生物多样控制病害的原理、方法和应用.docx

生物多样性控制病害的原理、方法和应用作者单位摘要：生物多样性具有重要的生态作用, 是农业产业发展、资源开发、种质资源保存和利用、农业病虫害防治以及生物安全等的重要物质基础。在现代农业框架下,是构建持续、稳定、健康、高产的农田生态系统, 持久控制有害生物的金钥匙。应用系统工程的原理和方法调节农田生态系统生物多样性, 进行有害生物的生态控制, 将越来越受到人们的重视。文章将对农业生物多样性在我国植物病害综合治理进行综述，分析了农业生物多样性控制植物病害的原理，阐明了农业生物多样性保护与植物病害生物防治的关系，进一步了解生物多样性控制病害的方法和应用。关键词：生物多样性；农业生态系统；植物病害控制；生物防治；原理和方法Principles, methods and applications of biological diversity control diseasesAbstract:Agro-biodiversity plays an important ecological function, it is the important material foundation of agricultural industry development , resources exploitation, conservation and utilization of genetic resources, the prevention and control of agricultural diseases and insect pests, and the biological safety. Agro-biodiversity is a key to the stable, healthy, productive, sus-tainable field ecosystem and for sustainable management of pests. It has attracted increased attention for the pre-vention and control of pests based on the principles and methods of systems engineering to regulate the biodiver-sity in agro-ecosystems. This article will summarize the comprehensive treatment of agricultural biodiversity in China, and analyze the principle of the control of plant diseases, and the relationship between the protection of agricultural biodiversity and the biological control of plant diseases.Key words：Agro-biodiversity plays; Agricultural ecological system; Plant disease management; Biological control; Principle and method生物多样性（Biodiversity）是指所有生物种类、种内遗传变异及其与生存环境构成的生态系统的总称，是是地球上所有物种及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程和物种变异性的多样化，包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性四个层次。农业生物多样性是生物多样性的重要组成部分，是指食物及农业生产相关的生物的总称，包括农业种质资源与基因多样性、农田生物物种多样性（包括半家化栽培种、栽培种和受到管理的野生种）、农业产业结构多样性和农业景观多样性1。近年来，农业生态系统多样性及其保护已经逐渐成为生物多样性控制病害的研究热点。生物多样性越丰富, 多样性布局农业生态系统可选择的范围就越广。每一个特有品种都有特有基因, 将这些品种合理地布局在一定的时空范围内, 可以有效地形成病害“缓冲带”、“隔离带”和“防火墙”2。生物多样性为人类提供食物和其它产品，为资源型产业提供有效的资源，为农作物品种改良提供优质基因，为有害生物提供多样化的天敌等。在农业生态系统中，不同农业生物占据不同的生态位，彼此间通过中立、栖生、互生、共生、助生、竞争、措抗等互作方式，在自然选择和人工选择的压力下，使多种多样的生物种群得以延续共存。从农业生物多样性结构和稳定性变化来分析植物病害，可以认为植物病害的发生是农业生态系统中生物多样性的结构和动态平衡失调引起的，造成这种变化的原因包括寄主植物品种组成和布局，病原物数量及其致病性变异、正常微生物种群及其生态环境变化等对于自然生态系统而言，其构成的各个因素均处于彼此协调、相互适应状态，保持着相对稳定和平衡。当系统中某因素如有害生物增加时其它 抑，制因素如天敌 、非靶标生物 、拮抗生 物等也随之增加最，后因天敌 、非靶标生物以及拮抗生物的竞争等导致有害生物的食源或生 态位降低，从而使生态系统恢复到新的平衡状态1。生物多样性控制病害的病理学基础植物病害三角理论生物和非生物因子均能引起植物病害,在生物因子引起的病害中存在病害三角寄主、病原和环境。众所周知,在植物病害三角中，不论是寄主植物还是病原菌,不论在物种水平还是在品种或菌种水平，都具有丰富的遗传多样性, 同时环境又是复杂多样的,这是一种多对多的关系,显然,靠几个抗病品种单一化大面积种植,必然会带来病害的大流行。考古证据显示, 爱尔兰马铃薯饥荒和墨西哥马雅文化的毁灭很可能都是由于品种单一化大面积种植导致的。澳大利亚从1938年开始大面积推广小麦(Triticum aestivum)品种Eur- eka, 1941年有少数植株感病, 1942年就完全丧失了抗锈性。1950年以后, 小麦品种抗锈性丧失现象在世界各地仍不断发生。据报道, 19711975年,世界上26个国家发现小麦抗锈性丧失情况,品种丧失抗锈性的时间平均为5.5年,较长的10年,最短的1年2。1、 生物多样性控制病害的原理利用生物多样性有效控制植物病害是当前农业可持续发展的根本途径。主要包括开发 利用作物基因（遗传）多样性降低和减缓有害生物爆发的程度，开发利用农田中的作物相(种群多样性和分布)来调整作物、有害生物和天敌或其它相关生物的种间关系，开发利用非作物生境的多样性增加天敌库和农田系统资源库的功能，等等。自20世 纪80年代以来，关于农田生物群落的结构及其多样性与植物病害控制的研究在理论和实践上都取得一定的进展1。1996年云南农业大学、国际水稻研究所等单位提出了利用生物多样性持续控制水稻病害的研究项目，并系统的开展了利用生物多样性控制水稻病害的基础理论和应用研究，在利用传统地方品种和现代杂交稻品种多样性混栽控制稻瘟病方面取得重大突破。此外，我国在利用生物多样性控制小麦锈病、白粉病、高粱炭疽病、叶枯病等病害方面也取得一些进展。1.1利用作物种群多样性控制病害利用作物种群多样性控制病害包括多系品种混栽、品种间混栽和物种间混栽3种策略，其中品种间混栽是研究和应用最普遍的策略。曹克强等（1992）研究了不同小麦品种混合种植对小麦条锈病、叶锈病和白粉病的控制及其增产效果，结果证明混合品种确实有抗病增产的效果，而且其抗病增产效果在病害压力较高时尤为明显3。在水稻病害控制方面，我校（云南农业大学）生物多样性应用技术国家工程研究中心在完成大量水稻品种遗传多样性的基础上，筛选出最佳品种搭配组合，并深入研究了不同品种搭配和不同种植模式对稻瘟病的防治效果，开展了水稻多样性混栽田块中稻瘟病菌群体遗传结构、田间稻瘟病菌孢子空间分布、田间发病环境条件等研究。在多年试验研究的基础上构建了品种混栽的技术参数和推广操作技术规程1。这种利用遗传背景不同的水稻品种进行混合间栽的生产模式是目前国内外应用生物多样性防治稻瘟病的重要方法。在物种间混栽控制植物病害方面，利用高粱和非寄主植物玉米混栽控制高粱炭疽病和叶枯病也效果显著。1.2作物遗传（基因）多样性控制病害众所周知，植物抗病品种的选育和利用是控制植物病害最经济有效的措施。人类利用抗病品种有效地控制了许多大范围发生的农作物病害如小麦锈病、水稻稻瘟病、玉米大（小）斑病、马铃薯晚疫病以及棉花枯（黄）萎病等。长期以来，在作物抗病育种的实践中，人们往往注重专化性抗病性（垂直抗病性）基因的利用，致使抗病品种抗病性丧失的现象日益加重。面临这一问题，近年来不少研究者转而研究聚合多个主效抗病基因或利用微效基因进行抗病品种的选育，这也将成为抗病品种选育的新趋势。1.3生态系统多样性和景观多样性控制病害如果说利用物种多样性和遗传多样性来控制病害主要是通过维持植物自身抗病性的稳定性和植病系统的稳定性来实现的话，那么，利用生态系统多样性和景观多样性来控制病害则是在充分利用作物种群多样性、遗传（基因）多样性的基础上，协调构成农业生态系统和景观生态系统的各种生物或非生物的相互作用，使之形成有利于作物生长发育而不利于病原物侵染和繁殖的环境，最大限度的发挥生物多样性的生态服务功能。农业生产实践中的一些经验总结如“栽桐种松，没有好景”、“梨柏是冤家，并栽必出差”、“要吃葡萄莫种榆”等是这一理论的早期实践。2、生物多样性控制病害的方法在物种多样性控制病害方面，可以采用多种品种混合栽种的方法以减少病害的发生，提高产量。而在遗传（基因）多样性控制病害方面，在选育抗病品种时，不仅要注重专化性抗病性，同时也要结合主效或者多个微效基因抗病性，以减少抗病品种抗病性丧失的现象发生。在生态系统多样性和景观多样性控制病害方面，要充分利用生物或非生物间的互作作用，让其充分发挥生物多样性的生态服务功能。3、生物多样性控制病害的应用随着化学农药和化学化肥的大量施用以及遗传性单一的农作物品种大面积的推广与种植，有害生物对植物的危害不仅没有得到有效的防治，反而常常处于危险甚至爆发的状态，近年来各种新病害不断发生，而次要病害也相继上升为主要病害，复合侵染的现象日益严重等。其主要的原因大多是农药的大量施用，不仅针对性地杀死了有害生物，同时也让自然天敌、拮抗生物以及中立生物等难逃灭顶之灾，导致了次要或具有抗性的有害生物逐渐积累而大量发生时因缺乏相应的生物多样性（多种天敌或拮抗生物）自然抑制，往往处于潜在爆发状态，迫使人类施用毒力更强的农药去对其加以防治，而且施药次数和用量不断增加，如此恶性循环，造成更加严重的环境污染和3R等生态和社会问题。因此，我们必须充分利用农业生态系统中生物多样性即多种生物间相生相克、相互制衡的关系来持续控制有害生物，才能解决农业生产上有害生物越治越多，越多越治，化学农药越用越频繁，毒力越来越强，环境污染越来越严重的重大问题。在长期的农业生产实践中，人们自觉或不自觉地利用生物多样性控制病害的发生。早在1872年，达尔文就曾观察到小麦混合栽种比小麦单一种植所收获的产量高，而且病害少。20世纪30年代，大豆胞囊线虫几乎给美国的大豆生产带来毁灭性的灾害，最终通过引种我国“北京黑小豆”与当地品种混合栽种，彻底解决了抗大豆胞囊线虫病的难题。20世纪80年代，德国、丹麦和波兰等国家成功作用大麦混合品种有效地控制了大麦白粉病在本国的发生和流行。近年来，我国利用生物多样性控制病害取得了重大的突破。我校（云南农业大学）朱有勇院士及其课题组在利用生物遗传（基因）多样性控制水稻稻瘟病方面的研究处于世界的领先地位。他们系统地研究了利用水稻遗传（基因）多样性控制稻瘟病的几本原理和规律，建立了利用水稻遗传（基因）多样性控制稻瘟病的技术体系。在此基础上，该课题组还发明了玉米、马铃薯、小麦、大麦物种多样性控制主要病害的专利技术。这些研究成果表明了生物多样性控制病害在未来病害防治领域将会有很好的应用前景。结语当今社会，心的健康理念、食品安全理念以及环保理念渐入人心，往昔以牺牲环境为代价且冒着农药残留量过高，食品安全难以保障，危害人体健康的危险对植物病害进行防治的做法已经不再具备可行性，采取安全、健康、环保的方式对