园林植物安全与检疫：生物入侵与生物安全

第七章生物入侵与生物安全

喜旱莲子草俗称“水花生”、“革命草”以无性繁殖为主，地下根系庞大，在节处可反复生出幼芽到达地面成为新幼苗，在强光或很荫蔽的地方均可生长。危害：可覆盖水面，堵塞航道，危害作物，滋生蚊蝇，破坏景观生态。原产于巴西，大约在20世纪30年代传入上海及华东地区。50年代后，南方将此草作为猪饲料引种扩散，后逃逸为野生。水盾草原产于美洲，作为鱼缸草引进，最后逃逸。3个月就能从几根断枝，发育成连片的“水底森林”，在美国、澳大利亚等地，水盾草的侵扰，引起水库和池塘水平面上升，导致渗漏的增加、灌溉渠的堵塞；草死亡后腐烂耗氧，对渔业造成危害；妨碍了湖泊和水库的美学功能。豚草原产北美，30年代传入我国，豚草花粉能引起人患皮炎和枯草高热病，如连年复发，会并发肺气肿、肺心病，乃至丧失劳动能力和死亡。

影响农业生产、绿化及旅游事业。紫茎泽兰又名破坏草、飞机草，种子和花粉会引起马属动物哮喘病，种子上带钩的纤毛被牲畜吸入后直接往气管和肺部钻，引起牲畜组织坏死和死亡；用它的茎叶垫圈或下田作沤肥，会引起牲畜蹄子腐烂、人的手脚皮肤发炎。此外，使幼树衰弱甚至死亡、田块减产，还会导致土壤肥力严重下降。因此其又被称为“绿色杀手”、“植物食人鱼”。互花米草互花米草1979年从美国引进。当初引种的目的是为保滩护岸、改良土壤、绿化海滩和改善海滩生态环境。⑴破坏近海生物栖息环境，影响滩涂养殖；⑵堵塞航道；⑶影响海水交换能力，导致水质下降，并诱发赤潮；⑷威胁本土海岸生态系统，致使大片红树林消失。

水葫芦红脂大小蠹危害状松材线虫危害状薇甘菊非洲大蜗牛：也就是人们常说和常食用的东风螺、菜螺、花螺、法国螺。非洲大蜗牛是繁殖很快的大型陆生贝类，它们危害农作物、蔬菜、生态系统，而且还是许多人畜寄生虫和病原菌的中间宿主。烟粉虱：危害蔬菜、观赏植物、棉花、烟草等生长快，高繁殖，易存活，一旦放生野外，将大量掠夺生存资源。巴西龟稻水象甲:成虫在稻苗上取食产卵，啃食叶片形成白条，影响光合作用；低龄幼虫蛀食稻根，大龄幼虫咬食稻根。美洲斑潜蝇（危害蔬菜）第一节生物入侵

一、基本概念本地种外来种外来入侵种生物入侵本地种

nativespecies，indigenousspecies；

指在其过去或现在的自然分布区域和扩散潜力范围内（即物种自然分布，或无直接间接引入或不需要人类干预能够存活繁衍的范围）的物种、亚种或更低级的分类群。2.外来种

alien/non-native/non-indigenous/foreign/exoticspecies；

指出现在其过去或现在的自然分布范围以外（即在原分布范围以外自然定殖的、或没有直接或间接引进、或没有人类活动就不能定殖）的物种、亚种或更低级的分类群，包括能够存活下来并繁殖的任何部分、配子或繁殖体。美国的生物区系中至少有5万种为外来种，我国外来种的比例可能也较高。广义的外来种包括遗传饰变生物体(GMOs)。外来种的类型有益：如玉米、小麦、大麦、马铃薯、辣椒、番茄、棉花、花生、番薯。又称引进种。中性：在一定的条件下维持相对稳定。如广玉兰、桉树属植物等。有害：外来有害种，入侵种。3.外来入侵种alieninvasivespecies；指在自然、半自然生态系统或生境中定居下来的，对本地生物多样性产生影响并构成威胁的外来种。&如喜旱莲子草、凤眼莲、微甘菊、松材线虫、美洲斑潜蝇、紫茎泽兰等。外来种成为入侵种的概率约为1/1000。？问题本地种、外来种及外来入侵种三者之间的界限并不是显而易见的，如外来种在侵入1000年后就很难从本地种中区分开来，有相当的物种难以判定是本地种还是外来种。目前我们所定义的外来种中潜伏着一些未来的入侵种，这也常常是外来种管理上的疏漏之处，因为人们通常只注重那些已经产生危害的入侵种，而忽视了即将出现的入侵种。如：巴西胡椒(Brazilpepper)许多年来被人们栽种于院落作为观赏树种，上个世纪40年代末50年代初突然爆发，至今人们还无法解释其泛滥成灾的真正原因。4.生物入侵当外来种进入一个新的地区并能存活、繁殖，形成野化种群(feralpopulation)，其种群的进一步扩散已经或即将造成明显的生态和经济后果，这一事件称生物入侵(biologicalinvasion)。被认为是新千年三个最棘手的问题之一，另两个为全球变化和生境丧失。二、生物入侵的模式与机制

（一）、生物入侵的模式

1、自然入侵：完全没有人为影响的自然分布区域的扩展。这在现代史上极其罕见，如环颈鸽（collarddove）的入侵。2、人类辅助入侵：在人类改变了的环境中自然传播并扩张其分布区域。事例不多，如鹭鸶（egret）的入侵。3、屏障去除后的入侵：由于人类去除天然屏障后，生物体能自然穿越而引起分布扩展。这是淡水生物入侵的常见模式，如七鳃鳗（sealamprey）的入侵。4、人类运输引起的意外入侵：依赖于人类运输，生物体入侵后能适应新的环境。促进意外运输的因子有：小型或隐性生殖体；有利于传输的进化学和适应；与栽培养殖物种相似；与其他物种共生；船舶的压舱水；货物运输中无意夹带的入侵种。5、从动植物园或养殖场逃逸出去的入侵物种：依赖于人类的运输。生物体对新环境有至少是中等程度的适应能力才可望定居，然后经过一定时间的逐渐适应性扩张后成为入侵种（如葛藤）。6、有意引入：在大量有意引入的物种中有：狩猎或渔业种（如驯鹿、各种鱼类）；林业种（如杨树、桉树、松树等）；牧业种（如早熟禾、各种牧草、各种牲畜）；渔业促进种（如糖虾）；驯化种（如欧掠鸟、舵鸟等）；生物控制种（如微型黄蜂）。这6种入侵模式中绝大部分的生物入侵事件都是人类活动直接或间接造成的。生物入侵可以认为是人类活动所引起的全球变化之一，在全球化中有着特殊的地位与作用。

（二）生物入侵的机制

外来物种进入新的生态系统，最后能否成为入侵种有两个因素在起作用：一是进入新环境的外来物种的自身特点；二是该环境是否可被这个物种入侵。1.外来种的生物学特性(1)传播能力强(关键)(如美国白蛾，薇甘菊，紫茎泽兰，凤眼莲，水盾草)(2)对环境的适应性强（谷斑皮蠹）(3)生命力强（如马铃薯金线虫）水盾草2.入侵种与本地种的相互作用缺乏天敌的控制。种间抑制。外来种与本地种间的竞争。外来种的协同入侵。杂交促进入侵。3.群落的可侵入性(invasibility)生物多样性有时对抵抗外来种入侵起着关键性的作用。物种组成较丰富的群落比组成简单的群落对生物入侵的抵抗力强。另外一种观点：多样性高的群落因其生境条件较好，反而以利于外来种入侵。群落的可侵入性一些结论:岛屿比大陆易受入侵；结构简单的群落比结构复杂的群落易受入侵；新世界（NewWorld）比旧世界（OldWorld）更易入侵；温带生态系统比热带生态系统易受入侵；热带岛屿比欧洲和北美的岛屿易受入侵；某一区域中参观者人数的增加会导致外来种数量的增加。4．

生境变化一般认为栖息地受到干扰有利于生物入侵的发生，近年来已有实验证据表明干扰越强烈,入侵越易发生。干扰可分为自然干扰与人为干扰,都能在群落中形成空的生态位,降低了这些区域的土著生物群落对入侵的抵抗力,使外来种易于进入定居。人为干扰如修建道路、城市化、垦荒、放牧等对土著群落的破坏大而且很大程度上改变了小环境,同时还促进了外来种的传播,对入侵的促进作用一般很大。近年来的研究表明干扰对入侵的关系是复杂的。首先,干扰的作用是多方面的,过强的干扰会降低群落生物多样性(陈利顶,傅伯杰,2000)而促进入侵,适当的干扰则产生相反的效果。其次,在某些缺乏干扰的情况下,土著群落的一些种会爆发,从而使群落的生物多样性降低,减弱对入侵的抵抗力。全球变化也促进了生物入侵的发生。从整个生物圈的角度看,全球变化会使气候带范围发生改变,这必然会改变物种与资源的分布区域,结果促进入侵。全球变化促进了生物入侵,反过来生物入侵在全球范围内影响了生物群落的结构与功能,继而反馈性地影响全球环境,因而全球变化对生物入侵的促进会对地球环境产生长远的影响。三、生物入侵的危害1、生物人侵所带来的经济损失是巨大的。

1999年美国前总统克林顿在签发总统令时提到,按照一些专家的估计,生物入侵每年对美国造成的损失高达1230亿美元。在我国，仅粗略统计，几种主要入侵种每年所造成的损失即高达574亿元,入侵种造成的总体损失可达到数千亿元人民币(中国环境与发展国际合作委员会生态安全课题组2002)。2、生物入侵对环境及生物多样性是极其严重的威胁。专家们估计,在美国,入侵植物已侵染了1亿acre以上。每年由于入侵植物而损失300万acre土地,是特拉华州面积的两倍。据分析,造成当地许多物种灭绝,从而使得生物多样性丧失的第一位的导因是生境的被破坏和生境的破碎化。第二个最重要的因素,则是生物入侵(Wilcoveetal.1998)。它对生物多样性、生态系统的稳定性,以及所有物种都赖以生存的自然界的平衡,造成了长期的威胁。正由于生物入侵是在全球的尺度上发生,因而,它还有造成全球植物区系和动物区系均匀化的趋势。法规防治扑灭传统生物防治综合治理我国控制外来种案例六、外来种的控制1、法规防治控制外来种传播危害的最直接手段就是阻止其传入，即检疫(quarantine)。美国1912年第一部“植物检疫法”生效；中国1991年通过《中华人民共和国进出境动植物检疫法》通过立法采取强制手段禁止危险性的外来种传入，是控制外来种的首要措施。2、扑灭有害外来种传入新区后，为彻底消灭这一外来种时所采取的行动，是一种紧急措施。3、传统生物防治至今已有百余年的历史。其突出特点是：对环境安全，经济合算，效果持久。美国、加拿大、澳大利亚、南非主要采用此法。4、综合治理农药的不合理使用带来3R问题，造成严重的恶果。过量地滥用农药破坏生物安全，污染生态系统，危及人类健康。有害生物综合治理(IPM)。是当前国际上普遍公认并广泛采用的有害生物治理策略。5、我国控制外来种案例用红胸叶虫釉小蜂(Tetrastichusbrontispae)控制椰子红胸叶虫(Brontispalogissima)。七、展望面临的威胁对策几个国家对入侵种的管理对策1、面临的威胁随着人类社会经济的发展，国际贸易、外交往来、旅游业等都将显著增长。在这种情况下，外来种的传播入侵机率亦将随之上升。生物入侵带来的“生物污染”(biologicalpollution)比化学污染要可怕得多。生物入侵还从多方面对社会构成威胁。生物入侵还破坏基础自然资源。外来种对中国的巨大威胁：国际贸易。国际往来及旅游。逼近周边地区。自然传播。一些严重的虫害、病害可通过几种途径传播。建立健全立法。中长期预报。高、新技术的应用。公众教育。全球共同努力。2.对策3.几个国家对入侵种的管理对策美国野葛、芦苇、千屈菜、凤眼莲、穗花狐尾藻、鲫鱼等危害严重。1999年2月3日，克林顿签署总统令，旨在强调一项联邦政策，这项政策涉及入侵动植物物种对美国环境及经济的威胁等内容。入侵植物管理国家策略目标：有效的预防，有效的控制，有效的恢复；为合作、教育和科研所提供机遇。相关政策（列两点）农业部在90多个港口派驻1300多名检查员检查入侵农产品以防治入侵种；克林顿总统的2000年度财政给防治外来种的基金拨2880万美元。澳大利亚1996年制定了《澳大利亚生物多样性保护国家策略》，其中设计外来种管理。1997年，与新西兰共同发布了《国家杂草策略》。建立了一套杂草风险评价系统。对压舱水管理十分严格，1991年制定了全球第一部《压舱水管理指南》。

中国（建议）生物入侵问题的国家能力建设（中长期）。包括监管能力、阻击能力、预警能力、快速反应能力、信息处理能力、教育宣传能力。生物入侵问题的研究能力建设。完善检测技术和控制技术，加强危害和防治的系统研究，发展环境影响及风险评估系统，加强对入侵生态系统的恢复研究，创建示范区，研制技术程序和指南。监测与管理能力建设。建立优先行动计划（近期）。制定中长期研究计划与策略，严格执行规范现有的进出口建议制度，迅速建立外来种动态信息库，进一步完善入侵种的预防与控制体系，加强严重危害入侵种的控制技术研究。第二节生物安全一、基本概念二、转基因生物的诱人前景

三、生物多样性与生物技术四、生物技术与生物安全五、生物安全的措施一、基本概念遗传修饰生物体geneticallymodifiedorganisms(GMOs)，指经遗传修饰的生物体。常称转基因生物或工程生物。2.生物安全biologicalsafety80年代后期出现。原因：生物技术产品,主要是基因工程产品（转基因生物）将可能给环境、人类健康甚至伦理道德各方面带来危机。生物安全已成为世界各国关注的焦点问题之一。1992年联合国《生物多样性公约》的条款中将它列入。《公约》生效后，两次缔约国大会上生物安全的问题都是大会的主要议题。二、转基因生物的诱人前景提高作物产量，增加经济效益。节省费用。减轻管理工作的强度；减少化学农药。例子美国，玉米由于欧洲玉米螟而遭受的损失每年达10亿美元，种植转基因抗虫玉米后，1996年和1997年两年的平均产量都提高了9%。美国，由于种植了耐除草剂转基因大豆，1996年少施了10~30%除草剂，结果控制了杂草及土壤温度、提高了产量，没有除草剂的残留物，并且在作物的农艺管理上的灵活性大得多了。加拿大，1996年由于耐除草剂转基因油菜的种植，产量提高了9%，减少了对除草剂的应用，12万hm2面积的转基因油菜的经济效益为600万美元。我国，抗病毒的转基因烟草增加了烟草叶片产量5~7%，并节约了2~3%的杀虫剂用量。数据世界范围内（此处不含中国）已经大面积释放的转基因作物有烟草、棉花、油菜、番茄、马铃薯、大豆和玉米等。1996年全球转基因作物商品化种植面积为170万hm2，到1997年面积猛增到1100万hm2，到1998年时，又比1997年翻了一倍多，达到2780万hm2。

我国可能是世界上最早大面积释放转基因作物的国家。1992年，抗烟草花叶病毒和黄瓜花叶病毒的双抗转基因烟草在河南省已达8000hm2的面积。1994年，我国转基因烟草释放面积已达100万hm2。我国转基因作物大面积释放面积在国际上占第二位，第一位是美国。整个发展中国家转基因作物商品化种植的面积在1996年占全球释放面积的近一半，1998年仅占16%。三、生物多样性与生物技术生物多样性是生物技术的基础生物技术在生物多样性保护和持续利用中的作用1.生物多样性是生物技术的基础生物多样性的开发利用是生物技术创新的最重要的源泉。人类对赖以生存的地球肆无忌惮地利用和破坏，带来的后果是对生物多样性的毁灭。据IUCN植物中心的保守估计，到2050年，6万种植物将要绝灭或濒临绝灭。如按一种植物有10-30种其它生物依赖其生存计，到2050年物种绝灭的总数将为66万~186万种，这个数字比自然状态下物种绝灭的速度至少高2.5万倍。2.生物技术在生物多样性保护和持续利用中的作用寻找新的遗传多样性，并开发和研究基因资源，获得有效的药物和治疗方法。降低人类对生物资源的需求。如种植高品质的作物。对工业产品进行再循环利用并减少其对环境的污染，降低对自然资源的消耗。检测生物多样性，并对未知物种进行定名和描述。系统分类学，对微生物进行培养和筛选，揭示遗传多样性。生物技术在生物迁地保护的的作用。

动物迁地保护生物技术如人工授精、选择性育种、胚胎移植、胚胎切割、克隆、短期圈养繁殖和再引入自然以及长期圈养繁殖、冷冻保存等等。解决外来种问题。

运用雄性不育产品、基因工程产品、特定宿主的病原体、人工诱导遗传负荷、抑制免疫性、调控繁殖的遗传基础和性引诱剂等，可能会在10年内消除大多数的外来种。解决小种群问题。在小种群中，遗传变异的丧失和有害突变的固定是不可逆的和不可避免的。经过插入和诱导遗传突变，可以补偿由遗传漂变而造成的后果。同时，应用生物技术能够阻止基因的有害突变，并恢复遗传多样性。四、生物技术与生物安全1.《生物多样性公约》与生物安全2.遗传修饰生物体释放的生态风险《生物多样性公约》第8条，就地保护的款写道：“制定或采取办法酌情管制、管理或控制由生物技术改变的活生物体在使用和释放时可能产生的危险，即可能对环境产生不利影响，从而影响到生物多样性的保护和持续利用，也要考虑到对人类健康的危险”。1.《生物多样性公约》与生物安全

《生物多样性公约》规定，需要建立生物技术改变的活生物体安全管理的国际性统一准则，1994年缔约国第一次大会一致同意成立生物安全专家小组先商讨制定“国际生物技术安全的技术准则”。1995年12月，联合国环境署(UNEP)在开罗发布了《国际生物技术安全管理的技术准则》。世界资源研究所(WRI)等扼要给出了使用生物技术的行为准则：各国应在发展和检测新的生物技术之前，首先提高监测和控制它们的能力；对释放遗传修饰生物体可能存在的危险进行仔细评估，对于遗传多样性丰富的地方尤要如此；各国对进口遗传修饰生物体等材料应严加管理；严格控制生物技术，以防止由于利用新技术而使得动、植物品种过分单一化，如植物材料的克隆繁殖和转移家畜胚胎的方法；禁止发展、试验和应用生物技术用于军事目的，例如不得用来制造生物武器；在国家和国际水平上建立补偿机制，以支持受损害的农业社区和国家，而这种损害是由于利用生物技术创造的新作物取代原有作物造成的；应建立早期预警网络，以监测生物技术对社会与经济带来的压力及其对生物多样性的影响，防止一些小型的农场主被迫迁至更边远地区；应制定生物技术的国际行为准则，以在各层次管理生物技术。2.遗传修饰生物体释放的生态风险转基因生物的入侵风险转基因逃逸的风险抗病毒转基因作物可以产生新的病毒转基因作物释放对土壤生物群落及生物地球化学循环的影响害虫对转Bt抗虫植物的抗性风险转基因植物产生的杀虫剂对非目标生物的影响的风险A.转基因生物的入侵风险与外来种入侵相似。如为了控制另外一个引入种，Moorea岛引入了一种蜗牛，结果使当地六种蜗牛几乎全部消失。优良性状的转基因作物容易成为入侵种。已有证据表明，Bt基因提高了转基因甘蓝型油菜在田间的适合度。B.转基因逃逸的风险转基因可以通过传粉在空间上逃逸，也可以通过种子库在时间上逃逸，并通过转基因作物与其野生亲缘种的杂交种在自然界中存留。转入作物的特性(insertedtraits)以抗除草剂的为多，其次是抗虫和抗病毒，最后是抗逆。这使野生亲缘种具有获得选择优势的潜在可能性。若获得选择优势的野生亲缘种本身就是杂草，那就会为该杂草的控制增加很大的困难。例如，转基因水稻如与起源的野生种同在一个区域时，水稻中的转基因会转移到野生稻中去。野生稻是危害很大的杂草，若商品化稻田里的野生稻得到了来自抗除草剂转基因水稻的抗除草剂基因，则野生稻的危害更大。美国加州大学的研究发现一种栽培的圆白小萝卜可以通过虫媒或风媒与在一公里以外生长的野生萝卜(Raphanussativus)授粉。因此他们建议转基因作物要建立隔离区,对某些植物来说,隔离的距离至少要几公里。C.抗病毒转基因作物可以产生新的病毒含有病毒基因的转基因抗病毒作物释放的最受关注的一个风险就是转基因有可能会与其它病毒重组，从而产生新的、甚至是更具毒性的病毒。D.转基因作物释放对土壤生物群落及生物地球化学循环的影响土壤中的生物体通过