你是否有过这样的经历?当你吃着甜甜的甘薯时,突然就咬到发苦的地方,特别令人恼火。
“发苦是因为甘薯被甘薯小象甲咬过。”中国科学院华南植物园研究员侯兴亮介绍,“一方面是因为甘薯小象甲在甘薯里钻来钻去,留下来的排泄物比较苦;另一方面是甘薯被甘薯小象甲咬过之后,自身会产生一种防御物质把自己变苦,这样甘薯小象甲就不爱吃了。”
甘薯小象甲,又名甘薯蚁象、甘薯小象鼻虫,属鞘翅目,是甘薯生长和储藏的重要害虫。它们通过啃咬叶蔓、蛀食薯块等方式,严重影响甘薯的产量和品质。
2018年,在恩施州巴东县的菜农周师傅的甘薯地里,爆发了甘薯小象甲。这里的甘薯看起来和普通的甘薯没两样,可是掰开之后 ,里面全部都是乳白色的小虫子。周师傅家种了6亩红薯,原本可以收获3万多斤新鲜甘薯,自从甘薯得了病,6亩甘薯居然找不出一斤好的。
2021年,在江西省赣州市赣县江口镇,由于9-10月连续干旱,土壤龟裂,甘薯小象甲大量繁殖。薯块被甘薯小象甲幼虫蛀食后,变为黑色或黑褐色,切开可见虫道,受害薯块有恶臭和苦味,不能食用和饲用。由于该虫害隐蔽性强,农户没有及时施药防治,导致红薯减产严重,全镇红薯种植600亩,发生病虫害面积400亩,绝收面积约60亩。
甘薯小象甲为害症状(薯块外表可见小虫孔) 图片来源:赣州三农
被害薯块横切面(可见许多虫道和幼虫)
图片来源:赣州三农
中国是全球最大的甘薯生产、消费和出口国,产量占世界总产量的60%以上,但频繁发生的虫害已成为制约甘薯生产的主要因素。
“甘薯小象甲虫害在亚洲、非洲薯区十分严重,可造成10%-30%的产量损失,严重时可达50%以上。在我国南方甘薯种植区,甘薯小象甲虫害一年可多代发生且世代重叠,因气候变暖,近年来该虫害已扩散至长江流域种植区,且有逐年扩大趋势。”侯兴亮说,“尤其在广东地区,甘薯小象甲非常猖獗,只要没治理好,基本上这一年农民就别想有收成了。”
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然而,目前治理甘薯小象甲主要采用喷洒农药等化学防治方法,没有特效药,这不仅增加生产成本,还会导致生态环境污染,引发食品安全等问题。如果防治效果不明显,就只能改种玉米、土豆等其他作物,避免甘薯绝收损失。
培育天然抗虫的甘薯品种是大势所趋,然而这却是全球研究人员未攻克的问题。
“目前农业上尚无甘薯小象甲抗性品种培育。因此,发掘甘薯自身的抗虫基因资源,开展抗性分子机制研究,促进抗虫技术开发和抗性品种选育,是解决甘薯小象甲虫害最为经济环保的选择,也是当前甘薯产业发展的迫切需求。”侯兴亮表示。早在2014年,侯兴亮团队就联合广东海洋大学朱宏波副教授团队对此展开了研究。
科学家找到对抗甘薯小象甲的基因“武器”
甘薯作为最普遍的粮食、经济作物之一,这项科研为什么难?
“首先,要弄清楚甘薯的抗虫机制很难,其次,要育种必须有抗虫的材料,而这样的材料迄今在全球领域都只有两三个,且抗性程度不高。”面对这样的困难,侯兴亮和科研团队笑称自己的研究是“薯”道难。然而身处广东,他们又具有天然的优势。
“甘薯在广东、福建、广西都分布很广,我们与广东海洋大学的朱宏波副教授合作,来回几个省份收集了很多的资源,创建了比较高精度的抗虫评价方法,对材料进行分析。”侯兴亮说。
为此,侯兴亮团队历时三年,奔波往返于15座城市,经过大量的测评工作,最终成功找了2份高抗材料。
“这是全世界首次筛选到的有效高抗种质。”侯兴亮说。之后,他们利用抗感种质构建F1遗传群体,同时克服了控制条件下抗虫表型难检测、不稳定的困难,建立了稳定的甘薯小象甲抗虫可控评价体系,最终成功定位并克隆了两个甘薯小象甲抗性关键基因SPWR1和SPWR2。
后续研究证明,SPWR1和SPWR2均正向调控甘薯对甘薯小象甲的抗性。“实验中我们发现甘薯对甘薯小象甲的抵抗依赖一种名为奎尼酸的代谢物及其衍生物。奎尼酸对人并没有毒性,但是会明显抑制甘薯小象甲胰蛋白酶的活性,通俗来说就是甘薯小象甲吃了含有这种物质的甘薯后,不舒服,所以它们就不吃了。”侯兴亮说。
目前农业上尚无甘薯小象甲抗性品种培育,此项研究创制的种质在显著提高抗性的同时并未降低品种原有产量和品质,填补了国际上甘薯小象甲抗性种质开发利用的空白。
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那么,如何利用这项研究结果防治甘薯小象甲呢?
由于奎尼酸及其衍生物在甘薯的内源浓度下不具有对人体的药理毒性,且在自然环境中不易残留、抗虫性强大,因此在上述研究基础上,该研究团队提出通过喷施奎尼酸及其衍生物对甘薯小象甲侵害产生抑制作用、兼具环境友好型和资源节约型的农业抗虫方案。
另一方面,该研究团队克服了甘薯遗传转化操作难、转化率低、周期长的问题,利用甘薯自身快速增生能力,配合根癌农杆菌定向注射手段,开发了一种高效稳定的新型甘薯遗传转化方法。
此研究对推进高产优质多抗的甘薯分子育种,促进特色高值生态农业关键技术研发和成果转化,带动甘薯产业良性发展和农民增产增收具有重要意义。
侯兴亮透露,目前他们已联合朱宏波团队着手启动甘薯小象甲抗性品种的培育工作。
日常防治甘薯小象甲,可以用这5种方法
一是加强检疫。从疫区转移甘薯以及甘薯苗时应加强监测力度,一旦发现有虫害的甘薯苗,必需立即进行无害化处理,从源头切除。
二是集中烧毁。清理干净地里的甘薯藤和被害的甘薯,联系环卫车辆运走焚烧,减少越冬虫源基数;
三是不要连作。采取水稻+甘薯的水旱轮作方式,尽可能不与蕹菜地和甘薯育苗地相邻种植;
四是利用天敌。甘薯小象甲的主要天敌是昆虫病害,类似原线虫和昆虫病原真菌等。若能利用好昆虫病原线虫中的异小杆类线虫,可对甘薯小象甲幼虫产生较好的杀伤力。
五是喷药防治。在甘薯种植过程中,将1.5%甲氨基阿维菌素苯甲酸盐乳油2000倍液处理,在种植后施药2次,每次隔15d喷施,可有效控制甘薯小象甲的危害。
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