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蝗虫成灾机制及防治技术研究进展

主办单位: 中国科学院老科协
承办单位:中国科学院老科协动物所分会 动物研究所离退休办公室
举办时间:2020-10-22       【字号: 访问量:

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简介
主持人致辞
主旨报告
邀请报告
讨论与交流
主要专家简介:
  1. 高家祥(主持人) 中科院老科协动物研究所分会理事长
  2. 王宪辉(主旨报告)中国科学院动物研究所研究员,行为遗传学研究组组长,第十四届中国青年科技奖及2017年国家自然科学二等奖获得者,现担任中国昆虫学会常务理事,中国昆虫学会青年工作委员会主任委员,昆虫基因组学专业委员会副主任委员,中国动物学会动物行为学专业委员会常务理事,北京昆虫学会理事,昆虫学报、应用昆虫学报期刊编委等学术职务。主要以我国重要的农业昆虫为模式系统,运用基因组学等多学科交叉手段,开展昆虫聚群和社会行为调控机制研究。
  3. 石旺鹏(邀请报告)中国农业大学植物保护学院教授,农业部作物有害生物监测预警与绿色防控重点开放实验室副主任,中亚区域跨境有害生物联合控制国际研究中心学术委员会主任。主要从事农业害虫生物防治、昆虫行为学研究及转基因作物的安全性评价。
  4. 涂雄兵(邀请报告)中国农业科学院植物保护研究所副研究员,杂草鼠害与草地植保研究室副主任。草原生物灾害防治国家创新联盟秘书长、中国草学会草地植保专业委员会副秘书长,国际直翅目昆虫学会、国际生防组织亚太地区会员。主要从事植物抗虫机理与牧草害虫综合防控技术研究
  5. (以下按姓氏笔画排列)
  6. 于延芬  中国科学院动物研究所高级工程师
  7. 王  远  中国科学院动物研究所离退休办公室主任
  8. 王贵海  中科院生物局研究员、原局长
  9. 白彦霞  中国科学院动物研究所科普与科研诚信办公室主任
  10. 冯国蕾  中国科学院动物研究所研究员
  11. 乔格侠  中国科学院动物研究所研究员、副所长
  12. 刘炳谦  中国科学院动物研究所高工,生态学
  13. 李  明  中国科学院动物所综合事务部部长
  14. 杨俊成  中国科学院动物研究所党委副书记、纪委书记
  15. 何凤琴  中国科学院动物所老科协秘书长
  16. 何远光  中科院老科协执行理事长兼秘书长
  17. 张立英  中科院心理所离退休办公室主管
  18. 张劲硕  中国科学院动物研究所高级工程师
  19. 张健旭  中国科学院动物研究所研究员
  20. 陈德牛  中国科学院动物研究所研究员
  21. 周国亮  中国科学院动物研究所新媒体小组组长
  22. 赵  伟  中科院心理所分会副秘书长
  23. 赵国胜  中科院心理所研究员、分会理事长
  24. 郝树广  中国科学院动物所副研究员
  25. 侯  丽  中国科学院动物所助理研究员
  26. 桂文庄  中科院老科协副理事长,研究员
  27. 徐燕男  中国科学院生物物理所五级职员
  28. 郭  伟  中国科学院动物所副研究员
  29. 郭红杰  中国科学院动物所人力资源部部长
  30. 黄春梅  中国科学院动物所研究员
  31. 曾  慧  中国科学院生物物理所老干办主管
展开

 

【简介】

蝗虫是世界性的重要农业害虫之一,对非洲,亚洲等国家的粮食安全造成了极大的威胁;同时蝗虫又是生态系统中食物链的重要环节,对维持生态系统的平衡和稳定至关重要,因此对蝗虫进行科学、绿色地防控是可持续发展农业及生态系统维持过程中的重要课题。中科院动物所康乐院士领导的研究团队就飞蝗群聚行为和成灾机制进行了长期不懈的研究,在飞蝗群散两个生态型相互转变的调控机制、飞蝗起源、扩散及环境适应机制、飞蝗群体防御及聚集的嗅觉感受机制等方面取得了突破性成果,对蝗虫全球治理具有重要理论意义和潜在应用价值。本次学术沙龙就进一步开展有关蝗虫及蝗灾的基础研究,实现蝗灾的绿色治理和防控进行讨论。

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【主持人致辞】

高家祥:中科院老科协动物所分会学术沙龙活动现在开始,今天沙龙的主题是“蝗虫成灾机制及防治技术研究进展”,我代表分会向参加沙龙活动的各位专家和领导表示热烈欢迎。今天我们邀请了中科院动物所王宪辉研究员作主旨报告,题目是“蝗虫群聚行为和成灾机制研究”。他的研究方向为行为遗传学,主要以我国重要的农业昆虫为模式系统,运用基因组学等多学科交叉手段,开展昆虫聚群和社会行为调控机制研究。他是第十四届中国青年科技奖及2017年国家自然科学二等奖获得者,现任中国昆虫学会常务理事,中国昆虫学会青年工作委员会主任委员,昆虫基因组学专业委员会副主任委员,中国动物学会动物行为学专业委员会常务理事等学术职务。我们还邀请了中国农业大学植物保护学院石旺鹏教授和中国农业科学院植物保护研究所涂雄兵副研究员作邀请报告,他们的报告题目分别是“迁飞性蝗虫发生现状与防治技术”和“草原蝗虫绿色防控关键技术与应用”。

下面,有请王宪辉老师作报告。

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【主旨报告】

王宪辉:蝗虫群聚行为和成灾机制研究

自古以来,蝗灾就是危害人类农业生产的重要灾害,与水灾、旱灾并称为中国历史上的三大自然灾害。蝗灾的发生是周期性的、由来已久的。2018-2019年蝗灾在非洲和东南亚地区大规模爆发,让公众再一次意识到蝗灾巨大的危害。尽管蝗虫种类很多,但可以诱发蝗灾的蝗虫不超过10种。目前,非洲各国蝗灾主要是沙漠蝗诱发,在世界上造成的危害比较大;而在我国蝗灾主要是由飞蝗造成的。近来年,我国蝗灾鲜有大规模爆发,只在一些偏远地区和古老的蝗区有零星发生。这主要归功于老一辈科学家马世俊先生带领的一批治蝗专家在我国蝗灾治理方面做出的突出贡献。这段治蝗历史被记录在陈英松先生的《飞蝗物语》一书中,为今后蝗灾的绿色防控和生态保护积累了宝贵的经验。蝗虫是食物链的重要环节,不应该赶紧杀绝,随着全球生态环境破坏不断加剧,我们更应该秉持生态保护的理念,对蝗虫进行绿色防控。

蝗虫能够成灾,主要由于个体间可以通过聚集形成庞大的群体,一个大的蝗群有时多达十几亿只蝗虫,这是沙漠蝗和飞蝗可以造成巨大农业灾害的主要原因。蝗虫具有散居型和群居型两种生态型。散居型蝗虫是没有危害的,但一旦在适当的环境条件下形成群居型就会形成蝗群,诱发蝗灾。因此,聚群是蝗灾爆发的重要生物学基础。几十年来,世界上很多国家,包括英国、澳大利大等,都在研究蝗虫如何由散居型转变为群居型。研究发现群居型飞蝗和散居型飞蝗可以在特定的种群密度下向另一个型转变,并将散居型和群居型的相互转变定义为“型变”。牛津大学一项研究发现后腿的摩擦可以诱发散居型蝗虫向群居型转变。那么是什么信号诱导了怎样的生理反应诱发型变?群散蝗虫在体色、形态、生理、行为、免疫、生殖等方面表现出显著的差异。这些“型”特异的表型又是如何被调控的?多年来,以康乐院士为首的科研团队针对飞蝗型变这一生态学问题,利用基因组学和系统分子生物学方法开展了大量的研究工作。

图1:种群密度依赖的蝗虫型变图示(散居型和群居型)

1)两型转变的基因组学研究:2004年,康乐院士团队紧跟基因组学发展的步伐,首次采用基因芯片技术解析了飞蝗群居型和散居型的基因时空表达谱,揭示了飞蝗型变调控过程中涉及的多种分子途径和复杂网络,发现两型飞蝗具有不同的基因表达模式和型变的关键分化节点。这项工作将蝗虫型变研究一步提到了基因组水平,为后续研究奠定了扎实的基础。2014年,该团队投入了大量精力开发一系列生物信息学分析软件和算法,解析了飞蝗的基因组,共6.5G,是当时世界上被解析的最大的动物基因组,阐释了飞蝗食性、长距离迁飞、大规模聚群等重要生物学特征的基因组基础。

2)两型飞蝗型变调控机制研究:群居型飞蝗和散居型飞蝗在嗅觉上存在显著差异,群居飞蝗个体间相互吸引,但散居型飞蝗对群居飞蝗的体表气味表现出趋避反应。研究发现,外周的化学感受基因csp和takeout基因分别调控了飞蝗型变过程中个体的嗅觉吸引和排斥行为;大脑中的一种神经递质多巴胺在群居蝗虫中含量更高,并可以诱导散居型向群居型转变;群居飞蝗相对散居飞蝗更加活跃,其活动能力明显增强,研究显示两个叫做NPF的神经肽通过调控飞蝗脑部一氧化氮的含量来决定群散飞蝗运动活性上的差异;基于HPLC/MS及GC/MS的代谢组分析显示脂类代谢是型变过程中最关键的代谢调控类别,RNA干扰和药物注射实验证实乙酰肉碱在型变调控中发挥重要功能。这些研究系统阐释了飞蝗群散两型转变的分子机理和复杂调控网络。

3)两型飞蝗免疫差异机制: 高密度群体感染风险增加,密度依赖的预先免疫能加强抵抗感染的能力,但机制不清楚。群居飞蝗喜欢扎堆,其免疫能力相对散居飞蝗也有显著的提升,抵抗真菌的能力更强,这样避免了大规模聚群造成群体的高感染率。研究显示群居飞蝗预先高表达模式识别蛋白GNBP用来封阻病原菌的模式分子,屏蔽病原菌与体液接触并降低免疫系统的过度激活,阐明了密度依赖的预先免疫分子机制。该项研究对于蝗灾防治中真菌杀虫剂的合理利用具有重要的指导意义。

4)两型飞蝗体色及防御机制差异:散居型飞蝗体色一般为绿色,而群居型飞蝗体色多为黑色和橙黄色。这一差异和两型飞蝗的生活环境密切相关,散居飞蝗的绿色体色与周边植物颜色接近,形成保护色,可以最大程度上避免天敌捕食。但群居型体色鲜亮,容易被天敌发现。近期的研究表明群散飞蝗的体色实际上是一种可以结合红色素的β-胡萝卜素结合蛋白决定的。散居型中没有这种蛋白,而群居体表该蛋白含量十分丰富,通过该蛋白结合更多的红色素使得绿色的底色转变为黑色,这一调控机制巧妙的利用了物理中的三原色原理,体现了生物特性调控机制的节约原则。此外,最近的研究发现群居型飞蝗可以通过挥发一种叫做“苯乙腈”的化合物来避免鸟类等天敌的捕食。这种气味在群居型飞蝗体表挥发量非常大,鸟不喜欢,但饿的时候也会捕食,然而遇到鸟啄后群居飞蝗挥发的苯乙腈会转化为剧毒物质氢氰酸,鸟吃了以后会产生呕吐反应。群居飞蝗正是通过挥发这种特殊的物质来抵御天敌,而散居型飞蝗没有这套防御机制,主要靠隐蔽来保护自己。这两项研究揭示了群体和个体在防御天敌方面的优化策略。

图2:群居飞蝗通过释放高浓度苯乙腈进行天敌防御机制

5)飞蝗起源、扩散和低氧适应机制:2012年,康乐团队利用线粒体基因组的方法对世界飞蝗的分子谱系进行研究,结果表明,飞蝗起源于非洲,通过南北2个主要线路扩散到整个旧世界。分子证据证明世界范围内仅有2个飞蝗亚种,分布于欧亚大陆温带地区的飞蝗属于亚洲飞蝗Locusta migratoria migratoria,分布于非洲、大洋洲和欧亚大陆南部地区的飞蝗属于非洲飞蝗Locusta migratoria migratorioides,所有其它的亚种和地理种都是这2个亚种的地理种群。该项飞蝗亚种划分标准被国际直翅目昆虫物种名录采用。此外,还发现飞蝗西藏高原种群通过增大细胞色素C氧化酶活性和三羧酸循环关键酶PDHE1维持低氧下有氧呼吸的能力;同时西藏高原蝗虫中胰岛素通路相关基因发生位点突变,使其在代谢水平上更加适应高原的低氧环境。

图3:飞蝗起源及迁徙路线分析

6)飞蝗聚集信息素鉴定和作用机理研究:化学信息素是昆虫聚群的主要通讯手段。然而,有关蝗虫聚集信息素的研究几十年来都存在极大争议,没有一种化合物完全符合传统聚集信息素的特性。近期,康乐院士团队在飞蝗聚集信息素研究方面取得了重大突破,发现群居蝗虫特异挥发的4-乙烯基苯甲醚对不同龄期、不同性别、不同生态型的飞蝗均表现出强烈的吸引行为,首次证实其为飞蝗聚集信息素,并鉴定到该气味分子的嗅觉受体Or35,利用CRISPR/Cas9技术构建该受体的突变体蝗虫品系,发现Or35嗅觉缺失突变体确实丧失对4-乙烯基苯甲醚的吸引反应。此外,该研究还利用户外草坪双选和野外大田诱捕实验验证了4-乙烯基苯甲醚的聚集信息素作用。这项工作与今年8月12日在nature杂志上在线发表。该工作发表后得到了国内外媒体的广泛关注和同行专家的高度认可,认为这个发现是国际蝗虫学研究的一个新的里程碑,将大大提高蝗灾的预测和控制水平,对于非洲蝗灾的治理也具有重要而深远的意义。联合国FAO成员也对该项工作给予高度评价,同时希望未来可以基于该项工作中聚集信息素的作用机制真正做应用方面的研究,比如利用人工合成信息素监测蝗虫的动态、利用人工合成信息素来诱杀蝗虫,根据发现的嗅觉受体的结构去设计一些拮抗剂,或者是做遗传干扰的工作,通过原始创新、基础研究得到的成果将来应用到我国蝗虫的防治中,甚至为改变为沙漠蝗的防治做一些贡献。

图4: 4-乙烯基苯甲醚聚集信息素作用野外实验验证

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【邀请报告一】

石旺鹏:迁飞性蝗虫发生现状与防治技术

感谢宪辉给我提供这个机会,跟大家交流一下迁徙蝗虫的情况,我从去年起跟FAO联系比较多,去年也去巴基斯坦和东亚进行了培训,我从国际上的沙漠蝗发生率情况和中国飞蝗的情况,简要的做个汇报,我主要讲迁飞性蝗虫国内外的发生和防治现状。

1)世界迁飞性蝗虫发生现状:世界上曾灾害性发生的迁飞性蝗虫是沙漠蝗、飞蝗、红翅蝗、南美蝗、意大利蝗和西伯利亚蝗、摩洛哥蝗等等,其中属沙漠蝗和飞蝗危害最大、范围最广。目前已知沙漠蝗属有50种以上,主要分布在南美洲、北美洲、非洲及亚洲;其中,非洲沙漠蝗 Schistocerca gregaria (Forskl)在史前期就是北非、西亚和印度等热带荒漠地区之河谷、绿洲上的农业大害虫。非洲沙漠蝗猖獗发生时;其扩散区可超过2900万平方公里,波及65个国家,约占全世界陆地表面的20%和占世界人口1/10的地区。最近2019-2020年的蝗灾,每平方公里的蝗群包含0.5亿头蝗虫,每天吃掉100吨作物,破坏力惊人。飞蝗在中亚和高加索地区发生比较重,包括阿富汗、亚美尼亚、格鲁吉亚、等10个国家。主要蝗虫种类是意大利蝗、摩洛哥戟纹蝗和亚洲飞蝗;有2500万公顷的耕地面积处于蝗虫的威胁之下,至少2000万人处于蝗灾的风险之中。

2)世界迁飞性蝗虫防治现状:目前国际沙漠蝗的监测主要利用卫星,海洋和气象卫星监测它适应的区域,提前三个月进行预防。沙漠蝗迁徙性和气候变化紧密相关。2018到2020年沙漠蝗迁徙的路线主要受气流的影响,2018年的夏季气流引起了它大规模的扩散。沙漠蝗的爆发由来已久,沙漠蝗发生趋势分析显示,2014年沙漠蝗已经迁到欧洲到西班牙,越国大西洋,2019年远远高于2014年,2020年预测更高,一般来说蝗灾爆发会持续三年左右。粮农组织每一个月发布一次预警,每个月10月25日发布。预测到10月份沙漠蝗将继续繁殖,蝗群数量持续的增多,因为疫情原因防控工作做得并不好,预计也门西部红海沿岸的蝗群将在 10 月至 11 月向北迁飞至沙特阿拉伯西部沿海;同时,南部亚丁湾沿岸的蝗群将跨过亚丁湾向索马里北部迁飞。沙漠蝗虫防控形势依然严峻,需持续进行监测并开展多国联合防控,以保障当地农牧业生产及粮食安全。在飞蝗防治方面效果较好,近三年中亚发生和防治一直在加强,2019年防控面积达到180万公顷,是2018年同期的一半,由于高温干旱天气,蝗虫死亡加速, 9月中旬结束。我国成灾蝗虫主要以飞蝗为主,发生和防治面积自2001年高峰后一直呈现下降趋势,但不能掉以轻心。

图5:2018-2019年沙漠蝗成虫迁移路线

3)国际迁飞性蝗虫防治新技术:目前国际上化学防治仍然占主导地位。FAO采用多种防治措施,包括机械防治、饵剂毒杀、喷洒粉剂、喷施液体农药。通过对蝗区采取蓄水、改造蝗虫孳生地、提高生态系统的生物多样性等方式进行生态防治是比较先进的措施,可以达到长期的防治效果。国内这方面做得比较好,也是我国蝗虫防控取得成绩的重要原因。此外生物防治也是蝗虫防治的重要手段,主要的生物防治措施包括蝗虫病原微生物、蝗虫病原线虫、食蝗鸟类、捕食性和寄生性天敌昆虫、生态调控等。发达国家生物防治开展较早,生物制剂产值高,占全球生物杀虫剂70%的市场;而发展中国家化学农药仍然占较大比例,生物制剂产值占比10%以下。现代的生物防治包括增强型生物防治和保护型生物防治。前者是协同利用不同的病原物提高控制作用的效果,保护性生物防治是通过保护生态系统的生物多样性来提高生态系统的抗害能力和恢复能力。

4)我国迁飞性蝗虫防治新技术:我国生物防治主要包括两种微孢子协同增效,将一种是毒性比较高和另一种致病性比较高的微孢子结合起来提高增效;开发微孢子的增效剂应用技术,增加微孢子对蝗虫的致死作用;开发杀蝗转基因微生物应用技术,提高微生物的治病率;取食干扰技术,干扰调控蝗虫取食的神经肽,抑制其取食并进行产业化。

图6:中国蝗虫的发生与防治趋势

总体而言,沙漠蝗和飞蝗都有加重的趋势,我们国内比较平稳,但我们要一直重视,宏观和微观相结合是今后蝗虫防治技术发展的趋势。

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【邀请报告二】

涂雄兵:草原蝗虫绿色防控关键技术与应用

非常感谢邀请我来做个工作汇报,我心里也很忐忑,坐立不安,在座都是我的老师前辈,按照安排我把我们在草原蝗虫方面工作做个简要汇报,目前我们中国农业科学院植保所有七个学科,草地害虫就在这个学科里面,我们围绕蝗虫、真菌、真菌和植物间的关系开展研究。

1)明确草原蝗虫分布和发生规律:蝗虫爆发以后造成了草原退化、沙化、荒漠化,三化为蝗虫产生了更好的产卵栖息地,造成了恶性循环,迁徙性的蝗害也可以造成农田的危害。境外蝗虫我国也造成了潜在威胁。我国在2000年前针对草原飞蝗防治以化学农药为主,在当时局部短暂时间控制住了蝗虫的危害,但导致很多草原上很多天敌的减少。围绕真菌防治蝗虫开展的工作,如今集成了防控技术体系,是指导我国防蝗的主推技术,而且这个技术也走向了国际防治蝗虫的战场。我们和全国15个草原省区、30个项目团队合作对我国草原786种蝗虫数据库的整理,根据气候特征、植被和地理特征把我国的草原划分为三个大区、33个亚区,每个区域优势种也进行了逐步的分类,我国草原将近20种是重要的蝗虫。围绕植被方面上层、中层、下层的不同蝗虫的种类,将蝗虫和植物信号进行关联,用于蝗虫的预警。

2)草原蝗虫的检测预警:我们结合行业需求也做了监测预警工作,开发一些模型,把前人的法则进行了改进,主要是把以前的平均温度变成24小时温度模拟方法,基于此方法草原预测蝗虫发生期基本上三天内,这个阶段基于往年基础数据进行初步预测,也开发了一系列预测模型,也是软件的主要组成部分,亚洲小飞蝗7月上中旬有一股西伯利亚过来的暖湿气流,这是导致亚洲小飞蝗从蒙古国往我国迁飞的主要原因,我们已经证明了这个观点,到北京是现在已经证实了迁飞的规律。我们在锡林浩特也建立了监测预警体系,主要服务于国家主管部门,帮助他们搜集信息、信息实时发布、防控预警等等。分析外界因素蝗灾的影响,比如放牧,放牧对蝗虫的发生会有影响、化学农药也有影响等等,这些影响所占的各自贡献率是多少也需要进一步的研究,明确哪个是主要哪个是次要因子。

3)草原蝗虫防控技术及体系:我们团队核心点是真菌防控产品的研制,目前获得三千多个菌株,其中生产菌株是12株左右,通过对菌株进行改良,对发酵工艺也进行改进,使成本降低了二分之一到三分之一。2018年通过开展增效剂和免疫抑制剂共建项目,目前已经进行了成果转化开始规模化的生产工作。蝗虫是生态系统中一个组成部分,防控技术要体现“容忍哲学”,基于生态因素构建预警模型也是蝗虫防控体系的重要环节。化学农药跟生物农药有个共靶作用,我们开发了应急防治技术,蝗虫大面积发生的时候可以使用菌药互补开展应急防治。中低密度地区可以通过媒介,比如蚂蚁等等真菌带入土壤实现持续控制作用。此外,目前草原上已经形成了比较成型的生态调控,现在新疆西部地区给鸟类搭建石堆、鸟巢,为来自西亚或者是欧洲的的鸟类提供巢穴,适合其生存来控制蝗虫。

图7:中国草原蝗虫防控总体思路

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【讨论与交流】

桂文庄:刚才报告中讲到蝗虫从不迁徙到迁徙发生了种群的变化,变化后它们的基因和各种形态也发生了比较大的变化,是直接变的还是本来就有两种?

王宪辉:群居型和散居型实际上是同一个物种,只不过随着周围蝗虫的多少来变化的。昆虫的卵像鸡蛋一样,产到土里面,春天以后从土里孵出小幼虫,孵出来以后周围没有其他虫子,就它一个,它就会发育成散居型,颜色绿色、不喜欢扎堆;如果从土里出来的时候周围一大片全是蝗虫,它就会能够感受到周围有其他的蝗虫信号,就会慢慢发育成群居型,型变过程和蝗蝻的经历及周围环境有关,主要是幼虫期间周围的蝗虫密度决定了它往哪个型发育,这是个非遗传学表性变异。

王贵海:实验动物用蝗虫做实验的,有没有基因突变或者是采取所谓嗅觉诱导、触觉诱导,把散居型的个体诱导到群居型来呢?

王宪辉:牛津大学在沙漠蝗里做了各种各样的信号,有气味、视觉,后来发现毛笔刷后腿刷到四个小时行为上变成了群居型了,这就是型变。

王贵海:蝗虫两个型的基因型是否不同,能通过基因诱导型变相互转变吗?

王宪辉:群散蝗虫主要是基因表达上的差异。种群群密度降低就可以诱导散居型,也可以利用某个基因进行操作,比如我们发现的聚集信息素的嗅觉受体敲除以后,这个蝗虫就是不能聚群,群居型就变成散居型。蝗虫型变过程本身是可逆的,如果蝗虫的群体数量一多,它就往群居型变,如果把它群体数量少了,就再往散居型变。通过掌握可逆调控措施,让散居型不要往群居型里变,避免大规模的蝗虫群体存在,这是我们的核心目的。

王贵海:蝗虫是不能消灭的,它是生态环境重要的环节,对生态贡献非常大,要让它好好的生活,不要成灾闹事,不要聚众闹事。

桂文庄:幼虫时代分化了,能不能采取什么措施不要发展成群居型的?

王宪辉:马世俊先生就提出来改治结合的综合措施,当时把老的蝗区滋生地生态环境进行改造,把滩涂和沼泽全改成粮田,通过水利治理把水文条件改变了,蝗虫种群数量就不会上升,这个理论很成功。我国可以有效把蝗灾治住主要是把生态环境改变了,生态治理改治结合控制蝗虫。现在发生很多地方是无人区、自然保护区,再像原来大规模的改造生态环境也不可能了,我们有一套整体的防控措施,主要是采取生物防治、监测预警、低剂量的喷洒农药争取把种群数量控制在最低。

王贵海:国内蝗灾比较轻了,危害我们的沙漠蝗这种还是比较少的,我们主要是飞蝗,现在越来越少原因是什么?

涂雄兵:过去很多盐碱地,蝗虫选择这里产卵,种群越来越多,现在把盐碱地改成粮田;以前有很多芦苇,蝗虫喜欢吃芦苇,改成了牧区,蝗虫就不爱吃。生境和植被改了,蝗虫在这个区域就不发生了。这是80年代老一辈科学家的贡献,在国际国内得到普遍的认同。从那之后全国飞蝗的发生面积大概在五千万亩之内,重点发生区域是草原上。草原防控是改治结合思路,可以通过人工草地改良做一部分的贡献,但是实现长期持续的发展将群居型改为散居型、高密度变为低密度,还需大量工作,现阶段每年通过投入大量的经费做支撑保障,通过购买生物农药、化学农药等等和区域天敌的措施,包括综合的体系,多手段一起上把草原飞蝗控制住。

刘炳谦:第一,蝗虫的聚集具体来说机制是什么?从基因到生理变化、行为变化,聚集性对种群生存有什么好处、利弊是什么?必然是有利,要不然不会聚集。所有的种群变化都是朝着有利于它的数量发展、数量的增长,数量调控不能说单纯的增长或是衰减。蝗虫的聚集性对其种群数量的衰减有什么意义,为什么要聚集?第二,我查了查资料,没有发现说蝗虫是人源性疾病的媒介性虫。三位专家你们资料中碰到过这样问题没有,它是不是能够传染人源性疾病的媒介昆虫?可能不是,因为全地球上到处有聚集的蝗虫群体,到处迁飞,如果是疾病媒介昆虫就不得了了,未来的生物战也很可怕啊。

王宪辉:您问的问题非常核心。聚集性本身也不是蝗虫独有的现象,整个动物界、整个生物界很普遍。细菌本身就有菌群;很多其他的昆虫,高级社会性的蜜蜂也是聚群;从比较低等的动物,包括鱼类、鸟类,到人类也是如此。群体在生物进化过程中是非常重要的意义。有很多假说,群体生活的生物进化优势很明显,一是在寻找食物方面是有利的,有一个假说“多眼效应”:一群动物寻找食物的时候每一个个体都可以发现周围的物体,信息量非常大,可以提高群体寻找食物的效率。二是躲避天敌方面也有其优势,也有几种假说,一种是“稀释假说”,像鸟一次只能吃一只,但是一只一只就全消灭了;一大群一块过去,有利于整个种群的保存。另一种是高效机制,一只个体发现有一个天敌,抓紧时间发出求救信号告诉其他的个体躲避,即便被吃掉一两只其他的也可以抓紧时间逃避。还有其他的优势,比如避免近交,一大群在一起找配偶的时候不仅仅是亲缘关系近的,远亲也可以找到,让整个群体后代能够有利于处在杂合的状态。总体认为群体非常好。当然也有不好的地方,比如种群内部个体的竞争,可能会比较残酷。目前蝗虫没有任何报道说能够传播人类的疾病,主要传播的是蚊子、蟑螂这些,蝗虫吃植物相对来说和人关系比较远。

刘炳谦:关于聚集性的问题,在哺乳动物、脊椎动物里边是比较明显的,说的有利于种群的生存,比如御敌、鸟类、哺乳动物、狼群也是明显的例子,科普里面经常用的一个例子,鸟类迁徙,长途的迁徙,一个群体迁徙可以在飞翔的时候借助空气的动力,可以省力,因为好几千公里迁徙嘛。每一个群体都有一个像人的社会一样,社会群体都有御敌的问题,狼群最明显,有一个领头的狼,鸟类也是如此。昆虫御敌和高等动物有很多不一样的地方,也像狼群一样有个首领吗?

王宪辉:昆虫有两种形式,一种有首领的,如蜜蜂有蜂王;蝗虫是没有首领的,这确实是比较前沿比较深奥的地方。现在大家都研究无人机、研究未来战争形式“蜂群战术”,就是很多无人机自组织协同模式。

刘炳谦:蝗虫迁移是有路线的,是什么决定的?

涂雄兵:靠风,低风场或者是气流。蝗虫和一些昆虫为什么会聚集呢,很多是迁飞性的,蝗虫聚集以后条件适宜就会迁飞,肯定会对种群有利,至于什么时候飞、什么时候落机制也并不清楚。

刘炳谦:鸟类的迁徙对于自然环境非常的敏感,比如温度、湿度等等,到一定时候也会聚集在一起,积累身体里的营养然后迁徙。也有群体组织社群现象,领头的要起飞了,会有一个行为上的相互通告。蝗虫是用什么信息?蝗虫的迁徙一下子就飞很远,然后落在一个地方。我们做鸟类的用同位素标记,可以知道它从一个州迁到另一个州。蝗虫迁徙了几百、上千公里,怎么知道这个蝗虫到了这个地点、这一群到了这个地点?我们做猫头鹰也是如此,它的食物里面吃了,标记好了,另外一个地方又一测到这里了就知道了。昆虫怎么做的,尤其是蝗虫?

涂雄兵:我们前些年跟英国的杰森,搞鸟类迁飞的专家聊过,他们也是根据一样的方法,就是同位素。但是蝗虫的种群迁飞数量大,我们截获的几率非常小。我们是通过判断推测,比如山东河北知道蝗灾发生了,本来这个区域没有蝗灾,假设推到8月2日开始飞,我们往前一天天看看风场,如果风场合适了就判断可能这个点是起源地。真正要做用到同位素标记,但是接获的几率非常小。

石旺鹏:我是做行为的。蝗虫和鸟类不同,飞蝗是有固定的滋生地,只有这几个地方才能产卵,长期的祖祖辈辈在这里繁殖下去。但是什么情况下会走,有几个方面的因素,最主要是自然条件,一是水,因为蝗虫生活在荒漠地带,首先要有水,有水就有草,有草就有吃的,有水卵才能孵化,然后大量的繁殖,繁殖空间不够,气流又来了就开始走了,寻找新的发生地。蝗虫就是一个滋生地已经确定了,迁飞的时候要准备能量,最主要特点走以前是没有交配、卵巢没有发育的,快要产卵了寻找产卵的地点是临时的发生地,因为这几个滋生地迁移性的蝗虫是突发性的,滋生地就那几个嘛,这跟鸟类不同。蝗虫有没有领头的?实际上蝗虫肯定有领头的,是一群小的先锋部队。飞蝗迁移的非常整齐,因为蝗虫带有一定的社会性,但是并不是特别的严格。您提到的疾病媒介问题,因为今年新冠,有很多人咨询这个问题。我自己也没有做这个方面的研究,它确实肠道里带有很多和人类相关的致病微生物,带有人共性的细菌,但是人一般不会生吃蝗虫,吃也是炸熟了的。很多人关心蝗虫会不会携带新冠,我们没做病毒,但是肠道里面有人类致病性非常强的细菌,但是不生吃没事。

刘炳谦:我曾经做过蝗虫粉的营养价值研究,是为了研究某种鸟类的生长状况。这么一来,您讲的它和人有共性的微生物和治病微生物,和其他的动物也可能有,要做饲料、饲养动物蛋白质的来源也需要慎重?

石旺鹏:要做好处理工作,这很重要。

刘炳谦:蝗虫不管是沙漠蝗还是飞蝗,你们有没有做过群体迁徙和聚集时生理指标方面的研究,比如某些体内激素的变化、比如生殖激素或者是动物方面群体过大,反馈回来肾上腺素高一些,这些指标在昆虫来讲什么作为这种指标有没有做指标的?

石旺鹏:有。

刘炳谦:聚集起来某种激素是降低了还是高了?我一直听到现在讲的主要是人工来降低种群水平、减少危害。假如说人类不干预,就在自然环境下,它聚集到自然种群数量衰减,它的生理变化、体内的激素变化其他方面的变化,这方面有没有做研究?

石旺鹏:这方面研究也做了,至少散居型和迁移性的蝗虫,迁飞以前某激素的含量都是在较低的水平,迁移过程中发育比较慢,同时也跟它的卵巢发育有关,所以是比较低的水平,到了以后再恢复到正常水平,通过监测激素变化确实能够预测到它有可能什么时候迁移。您的问题非常专业,非常好,也是将来有可能通过这个角度来切入的。

涂雄兵:郭老先生书里有,老前辈做过初步的研究,记载过激素、迁飞方面的变化。

陈德牛:蝗虫的聚集和迁徙是不是跟气象因子有很大的关系?我想应该有很大的关系。我是搞蜗牛的,蜗牛也有聚集性。我国历史上危害严重的几个地区,一是浙江东部地区、再有江汉平原,这两个地区是历史上蜗牛危害最严重的地区,数量之多无法形容。举个例子,1991年陕西泾阳县和另外一个县,我亲自去了,蜗牛危害到什么程度?解放军用麻袋装、卡车拉这么多呀!陕西气候比较干燥、温度比较低,不像浙东和江汉平原比较潮湿的,可是几年来气温上升湿度增大所以大发生。所以蝗虫是不是跟这个也有共同之处,到一定的温湿度就会大爆发、大迁移等等。你们是从微观的基因来开展研究的,但是宏观来看这也非常的重要。搞蜗牛就发现温度上升一度就不得了,因为蜗牛会冬眠。因为都是生物,蜗牛也是生物,跟蝗虫一样,蜗牛也有聚集性。陕西省副省长也不知道蜗牛怎么防治,因为蜗牛喷药水缩进去了,根本杀不死嘛!当时副省长到科学院找到我,我亲自去帮他们培训、帮他们防治。防治跟昆虫一样,也是综合性的防治,因为单独的药物防治不解决问题,经过三年治理基本上控制住了。生态环境也很重要、气象条件因子也很重要,蝗虫跟蜗牛差不多(笑),要一定的温湿度,没有一定温湿度无法大爆发。

高家祥:蝗虫越冬是从暖开始,成虫到冬天就死了,飞蝗是如此,但是有些蝗虫是以成虫越冬。非洲几十亿蝗虫,是不是也有成虫越冬。群居的分泌出一些毒素,如果把它抓住以后作为食品就有问题了呢?

王宪辉:一般是油炸蚂蚱,油炸以后就没事了,不能生吃。

刘炳谦:环境问题、行为问题,可能这些不是内部机制问题。假如说掌握了体内各种生理指标变化,以后预测就不用一平方米多少,就在这个群体里面不同的环境中取个体,分析这些指标,因为某些指标很低的,环境和气候也有影响。但是必须要通过体内一些生理变化,必然是有变化的,这个变化指标决定了它迁移不迁移、聚集不聚集,将来希望从这个方面探索出迁移和聚集的预报手段。昆虫和高等动物群体变化是依赖于个体自身的生理变化而决定的,没有内因不可能产生聚集或者是减低密度。因为密度太大了以后对脊椎动物来说是竞争很厉害的,不利于生长和发育和生存,那它就要衰减;衰减到一定程度又不够了,种群的繁衍就要增长,总是这么个循环过程。这个过程中从个体开始的机制问题,这方面来解决预报问题会不会更简捷一些。

王宪辉:您说得非常好,蝗灾的发生是内外因共同作用的结果。大的来说气候环境,包括这次非洲蝗灾的爆发就是因为印度洋热带风暴连续三年在非洲和中东地区下了很多雨,尤其是在蝗虫正是需要的时候及时雨连续来几场,沙漠里面全是绿色。只要有草了沙漠蝗就会出来,有一整套生理生化的情况,它可以感知温度和水分,而且它的积累也有周期性。我国蝗灾记录得比较准确,动物研究所几位老先生发过文章,它有个周期,大的60年一个周期、小的十几年一个周期,和温湿度尤其是水分变化非常的密切。原来也有老先生说和太阳也有关系,确实周期性和大的气象条件是一致的。但是光有气象条件也不行,不是所有蝗虫都可以聚集,也不是所有的蝗虫都可以迁飞,世界上只有十种左右的蝗虫可以做到。必须有生物学基础,型变就是其生物学基础,内因是生理指标、分子指标、基因都在变,而且非常的明显,已发现将近一千个基因参与功能,我们也在解析,神经的、能量代谢、气味的都起到很关键的作用。聚集在一起久了优势就是消失,出现负面的东西,比如病菌感染内部流行很快,或者没吃的了蝗群就会衰退,周而复始。

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