科学传播

【科学大院】科学家上!保护我方新疆棉花!

时间:2021-03-31

  棉花是重要的经济作物和战略物资,在我国是仅次于粮食的第二大农作物,在国民经济中占有重要地位。新疆是我国最大的优质棉生产基地,具有得天独厚的条件。不过在种植过程中也存在诸多制约因子,例如病虫害。

  据报道,2020年新疆全年病虫害累计发生面积为145.99万公顷次。如果不对棉花病虫害进行有效防治,不但其发生面积会持续扩张蔓延,造成局部棉田产量和质量大幅度下降,甚至绝产,更会成为来年棉花丰产丰收的障碍。

  在这场棉花保卫战中,科学家起到了非常关键的作用。

2020年新疆棉花种植面积为2501.9千公顷(3752.9万亩),面积比去年下降1.5%,但得益于良好管理,单位面积产量比去年增加93.8公斤/公顷(6.3公斤/亩)

(图片来源:央视网)

  觊觎新疆棉花的魑魅魍魉

  “知己知彼,百战不殆”。想要打赢这场仗,就得先知道有哪些虫子、“瘟神”在作怪。觊觎新疆棉花的害虫有多种。我们先揪出棉蚜、棉盲蝽、棉叶螨、烟粉虱这四种虫豸,看看它们都用了什么雕虫小技。

  1. 棉蚜

  新疆地区发生的棉蚜主要是棉黑蚜、棉长管蚜及棉蚜,是体型较小的一类害虫,无翅胎生雌蚜体长不到2毫米,是棉花苗期的重要害虫之一。棉蚜主要以刺吸式口器刺吸棉花的生长点和嫩叶,在受害部位会出现淡黄色的失绿小斑点或叶片卷缩,影响叶片的光合作用,严重时叶片变形、卷缩、干枯或落叶。此外,棉蚜还能够产生蜜露,产生煤污病(点击此处复习有关煤污病的有用知识)。作为媒介昆虫,它们还能协助传播一些植物病毒。

从左到右依次为:无翅棉蚜;棉叶被害状(图片来源:天山植保)

  棉蚜的适应能力很强,蚜虫能够根据不同的地域和寄主以不同的生活方式进行生存。棉蚜在合适的温度下,一般不到10天就繁殖一代,如果条件合适,一头蚜虫的后代可达百万余头(包括后代产生的后代)。近年来,棉蚜的抗药性有增加的趋势,值得我们警惕。

  2. 棉盲蝽

  棉盲蝽也是一种以刺吸式口器为害棉花的害虫。在新疆危害较重的棉盲蝽主要为牧草盲蝽、苜蓿盲蝽和绿盲蝽。棉盲蝽只有卵、若虫(幼虫)和成虫3个虫态,成虫和若虫都能为害棉花,其主要以口针刺吸顶芽、边心、花蕾及幼铃,吸食棉株汁液。

  对于顶芽、幼叶、幼蕾,棉盲蝽的侵害主要以“抹黑”的方式进行——棉花顶芽受害后会枯焦发黑成无头苗或破头疯;幼叶被害则形成破叶疯;幼蕾被害则由黄变黑,几天后脱落。如果是棉花的成蕾被侵害则形成张口蕾,不久即脱落;幼铃被害伤口呈水渍状斑点,重则僵化脱落;顶心或旁心受害,就会形成扫帚棉。

从左到右依次为:绿盲蝽;棉叶被害状(图片来源:天山植保)

  3. 棉叶螨

  又称棉花红蜘蛛,是我国各棉区普遍发生危害较重的一类害虫,在新疆棉区,其优势种是截形叶螨和土耳其斯坦叶螨,叶螨体型较小,一般为1mm左右,肉眼不仔细观察也较难看见。

  棉花红蜘蛛主要在棉叶的背面吸食营养汁液,为害初时叶片正面出现较多黄白点,几天后叶柄处变红,重则落叶光秆,状如火烧,造成大面积减产或绝收。即使不导致光杆,也将严重影响棉花的光合作用,使棉株不能正常生长,植株矮小,造成减产。棉叶螨的野心不仅在棉花上,还会把目标放在其他粮食作物和经济作物上。

从左到右依次为:棉叶螨;棉叶被害状(图片来源:天山植保)

  4. 烟粉虱

  烟粉虱也是一类刺吸式口器的害虫,农民称“小白虫”,体型也较小,约1mm左右,具有传播速度快、繁殖能力强、危害重、抗药性强、防治难度大的特点。

  危害棉花时,烟粉虱以成虫、若虫刺吸植物,造成叶片退绿、变黄、萎蔫,甚至整株枯死,另外还可传播黄斑病毒病,造成作物减产;尤其值得注意的是,其成、若虫会分泌大量蜜露,污染植物,极易导致煤污病的发生,并且会污染棉絮,使纤维含糖增加,影响纺织工艺流程的进行。

  烟粉虱是一种危害性极大的入侵性害虫。这种来自美国的害虫可以说是跑遍了全球。据报道,烟粉虱最早于1962年在美国亚里桑那州发现,在这之后,传至南美洲、欧洲、非洲、亚洲、大洋洲的很多国家和地区。其中苏丹、土耳其、埃及、以色列等国以及80年代之后的原苏联中亚诸国棉花受害最为严重。1998年,我国科技工作者首先在乌鲁木齐市南昌路盆景花卉批发市场出售的一品红上发现烟粉虱;1999年在吐鲁番长绒棉研究所棉花试验田也发现了此虫。近年来吐鲁番市、哈密市、克州、喀什地区烟粉虱的发生相对较重。

从左到右依次为:烟粉虱若虫;烟粉虱成虫(图片来源:天山植保)

  除了这几种带头鼓噪的虫子,危害新疆棉花的害虫还有棉铃虫、棉蓟马、双斑萤叶甲等害虫。一些“瘟神”也不甘寂寞,它们传播迅速,会给棉花带来“灭顶之灾”,比如棉花枯萎病和黄萎病。

  棉花枯萎病和黄萎病都是真菌性病害。枯萎病和黄萎病菌主要在病残体、土壤、粪肥中越冬,有病棉田耕地、耙耢、中耕、浇水、农事操作等是近距离传播的主要途径。发病候主要危害棉花的维管束等部位,一经发生,很难根除,被称“棉花癌症”。目前新疆黄萎病的发病面积超过播种面积的50%,其中重病田面积超过100万亩。

  可以说,觊觎新疆棉花的害虫和“瘟神”都懂得如何快速繁殖,传播有害物质,加上其不断提高的耐药性,着实给防治工作带来了一定的困难。

  科学家上!阻止虫子们的阴谋

  棉花是如此地宝贵,自然不容虫子与瘟神肆意妄为。针对棉花病虫害,人们采用了多种防治措施,包括植物检疫、物理防治、化学防治、生物防治、农业防治等等。

  前三种方法大家比较容易理解,比如植物检疫是防止部分检疫性病虫害的传入或传出;物理防治是采用灯光诱杀一些有趋光性的害虫;化学防治则是根据田间病虫种类,施用相应的农药进行防治。

  不过,我们既要有效防治病虫害,又要克服化学农药的不良作用,避免生物资源和环境受到破坏。在新疆,科学家遵循可持续发展的原则和“预防为主,综合治理”的植保理念,做了这些尝试,取得了不错的效果。

  1.生物防治——生物农药,精准打击

  自然界有很多棉花害虫的自然天敌。我们要利用好这些天敌。比如在苗蚜发生期,当棉田天敌单位(以1头七星瓢虫、2头蜘蛛、2头蚜狮、4头食蚜蝇、120个蚜茧蜂为1个天敌单位)与蚜虫种群量比高于1:150时,不施药防治,利用自然天敌控制蚜虫。此外我们可以繁殖释放瓢虫、赤眼蜂、蚜茧蜂等天敌,以达到直接压制害虫种群的目的。

  此外,在棉铃虫卵孵化始期,喷施昆虫病毒、Bt等生物农药,不仅具有良好的防治效果,还可有效保护天敌;为了预防苗病、枯萎病、黄萎病,可以采用枯草芽孢杆菌、氨基寡糖素、乙蒜素处理种子,苗期和花蕾期随水滴灌施药或叶面喷雾。

  中国科学院动物研究所秦启联研究组成功研发了棉铃虫核型多角体病毒杀虫剂。这种病毒杀虫剂每克原药中病毒含量高达5000亿个病毒粒子,超过同类产品20多倍,是目前国际上已知的含量最高的病毒杀虫剂。使用这种生物农药,每亩棉田只需2~3克即能控制害虫。

  2005年起,研究人员开始在兵团的部分棉花团场进行了多点多地的新型超高含量昆虫病毒杀虫剂大田药效对比试验,对棉铃虫的控制效果优于常规的化学农药。特别是在化学农药几乎完全杀灭田间棉铃虫天敌的时候,这一病毒杀虫剂对棉铃虫天敌几乎没有任何影响,使用后能够在自然界中自行降解,不会造成农药残留,其总体防治效果达80%,减少了近百吨化学农药释放于环境中,生态效益显著。

  2.农业防治——不但灭虫,还要增产

  这是生物防治的进阶版。植物在生态系统中天敌的保存和增殖以及害虫的自然控制中发挥了重要作用。农业防治可以利用植物调节农田生态系统中的生物关系,它区别与传统生物防治之处就在于间接利用自然天敌,而不是直接人工繁殖释放天敌。农业防治通过作物布局、间作套种,棉田间作套种能减少病虫害的发生,又能互相促进增产。

  中国科学院动物研究所和中国科学院新疆生态与地理研究所的专家根据新疆植棉历史与棉花害虫发生规律的研究,发现新疆棉蚜成为主要害虫的原因是冬小麦种植面积大量减少,从而导致棉田棉蚜的天敌来源减少,充足的食物和不足的自然天敌造成了新疆棉蚜成灾。

高产的新疆棉花(图片来源:伟大的变革——庆祝改革开放40周年大型展览)

  经过多年探索和深入研究,他们发现苜蓿、苦豆子等具有最大的食物昆虫涵养量,并且可以作为自然天敌繁殖库,由此创造了诱导棉田边缘植物带自然天敌进入棉田控制棉蚜的简便途径:在棉田边缘林荫下种植苜蓿带,当棉蚜进入棉田开始危害棉花的时候,割除苜蓿带,将割倒的苜蓿在棉田过缘放置,从而达到了人为协助情况下充分利用自然天敌控制棉花蚜虫的目的。而且苜蓿是优质牧草,适合发展农区畜牧业,作为豆科植物的苜蓿还有利于提高地力。

  3.新品种的推广——转基因棉花,RNAi棉花

  如果得到能够对病虫害有抵抗力的品种,那就根本上解决了病虫害的问题。

  2007年,由新疆农业科学院经济作物研究所与中国农业科学院生物技术研究所合作选育的新疆第一个转基因抗虫棉品种新陆棉1号通过国家审定,2011年合作选育的转基因抗虫棉品种桑塔6号通过了国家审定。而根据调研,2012年新疆转基因抗虫棉种植面积已经过半。自转基因抗虫棉大规模种植以来,新疆棉铃虫没有发生严重危害,处于可控状态,充分显示了转基因抗虫棉的技术效果。有关研究分析表明:农民可从转基因抗虫棉技术获得直接收入。对1999年到2001年种植转基因棉花的研究表明,每公顷转基因棉花可以提高收入1800多元。

  除了转基因棉花,RNAi棉花也在大显身手。为治好有“棉花癌症”之称的棉花黄萎病,中国科学院微生物所郭惠珊研究组在20年从事植物抗病毒RNAi研究积累经验的基础上,经过十余年的努力,在棉花黄萎病菌的侵染生物学、植物-真菌跨RNAi的理论和抗病应用以及广谱、快速的棉花遗传转化系统的建立等方面所取得了一系列重要进展,通过技术集成,建立了跨界RNAi介导的陆地棉种质创新技术体系,成功在早熟陆地棉中实现了抗黄萎病的种质创新。

中科院微生物所郭惠珊课题组在新疆建立了棉花黄萎病、枯萎病田间工作站揭牌(中国科学院大学网站)

  多年、多点连续的抗性鉴定结果表明,RNAi棉花的抗黄萎病性较受体品种提高了55.7%。2017年研究团队利用创制的抗原结合杂交选育,成功培育出具有完全自主知识产权的高抗黄萎病早熟陆地棉新品系(中科棉1号),经国家西北内陆棉区的抗病性鉴定和生产性试验结果表明,新品系抗黄萎病性相对于区试点对照品种提高了22.25%,在重病田的产量较对照品种(当地主栽品种)提高了41.7%。

  新科技助力棉花保卫战

  棉花病虫害情况复杂,与地域和人为操作关系密切,同时每一年的气候条件可能不尽相同,因此棉花病虫害的防治应因地制宜,建立科学预测预报技术,并进行科学防治,以达到绿色防控、丰产丰收的目的。

 

  随着我国科学技术的发展,一些新科技可能在棉花病虫害的防治中得到更广泛的应用:如新的棉花优质种质资源应用,包括更多的抗虫抗病高产转基因棉花;3S技术(3S 是 GIS、 RS和 GPS的统称, 即地理信息系统、遥感及全球定位系统)在病虫害预测预报中的应用;病虫害数字化识别及监测预警技术在病虫监测和预报中的应用;大数据和5G技术在一些重要害虫监测、预报和防治中的应用;植物无人机的更广泛范围内推广等。

  这些技术能够让诡计多端的虫子与瘟神无处遁形,相信我们终将能取得棉花保卫战的胜利。

附件下载: