我國(guó)農(nóng)業(yè)入侵生物科學(xué)管控體系形成與發(fā)展

蔣紅波, 魏丹丹, 周忠實(shí), 萬(wàn)方浩

(1. 植物病蟲(chóng)害綜合治理全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京 100193；2. 昆蟲(chóng)學(xué)與害蟲(chóng)控制工程重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西南大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，重慶 400715；3. 長(zhǎng)江上游農(nóng)業(yè)生物安全與綠色生產(chǎn)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西南大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，重慶 400716；4. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所，深圳 518000)

生物安全是國(guó)家安全的重要組成部分,其所涉及的范圍廣、內(nèi)涵深,是與生物有關(guān)的各種因素對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人類健康及生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的危害或潛在風(fēng)險(xiǎn),涵蓋了人類的健康安全、人類賴以生存的農(nóng)業(yè)生物安全以及與人類息息相關(guān)的環(huán)境生物安全等3個(gè)方面的內(nèi)容,是國(guó)際社會(huì)所面臨的最緊迫的問(wèn)題之一[1]。生物安全涉及糧食安全以及動(dòng)植物生命與衛(wèi)生領(lǐng)域的所有生物和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),包括從轉(zhuǎn)基因作物、危險(xiǎn)性外來(lái)入侵有害生物、重大動(dòng)植物災(zāi)害,到生物多樣性侵蝕以及生物恐怖等所有范圍,其在維護(hù)國(guó)家主權(quán)、資源保護(hù)及正常的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易等方面具有重大意義。

生物入侵是當(dāng)前國(guó)際社會(huì)共同面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。經(jīng)濟(jì)全球化、區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化、國(guó)際貿(mào)易、國(guó)際旅游、國(guó)際大型活動(dòng)以及現(xiàn)代“電商”的飛速發(fā)展,為外來(lái)有害生物的跨境傳播與擴(kuò)散提供了極為便利的條件。生物入侵導(dǎo)致生物、環(huán)境、資源、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化、國(guó)防等一系列多方位的非傳統(tǒng)安全威脅與災(zāi)難,呈現(xiàn)出多發(fā)性、突發(fā)性與難以預(yù)測(cè)性。生物入侵對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定與生態(tài)文明建設(shè)構(gòu)成持續(xù)威脅,經(jīng)濟(jì)損失巨大、生態(tài)災(zāi)難難以逆轉(zhuǎn)。本文將重點(diǎn)綜述近年來(lái)我國(guó)在生物入侵防控研究領(lǐng)域取得的成就,與國(guó)外相關(guān)研究存在的差距及其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),為指導(dǎo)我國(guó)未來(lái)生物入侵防控領(lǐng)域的關(guān)鍵性技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究提供建議與科學(xué)依據(jù)。

1 生物入侵防控在國(guó)家生物安全中的重要地位

我國(guó)是世界上遭受外來(lái)生物入侵最為嚴(yán)重的國(guó)家之一。生物入侵已經(jīng)成為威脅我國(guó)經(jīng)濟(jì)安全、糧食安全、生態(tài)安全、農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易安全、人畜健康、生態(tài)文明建設(shè)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因子[2-3]。生物入侵已經(jīng)受到了我國(guó)黨和政府的高度關(guān)注和重視,“十三五”以來(lái),被列為總體國(guó)家安全觀和國(guó)家生物安全戰(zhàn)略的重要組成部分。我國(guó)生物入侵的危害現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)以下幾個(gè)主要特點(diǎn):1)外來(lái)入侵生物種類多、蔓延快、危害重[4-5]。目前,我國(guó)農(nóng)林外來(lái)入侵生物已達(dá)660余種,其中重大入侵生物120余種,每年造成直接經(jīng)濟(jì)損失逾2 000 億元[6]。2)入侵生物頻頻犯關(guān),新發(fā)疫情突發(fā)和頻發(fā),形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)全球化的快速發(fā)展,農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易量增加、人員流動(dòng)加劇以及“一帶一路”倡議推進(jìn)下的經(jīng)濟(jì)區(qū)域化等,外來(lái)入侵生物跨區(qū)域傳播和擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)不斷增強(qiáng)。

生物入侵是一個(gè)“傳入-定殖-潛伏-擴(kuò)散-暴發(fā)”的有序的生態(tài)過(guò)程,不僅需要開(kāi)展其入侵?jǐn)U散與成災(zāi)機(jī)制的基礎(chǔ)研究,創(chuàng)新入侵生物防控顛覆性技術(shù),而且需要融合當(dāng)代多學(xué)科最新前沿科技,創(chuàng)新突破性的入侵生物早期風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、早期檢測(cè)監(jiān)測(cè)、早期應(yīng)急根除和全程控制技術(shù)[7-8]。而科技創(chuàng)新是支撐生物入侵防控實(shí)踐的原動(dòng)力和基石,構(gòu)建引領(lǐng)性、突破性和顛覆性技術(shù)以及形成的生物入侵防控“中國(guó)方案”,有利于主導(dǎo)和參與相關(guān)的國(guó)際規(guī)則的制定及全球外來(lái)生物入侵防控共同體的信息與資源共享。

2 我國(guó)生物入侵防控研究的現(xiàn)狀與重要成就

我國(guó)的生物入侵研究始于20世紀(jì)90年代,在21世紀(jì)初進(jìn)入全面發(fā)展階段,在國(guó)家“973”計(jì)劃、國(guó)家科技支撐計(jì)劃、行業(yè)科技專項(xiàng)、基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等國(guó)家級(jí)重大項(xiàng)目的支持下,學(xué)科構(gòu)建得到進(jìn)一步加強(qiáng),基礎(chǔ)科學(xué)理論取得系列創(chuàng)新,防控技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)得到顯著提升,技術(shù)示范和推廣應(yīng)用成效顯著,技術(shù)培訓(xùn)和科普宣傳取得豐碩成果,主動(dòng)應(yīng)對(duì)的國(guó)家能力得到顯著提高,整體上同步于國(guó)際先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家的水平[2,9]。此外,我國(guó)生物入侵防控研究的國(guó)際影響力持續(xù)擴(kuò)大,取得了生物入侵領(lǐng)域的國(guó)際話語(yǔ)權(quán)。

2.1 建立和逐漸完善了外來(lái)有害生物入侵性與防控理論基礎(chǔ)

創(chuàng)建了一門植物保護(hù)領(lǐng)域的新興獨(dú)立學(xué)科“入侵生物學(xué)”。我國(guó)的入侵生物學(xué)已經(jīng)形成了系統(tǒng)的學(xué)科知識(shí)與理論體系,并提出了入侵生物學(xué)學(xué)科框架和研究模式[10]。創(chuàng)新了外來(lái)生物入侵暴發(fā)成災(zāi)的基礎(chǔ)理論,如在入侵生物的入侵成災(zāi)特性方面,明確了煙粉虱Bemisiatabaci、紅火蟻Solenopsisinvicta、斑潛蠅Liriomyzasp.、蘋(píng)果蠹蛾Cydiapomonella、橘小實(shí)蠅Bactroceradorsalis、大豆疫霉Phytophthorasojae、紫莖澤蘭Ageratinaadenophora、豚草Ambrosiaartemisiifolia等重要入侵生物的入侵?jǐn)U散路徑與危害特性[9,11-16];闡明了煙粉虱、橘小實(shí)蠅、松材線蟲(chóng)Bursaphelenchusxylophilus等一批重要入侵生物的生態(tài)適應(yīng)性與遺傳分化/快速進(jìn)化的分子與遺傳學(xué)基礎(chǔ)[17-21];解析了蘋(píng)果蠹蛾、橘小實(shí)蠅、微甘菊Mikaniamicrantha等入侵生物的基于全基因組的成災(zāi)機(jī)制[22-24];明確了共生菌與線粒體互作在調(diào)控?zé)煼凼员戎械闹匾饔?揭示了共生菌調(diào)控宿主生殖的新機(jī)制[25]。闡釋了入侵病原菌(如大豆疫霉Phytophthorasojae)的適應(yīng)性進(jìn)化機(jī)制及其與寄主植物互作的免疫調(diào)節(jié)機(jī)理[26-27];提出了入侵生物的“前適應(yīng)性”與“后適應(yīng)性”的“權(quán)衡”假說(shuō)[8,28-30];證實(shí)表型可塑性增強(qiáng)了外來(lái)入侵植物的適應(yīng)性和入侵能力,與遺傳分化一起共同促進(jìn)了外來(lái)植物的成功入侵[31]。此外,入侵生物防控技術(shù)研究獲得系列突破[8,28]。在入侵生物的預(yù)警方面,發(fā)展了入侵生物的全程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論,豐富了最大蟲(chóng)口限量原理,解決了定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要素及傳入擴(kuò)散閾值[32]。同時(shí),在一些入侵生物的RNA干涉調(diào)控和重塑入侵生物系統(tǒng)的服務(wù)功能的基礎(chǔ)研究方面也取得了重要進(jìn)展[33-34]。

2.2 構(gòu)筑了外來(lái)入侵生物的預(yù)警、監(jiān)控及防控體系

在闡明重要農(nóng)業(yè)入侵生物傳入、定殖、擴(kuò)散與暴發(fā)成災(zāi)的生態(tài)學(xué)過(guò)程及機(jī)制的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了“生物入侵:中國(guó)4E行動(dòng)”(早期預(yù)防預(yù)警、快速檢測(cè)監(jiān)測(cè)、點(diǎn)線根除阻截、區(qū)域減災(zāi)控制),形成了我國(guó)生物入侵預(yù)防與控制全鏈?zhǔn)郊夹g(shù)體系,為入侵生物的防控提供了技術(shù)支撐與咨詢服務(wù)[34]。同時(shí),建立了我國(guó)入侵生物預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái),在我國(guó)現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)生物信息數(shù)據(jù)庫(kù)中,有7個(gè)與外來(lái)入侵生物相關(guān),這些數(shù)據(jù)庫(kù)為普及公眾知識(shí)、制定防控計(jì)劃、發(fā)展科學(xué)研究提供了大量的基礎(chǔ)信息與決策依據(jù)[35-36]。

入侵生物檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)取得長(zhǎng)足發(fā)展。如建立了小麥矮腥黑穗病菌Tilletiacontroversa、大豆疫霉病菌、黃瓜綠斑駁病毒(cucumber green mottle mosaic virus, CGMMV)、梨火疫病菌Erwiniaamylovora、香蕉穿孔線蟲(chóng)Radopholussimilis、煙粉虱、蘋(píng)果蠹蛾等50余種農(nóng)業(yè)入侵生物的快速分子檢測(cè)識(shí)別診斷/鑒定技術(shù),并制定了21種全國(guó)農(nóng)業(yè)檢疫性有害生物國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[37-45];研發(fā)了入侵植物的快速圖像智能識(shí)別技術(shù)及App平臺(tái)系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)對(duì)210余種入侵植物的快速調(diào)查和監(jiān)測(cè)[46];構(gòu)建了蘋(píng)果蠹蛾[47]、橘小實(shí)蠅[48]等入侵害蟲(chóng)的基于信息素的野外實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù),并在此基礎(chǔ)上結(jié)合誘集昆蟲(chóng)的圖像識(shí)別和數(shù)據(jù)獲取與實(shí)時(shí)傳輸,研發(fā)了入侵害蟲(chóng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝備。

創(chuàng)建了一批入侵生物的點(diǎn)線根除與阻截控制技術(shù)。針對(duì)新發(fā)和局部分布的入侵生物如紅火蟻、馬鈴薯甲蟲(chóng)Leptinotarsadecemlineata、蘋(píng)果蠹蛾、葡萄根瘤蚜Daktulosphairavitifoliae、橘小實(shí)蠅、三葉草斑潛蠅Liriomyzatrifolii、甜菜孢囊線蟲(chóng)Heteroderaschachtii、長(zhǎng)芒莧Amaranthuspalmeri等,創(chuàng)制了誘殺劑、滅殺劑和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等系列防控產(chǎn)品,并結(jié)合物理防治、化學(xué)防治、誘殺防治、野外監(jiān)測(cè)等,建立了入侵生物應(yīng)急防控和擴(kuò)散阻截技術(shù)體系,近年來(lái)在800余個(gè)新發(fā)生點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了入侵生物的根除[5,10,45,49-54]。針對(duì)入侵雜草如紫莖澤蘭、豚草、少花蒺藜草Cenchrusspinifex、刺萼龍葵Solanumrostratum等,在明確其適生性分布、擴(kuò)散路徑及生態(tài)學(xué)特性的基礎(chǔ)上,研發(fā)了植物“空間生態(tài)功能互補(bǔ)”立體多維阻截技術(shù),有效延緩了其擴(kuò)散傳播[33,55]。

豐富和完善了入侵生物區(qū)域減災(zāi)技術(shù)體系。針對(duì)農(nóng)業(yè)入侵生物如煙粉虱、溫室白粉虱Trialeurodesvaporariorum、椰心葉甲Brontispalongissima、斑潛蠅、橘小實(shí)蠅、蘋(píng)果綿蚜Eriosomalanigerum、豚草、空心蓮子草Alternantheraphiloxeroides等,引進(jìn)和挖掘高效天敵昆蟲(chóng)20余種,并建立其規(guī)?；庇夹g(shù)和田間釋放應(yīng)用技術(shù),如解決了空心蓮子草天敵蓮草直胸跳甲的規(guī)?；庇夹g(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化工藝流程[5,33,56];研制生防病原菌制劑產(chǎn)品10余種;研發(fā)煙粉虱、斑潛蠅、橘小實(shí)蠅、蘋(píng)果蠹蛾、西花薊馬Frankliniellaoccidentalis等入侵害蟲(chóng)的物理和化學(xué)誘殺技術(shù)[8,28,34]。最終,集成創(chuàng)制針對(duì)煙粉虱、蘋(píng)果蠹蛾、椰心葉甲、草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda、福壽螺Pomaceacanaliculata、甜菜孢囊線蟲(chóng)、豚草、空心蓮子草、長(zhǎng)芒莧等20余種農(nóng)業(yè)入侵生物的區(qū)域性持續(xù)治理技術(shù)體系,并大面積示范推廣和應(yīng)用[5,8,28,33,48-60]。例如進(jìn)一步集成創(chuàng)建了以寄生蜂釋放為核心,綠僵菌施用、椰甲清掛包等為輔助手段的椰心葉甲可持續(xù)治理技術(shù)體系,并取得良好控害效果[61]。在小麥間作系統(tǒng)中,利用蠶豆和玉米分別作為忌避植物(push)和陷阱植物(pull)防控草地貪夜蛾,獲得一定成效[62]。在豚草和空心蓮子草生物防治方面,發(fā)明了天敵昆蟲(chóng)“三步法”規(guī)?；a(chǎn)技術(shù),創(chuàng)建了天敵昆蟲(chóng)“空間生態(tài)位互補(bǔ)”和“時(shí)間生態(tài)位互補(bǔ)”增效技術(shù),有效解決了我國(guó)2種連片成災(zāi)的惡性入侵雜草的持續(xù)控制難題[29-30,55,63-64]。

2.3 實(shí)現(xiàn)了重大植物疫情快速控制以及外來(lái)入侵生物的有效阻隔

經(jīng)過(guò)近20年的基礎(chǔ)理論創(chuàng)新、防控技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用及管理機(jī)制的完善,重點(diǎn)構(gòu)建了入侵生物的早期預(yù)警、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)、阻截控制三道技術(shù)防線,形成了重大植物疫情與外來(lái)入侵生物的全程化國(guó)家防衛(wèi)體系,基本實(shí)現(xiàn)了“重大植物疫情控制有力、外來(lái)入侵生物有效阻隔”格局,入侵生物防控應(yīng)用成效顯著提升[8,28-30]。此外,入侵生物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)、早期檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)的推廣應(yīng)用,支撐了行業(yè)部門對(duì)入侵生物基礎(chǔ)性和長(zhǎng)期性的本底調(diào)查與監(jiān)測(cè),基本摸清了我國(guó)入侵生物的種類、分布及其危害現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢(shì),為入侵生物的早期發(fā)現(xiàn)與根除提供了基礎(chǔ)信息。值得一提的是,生物入侵管理制度得到進(jìn)一步完善[65]。如在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的牽頭組織下,建立了《農(nóng)業(yè)重大有害生物及外來(lái)生物入侵突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案》《外來(lái)入侵生物防治條例》和《全國(guó)外來(lái)入侵生物防治規(guī)劃》,積極開(kāi)展《外來(lái)物種管理?xiàng)l例》立法研究,發(fā)布《國(guó)家重點(diǎn)管理外來(lái)入侵生物名錄》,加強(qiáng)部門防治協(xié)作,初步構(gòu)建了較為完備的外來(lái)入侵生物防控管理體系[45]。

3 生物入侵防控研究的國(guó)際發(fā)展態(tài)勢(shì)

生物入侵防控是當(dāng)前世界各國(guó)共同關(guān)注的科技命題。自20世紀(jì)80年代以來(lái),世界各國(guó)政府與國(guó)際機(jī)構(gòu),從生物入侵立法、國(guó)家防控指南編制,到優(yōu)先行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施與科學(xué)管控國(guó)家能力建設(shè)等多方面開(kāi)展入侵生物的全面防范,以積極應(yīng)對(duì)生物入侵的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[66]。當(dāng)前,作為世界各國(guó)的國(guó)家優(yōu)先行動(dòng)策略,生物入侵防控研究的發(fā)展態(tài)勢(shì)主要包括以下幾個(gè)方面。1)制定法律法規(guī),形成執(zhí)法體系,提升監(jiān)管能力。目前,世界上已通過(guò)了40多項(xiàng)相關(guān)的國(guó)際公約、協(xié)議和指南,主要包括制定專門的法律法規(guī),成立專門的國(guó)家入侵生物委員會(huì),建立部門間的協(xié)作體系與協(xié)調(diào)運(yùn)行機(jī)制等。如美國(guó)先后頒布了《國(guó)家入侵生物法(1996)》《入侵生物法令(1999)》等系列法令,并于2016建立新的國(guó)家入侵生物委員會(huì),統(tǒng)領(lǐng)全國(guó)入侵生物防控活動(dòng)、評(píng)價(jià)全國(guó)入侵生物態(tài)勢(shì)并制定政策/策略,以提高對(duì)入侵生物快速反應(yīng)的能力。2)加強(qiáng)科技能力建設(shè),持續(xù)推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。世界各國(guó)致力于加強(qiáng)入侵生物科技防控支撐體系建設(shè),尤其關(guān)注潛在入侵生物的預(yù)警支撐體系建設(shè)。如美國(guó)政府每年編制巨資預(yù)算以建立和完善“全美入侵生物信息系統(tǒng)(NAPIS)”(例如僅防控密西西比河泛濫成災(zāi)的亞洲鯉魚(yú)Cyprinuscarpio的預(yù)算就高達(dá)190億美元)[67];穩(wěn)定研發(fā)投入,發(fā)展與創(chuàng)新防控新技術(shù),尤其注重開(kāi)展前瞻性和重大潛在入侵生物防控應(yīng)對(duì)技術(shù)的儲(chǔ)備研究,并建立健全防控專業(yè)隊(duì)伍與快速反應(yīng)體系。3)構(gòu)筑全球防御體系,搶占防控先機(jī)。世界發(fā)達(dá)國(guó)家注重潛在和新發(fā)入侵生物的全球防御,提前獲知入侵生物信息以搶得入侵生物的防控先機(jī)。如美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)局與動(dòng)植物檢疫局(APHIS)不僅在美國(guó)50個(gè)州和3個(gè)海外島嶼分別設(shè)有地區(qū)辦公室,同時(shí)在境外25個(gè)國(guó)家設(shè)有分支機(jī)構(gòu),并通過(guò)這些機(jī)構(gòu)收集全球范圍內(nèi)入侵生物的發(fā)生、危害、擴(kuò)散和防控等信息與資源。

4 生物入侵防控研究的重大科學(xué)問(wèn)題及未來(lái)方向

當(dāng)前,生物入侵在世界上的傳播擴(kuò)散與危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到“飽和”,仍呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)[68]。隨著經(jīng)濟(jì)全球化和區(qū)域一體化的快速發(fā)展,發(fā)展中國(guó)家入侵生物傳入與擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)更大。因此,世界各國(guó)在借鑒現(xiàn)有生物入侵防控技術(shù)的基礎(chǔ)上,融合當(dāng)前各學(xué)科的科技前沿,進(jìn)行引領(lǐng)性、前沿性、突破性、顛覆性的科技創(chuàng)新,以搶占科技制高點(diǎn)和滿足各自國(guó)家的重大需求。生物入侵防控的最終目標(biāo)或國(guó)際共識(shí)是“防止入侵、阻止擴(kuò)散、抑制危害”,基于現(xiàn)有防控科技,外來(lái)入侵生物防控的科技創(chuàng)新一方面注重入侵生物本身的入侵?jǐn)U散與致害成災(zāi)機(jī)制的基礎(chǔ)理論研究,以期創(chuàng)新防控新技術(shù);另一方面,注重借鑒和融合當(dāng)代科技前沿,創(chuàng)新預(yù)警與監(jiān)控技術(shù),提升主動(dòng)應(yīng)對(duì)能力。生物入侵防控未來(lái)15年發(fā)展趨勢(shì)與熱點(diǎn)科技方向主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

4.1 入侵生物適應(yīng)、擴(kuò)張、災(zāi)變的生態(tài)過(guò)程及分子機(jī)制研究

在個(gè)體水平分析不同生境中入侵生物快速適應(yīng)的生物學(xué)特征,挖掘入侵關(guān)鍵基因和表觀調(diào)控因子,鑒定其在宿主的靶標(biāo)基因,解析入侵關(guān)鍵基因和宿主靶標(biāo)基因的作用與調(diào)控機(jī)制[69]。在種群水平明確異質(zhì)環(huán)境下入侵生物種群的“生態(tài)權(quán)衡”策略和擴(kuò)散潛能,解析種群適合度的時(shí)空動(dòng)態(tài),揭示資源生態(tài)位競(jìng)爭(zhēng)利用及伴生生物協(xié)同擴(kuò)張機(jī)制,闡明典型脆弱農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中重大入侵生物種群擴(kuò)張、災(zāi)變及種群維持的生態(tài)學(xué)過(guò)程及分子機(jī)制。

4.2 入侵生物自滅/自抑技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用

基于現(xiàn)代分子生物學(xué)和遺傳學(xué)等新興技術(shù),如全基因組測(cè)序[70]、基因功能解析、遺傳分化與快速進(jìn)化、表觀遺傳等,明確入侵生物的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律與致害成災(zāi)機(jī)制及其生態(tài)適應(yīng)性進(jìn)化的分子和遺傳基礎(chǔ)[71-72]。在此基礎(chǔ)上,發(fā)展基于分子/基因操控的“入侵生物自滅/自抑技術(shù)”(如基因編輯、遺傳不育、共生阻斷、轉(zhuǎn)基因誘集植物、植物抗性等)。

4.3 入侵生物傳入風(fēng)險(xiǎn)大數(shù)據(jù)早期預(yù)警技術(shù)的構(gòu)建

針對(duì)潛在入侵生物,基于其全球化傳入與擴(kuò)散的發(fā)生分布與危害現(xiàn)狀和態(tài)勢(shì),構(gòu)建完備的生物種類、分布、危害、擴(kuò)散媒介、發(fā)生規(guī)律、形態(tài)學(xué)、遺傳學(xué)、環(huán)境適應(yīng)性、生命組學(xué)特征與標(biāo)識(shí)物以及各種防控技術(shù)等關(guān)鍵信息的大數(shù)據(jù)信息庫(kù)平臺(tái);發(fā)展與建立信息的有效自動(dòng)獲取/收集與整合、海量數(shù)據(jù)分布形式存儲(chǔ)虛擬、負(fù)載均衡技術(shù)、數(shù)據(jù)大規(guī)模遷移、數(shù)據(jù)副本管理、數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口和安全認(rèn)證、大數(shù)據(jù)挖掘處理技術(shù),以及入侵生物發(fā)生擴(kuò)散的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)展示預(yù)警技術(shù)。同時(shí),深入研究入侵生物的傳入和擴(kuò)散機(jī)理模型,構(gòu)建入侵生物全程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系,預(yù)判入侵生物潛在入侵和危害風(fēng)險(xiǎn)及其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí);研發(fā)前瞻性儲(chǔ)備監(jiān)測(cè)技術(shù),并在入侵生物傳入前沿地帶開(kāi)展基礎(chǔ)性和長(zhǎng)期性監(jiān)測(cè)。

4.4 入侵生物智能化與快速化的早期精準(zhǔn)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)的研制

注重基于入侵生物的圖像數(shù)字識(shí)別、危害特征診斷、信息素識(shí)別檢測(cè)、聲音識(shí)別、光譜識(shí)別、病菌孢子自動(dòng)捕捉、環(huán)境eDNA痕量檢測(cè)、高通量分子檢測(cè),以及結(jié)合無(wú)人機(jī)、衛(wèi)星遙感、雷達(dá)、高空捕捉等的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和自動(dòng)化智能采集技術(shù)與產(chǎn)品的研制[3,73];注重融合基于入侵生物數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng),“3S”信息技術(shù)、WEB-GIS技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)等,建立智能手持式、平板式等手持智能終端的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)多維展示系統(tǒng);注重集成建立入侵生物的遠(yuǎn)程探測(cè)、點(diǎn)檢測(cè)和化學(xué)誘捕等多監(jiān)測(cè)新技術(shù)為一體的監(jiān)測(cè)產(chǎn)品/裝備,全自動(dòng)完成樣本采集、危害源識(shí)別,智能分析與預(yù)警、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸;注重入侵生物實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù),建立入侵生物發(fā)生和發(fā)展實(shí)時(shí)信息的人工智能決策支持體系。

4.5 入侵生物的生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)重建和系統(tǒng)抵御技術(shù)的研發(fā)

針對(duì)已入侵的重大入侵生物,更加聚焦入侵生物與已入侵生物的互作,包括入侵生物生態(tài)適應(yīng)性、多因子互作、非預(yù)期效應(yīng)、間接效應(yīng),進(jìn)一步明確入侵生物的競(jìng)爭(zhēng)性演替規(guī)律、對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性的影響、生態(tài)系統(tǒng)對(duì)入侵生物的抵御與阻抗能力、氣候變化和人為干擾等生態(tài)因子對(duì)入侵生物的影響等,從而創(chuàng)建基于生物防治、生態(tài)調(diào)控的修復(fù)重建技術(shù)。

5 我國(guó)生物入侵防控的重大科學(xué)工程及科學(xué)計(jì)劃

5.1 重大科學(xué)工程

重大科學(xué)工程主要包括:1)加強(qiáng)我國(guó)在生物安全領(lǐng)域后備人才培養(yǎng),形成完整的人才培養(yǎng)體系,并完善專業(yè)設(shè)置。2)穩(wěn)固和壯大我國(guó)在生物安全領(lǐng)域的研究隊(duì)伍。雖然我國(guó)生物入侵防控研究的穩(wěn)定隊(duì)伍已初步形成,但仍存在先進(jìn)性不夠、創(chuàng)新研究能力不足等問(wèn)題,因此亟須從國(guó)家層面加大生物安全領(lǐng)域的經(jīng)費(fèi)投入,吸納優(yōu)秀青年人才,創(chuàng)造良好工作環(huán)境。3)分級(jí)、分類打造教學(xué)科研基地平臺(tái)。如建立外來(lái)入侵物種鑒定與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中心,進(jìn)一步提升入侵生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的國(guó)家能力;建設(shè)高風(fēng)險(xiǎn)入侵生物安全研究重大科學(xué)設(shè)施和重大檢疫隔離場(chǎng),提高入侵生物研究安全的實(shí)驗(yàn)室智能化、信息化、自動(dòng)化、精細(xì)化管理能力,保證實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行安全;建立入侵生物預(yù)警大數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)及其信息共享與對(duì)外發(fā)布機(jī)制;建立外來(lái)入侵物種國(guó)家監(jiān)測(cè)預(yù)警網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),以實(shí)現(xiàn)外來(lái)入侵生物的早期發(fā)現(xiàn)、實(shí)時(shí)預(yù)警和智能發(fā)布。

5.2 戰(zhàn)略性科學(xué)計(jì)劃

圍繞入侵生物主動(dòng)防御與全程管控的國(guó)家重大需求,全面提升系統(tǒng)應(yīng)對(duì)外來(lái)有害生物入侵、擴(kuò)散與危害的國(guó)家能力。應(yīng)從以下方面展開(kāi)科學(xué)研究:1)開(kāi)展入侵生物快速適應(yīng)及暴發(fā)成災(zāi)的行為及分子機(jī)制研究。闡明一批重大入侵生物的入侵特性及生物生態(tài)學(xué)入侵過(guò)程,詮釋其暴發(fā)成災(zāi)的生態(tài)學(xué)與多因子互作機(jī)制及分子、遺傳與生化機(jī)理;2)研制入侵生物的精準(zhǔn)防控技術(shù)與產(chǎn)品并推廣應(yīng)用。構(gòu)建重大入侵生物防控基因組學(xué)平臺(tái),創(chuàng)新基于基因編輯、生物納米、小分子干擾等后基因組防控組合新技術(shù);創(chuàng)建入侵生物預(yù)警大數(shù)據(jù)智能綜合分析平臺(tái),提升重大入侵生物追蹤溯源、快速分子群體檢測(cè)及智能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)預(yù)警的新技術(shù)與新方法?；谌肭稚锍蔀?zāi)機(jī)理,建立入侵生物的種群抑制干擾技術(shù)和發(fā)展生態(tài)系統(tǒng)功能重塑技術(shù)。3)加大基因驅(qū)動(dòng)技術(shù)及其在有害生物自滅中的應(yīng)用。如基于CRISPR/Cas9的基因敲入技術(shù)研發(fā)基因驅(qū)動(dòng)的新型控制技術(shù);基于RNAi、納米技術(shù)靶向關(guān)鍵抗逆基因及其表達(dá)調(diào)控因子研發(fā)入侵生物的精準(zhǔn)防控技術(shù)。

總之,面向生物入侵發(fā)生危害現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展態(tài)勢(shì)以及對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大需求,充分發(fā)揮社會(huì)主義制度優(yōu)勢(shì),構(gòu)建適應(yīng)我國(guó)生物入侵防控科技創(chuàng)新、技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展應(yīng)用與管理的體制機(jī)制和政策體系,營(yíng)造鼓勵(lì)原始創(chuàng)新的良好生態(tài)與文化環(huán)境,支撐我國(guó)生物入侵防控及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)/行業(yè)健康快速發(fā)展。與此同時(shí),今后應(yīng)加強(qiáng)研究機(jī)構(gòu)及研究者之間的合作,突出研究重點(diǎn),深化研究?jī)?nèi)容,協(xié)調(diào)推進(jìn)原始創(chuàng)新與技術(shù)研發(fā),強(qiáng)化多元驅(qū)動(dòng)因素相互作用下的生物入侵研究[74];完善和增強(qiáng)科技創(chuàng)新投入機(jī)制模式;制定適應(yīng)于生物入侵防控特點(diǎn)的相關(guān)政策;融入和構(gòu)建生物入侵防控全球一體化共同體;加強(qiáng)生物入侵的科學(xué)宣傳普及;前瞻性謀劃與布局生物入侵領(lǐng)域重大項(xiàng)目。