蛉、麗草蛉、中華通草蛉、智利小植綏螨等。目前天敵昆蟲的擴繁技術相當成熟,已經篩選了10余種天敵昆蟲的人工飼養方法,涵蓋瓢蟲、草蛉、蠋蝽等類群,成本是國際通用成本的1/5,突破了大規模擴繁的技術瓶頸。我國害蟲天敵的生產與利用技術處于國際領先水平,赤眼蜂的人工繁殖與應用全球面積最大,年繁蜂量100億頭左右,應用133萬hm2以上。
1.3 昆蟲性誘劑的應用
昆蟲性誘劑主要是利用昆蟲成蟲性成熟時釋放性信息素引誘異性成蟲的原理,人工合成昆蟲性信息素化合物,通過干擾雌雄交配,減少受精卵數量,達到控制靶標害蟲的目的。據統計,應用性誘劑防治農業害蟲,其平均防治效果為50%~80%,每個生長季可減少化學農藥使用2~3次,減少農藥使用量30%以上,每667 m2成本比化學防治區節省30元以上。性誘劑對抗藥性很強的斜紋夜蛾、小菜蛾、煙青蟲等害蟲有化學農藥無法比擬的優勢。
2 蔬菜綠色防控技術的研究現狀
2.1 蔬菜生物防治技術集成模式
主要模式有:殺蟲燈(性誘劑)+色板模式、殺蟲燈(性誘劑)+生物農藥模式、防蟲網+色板+生物農藥模式、性誘劑+生物農藥+天敵模式。
2.2 化學肥料和農藥減施增效綜合技術研發
通過化學肥料和農藥高效利用機理與限量標準、肥料農藥技術創新與裝備研發、化肥農藥減施技術集成與示范應用研究,構建化肥農藥減施與高效利用的理論、方法和技術體系。到2020年,氮肥利用率由33%提高到43%,磷肥利用率由24%提高到34%,化肥氮磷減施20%,化學農藥利用率由35%提高到45%,化學農藥減施30%,農作物增產3%,實現提質、節本、增效。
2.3 新型農藥及化學農藥替代技術研發
以蔬菜主要有害生物為對象,研發RNA干擾調控技術與產品、作物免疫誘導與化學調控技術與產品、生物活體防控技術與產品、生物代謝產物防控技術與產品、物理防控技術與產品、化學農藥智能控釋技術及產品、農藥協同增效技術與產品,為化學農藥減施和蔬菜安全生產提供產品與技術支撐。
2.3.1 干擾防控技術與產品研發
研究病蟲生長發育和侵染危害關鍵基因的功能,高通量篩選適用于RNA干擾(RNAi)的控害關鍵基因,研究多基因聚合載體技術,研發防控病蟲RNAi產品規?;a工藝及應用技術。RNAi精準控害技術已被廣泛用于研究生物基因功能、控制動物疾病和植物病毒、病蟲的危害。
最近幾年基于RNAi的抗病蟲策略發展迅速,這種策略(RNAi作用機制)是通過在植物中表達病蟲基因的雙鏈RNA,誘導產生小分子干擾RNA,干擾或沉默病蟲害關鍵基因,從而抑制病蟲的生長、發育以及致病性,實現作物對病蟲害的抗性;也可以體外合成和噴灑病蟲基因小分子RNA,干擾或沉默病蟲關鍵基因,達到控制病蟲危害的目的。如上所述,利用RNAi技術控制植物病蟲危害具有靶標多和高度特異性的優點,在植物病毒和病蟲害防治中顯示出了廣闊的應用前景。隨著各種大規模病蟲基因組測序的完成,這些基礎信息為RNAi技術在植物病蟲害防控上提供了技術基礎,可以將病蟲害基因導入植物體內,獲得抗病蟲的轉基因植物或者在體外合成和噴灑病蟲基因小分子RNA,干擾或沉默關鍵基因;利用聚合載體,容易實現多個病蟲害的聚合防控。但由于病蟲自身具有較強的系統恢復和自愈能力,使得活體RNAi技術遇到了一定的挑戰,保證靶基因的高效、特異性沉默成為RNAi技術應用的核心問題。