孢囊线虫病综合防控技术助推粮食安全增产

文章来源:作者: 点击数:发布时间:2018-01-30【字体:   

  植物线虫是引起农作物病害的重要病原之一,造成农作物产量的巨大损失,降低农产品的品质。孢囊线虫病是我国小麦和水稻扥个粮食作物生产上的重大问题,随着气候变化、耕作制度变革和跨区联合作业,该病迅速扩散蔓延至我国小麦主产区的河南、河北、山东等我国小麦主产区,小麦受害后一般引起产量损失10%-30%,严重时达50%以上,目前发生面积逐年扩大,危害逐年加剧,严重制约和威胁我国小麦生产安全。已成为我国小麦生产中迫切需要解决的重大问题之一。

机遇偏爱时刻有准备的头脑

  30年前,彭德良怀揣壮大线虫研究的梦想踏进了中国农科院植保所大门。上个世纪80年代,我国线虫研究处于起步阶段,当时人们广泛认知的线虫病害只有大豆孢囊线虫、花生根结线虫等十余种种,许多线虫病害被当做其他病害,在国外发生非常严重的粮食作物孢囊线虫病害,国内一直没发现。彭德良研究员自1987年在植保所参加工作后,非常关注粮食作物孢囊线虫病,在查阅大量国外资料的基础上,做出我国小麦粮食作物上有孢囊线虫发生危害的判断,只是在哪里发生不清楚。一个偶然的机会,了解到湖北天门小麦曾经发生严重的黄化和矮化问题,随即到天门县岳口镇前茬为小麦的棉田土壤样品,分离出禾谷孢囊线虫的孢囊,同年年底采集小麦,发现根内有孢囊线虫幼虫侵染,次年春天小麦根上发现孢囊, 自此我国小麦上发生孢囊线虫病害浮出水面。在八五,九五农业部重点项目的支持下,开展调查,发现在我国河南、河北、北京等地零星发生。

  随着气候变化、耕作制度变革和2000年开始的跨区联合作业,孢囊线虫病迅速扩散蔓延至我国小麦主产区的河南、河北、山东等我国小麦主产区,小麦受害后一般引起产量损失10%-30%,严重时达50%以上,目前发生面积逐年扩大,危害逐年加剧,严重制约和威胁我国小麦生产安全。已成为我国小麦生产中迫切需要解决的重大问题之一。虽然进行了一些工作,但是由于项目经费有限,许多科学和技术问题需要研究解决。一是缺乏对中国小麦孢囊线虫病病原种类、生物学特性和病原物致病性的分化的系统研究;二是缺乏早期诊断和识别技术,对线虫危害造成的产量损失水平不明确;三是缺乏关键有效的防控技术措施和手段。

  潜心研究三十年,线虫难题终有解

  针对近年粮食作物孢囊线虫病的日益严重危害我国粮食生产的现状,着眼于国家粮食安全战略大局,作为团队首席专家,彭德良带领研究团队,联合数十家全国科研、教学和推广部门等, 在公益性行业(农业)科研专项、科技部国际合作和国家自然基金委员会的经费支持下,利用经典植物病理学技术和现代分子生物学技术,开展了我国粮食作物孢囊线虫的发生、危害和分布、发生规律、快速检测技术研究,致病性分化、轻简化防控技术,致病型鉴别与抗病品种筛选技术、杀线剂配方剂型及应用,构建小麦孢囊线虫分区治理综合控制技术体系,为保障我国粮食生产安全提供了重要的科学技术支撑。自1992年立项以来,获得国家发明专利10项,实用新型专利4项;制定发布了4项地方标准。

  2016年11月27-28日, 农业部科技发展中心组织专家对彭德良科研团队完成的技成果“粮食作物孢囊线虫病发生规律及综合治理技术”进行了评价,并提出以下主要鉴定意见:

  1、首次发现菲利普孢囊线虫和旱稻孢囊线虫2个新纪录种及小麦孢囊线虫病的7个新分布区,构建了孢囊线虫快速分子检测技术6项;揭示跨区联合收割是我国小麦孢囊线虫远距离快速扩散的关键因素,阐明土壤温度、质地、秸秆还田与土壤疏松是发病的关键因素。制定发布了《小麦孢囊线虫测报调查技术规范》地方标准,填补了国内空白。

  2、发现了Ha91新的致病小种,鉴定了20个与致病相关的效应蛋白基因,系统全面深入地揭示了我国小麦孢囊线虫的扩散机制、种群动态与发生危害新特点。

  3、从1113份小麦品种和资源中筛选出抗性材料40份,开发出淡紫拟青霉颗粒剂和甘农系列新型种衣剂等高效绿色防控药剂,研发出播后土壤镇压、非寄主作物轮作等多项轻简化实用防控技术,构建了“以农业防治为基础、抗病品种为核心、生物与化学防治相结合”分区治理的综合控制技术体系,有效控制了孢囊线虫的危害。

  4、该成果发表论文131篇,其中SCI论文22篇;培养博士后、博士及硕士研究生46名,获得国家发明专利10项,实用新型专利4项;制定发布了4项地方标准;培训技术人员和农民58000多人次;2014-2016年,累计推广应用面积1897万亩,示范区增产10%-20%,新增纯收益15.99亿元,社会、经济和生态效益显著。

  鉴定委员会认为该成果技术研究难度大、创新性强、应用面积广,整体达到同类研究国际领先水平。

图1  我国小麦孢囊线虫病发生分布

 

图2 小麦孢囊线虫SCAR标记快速检测技术

 

 图3  小麦孢囊线虫综合防控技术试验示范

 

砥砺前行,不忘初心,线虫病害治理任重道远

  植物线虫学一直是一个有待发展的薄弱学科,从事植物线虫和线虫病害研究的人员少,起步晚,基础弱。 同时,植物线虫很小,肉眼不可见,必须借助于显微镜才能识别,同时由于植物线虫主要危害农作物的根部,地下部症状不典型,而地上部的症状呈现失绿、矮小,黄化,生长稀疏、早衰,这些,症状与缺肥、缺水引起的生理病害相似,造成误诊,达成大量的线虫引起的病害当成了“生理病害”。加强公众的认知,加强对线虫病害危害的宣传仍然是从事线虫及线虫病害控制研究人员相当长的时期内面临的任务, 农业机械化-跨区联合收割作业的推进,国际贸易,南果北种,花卉苗木调运、名花名木的引进加快线虫病害的扩散蔓延,植物线虫病害的发生日趋严重,一些地区有爆发毁灭性危害的风险。

  《粮食作物孢囊线虫病综合防控技术体系构建及应用》 项目成果围绕以农业防治为基础、抗病品种为核心、生物和化学防治相结合的综合控制技术理念,从而实现可持续绿色防控为目的,构建了适合黄淮冬麦区、华北冬麦区、西北春麦区等不同生态区的小麦孢囊线虫病分区治理的综合控制技术体系,有效遏制了小麦孢囊线虫的蔓延与猖獗危害。 2010-2015年,累计推广应用粮食作物孢囊线虫综合治理技术面积2748.9万亩,示范区增产10%-20%,社会、经济和生态效益显著。

  在精准和集约化耕作模式下:我国小麦等粮食作物线虫病害存在新问题, 小麦两种孢囊线虫混合发生危害加重,以及与其它病原物复合发生,已成为孢囊线虫致害成灾的新特点, 长期单一化种植感病品种使粮食主产区作物孢囊线虫种群毒力呈现复杂化局面,进一步加重了线虫病害的危害程度和防治难度,亟需研究解决。免耕和旋耕等耕作栽培制度改革及联合收割机的推广,需要与之配套的实用化和轻简化防治孢囊线虫技术。