与虫争粮的250天
2019-09-18 19:53

与虫争粮的250天

本文来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:麦麦,题图来自原文。


编者按:


草地贪夜蛾,世界十大植物害虫之一,幼虫能取食350多种植物。今年1月11日,草地贪夜蛾首次在我国被发现,随后迅速从云南扩散,已经入侵全国25个省份,实际危害面积246万亩,对玉米、甘蔗、高粱、香蕉、水稻等多种作物造成影响。


昨日,农业农村部举行新闻发布会,介绍草地贪夜蛾的防控工作:目前,南方玉米已经收获,北方玉米灌浆成熟,草地贪夜蛾对玉米主产区的威胁已经全面解除。


“虫口夺粮”首战告捷,背后是农户、专业植保人士和政府部门八个月的艰辛鏖战。


“只要是绿的,它就吃。”


王叔说着又从玉米叶里揪出一条虫子。


王叔家在云南省文山市丘北县,他在村子里种了四亩多的玉米。今年四月,玉米刚栽下不久,田里就来了一种他从未见过的虫子。最初吃嫩叶,后来吃雄花雌花;现在玉米开始结棒子了,它们又在玉米棒上钻洞。


从玉米棒子里钻出来的虫子 | 作者供图


王叔不知道这是什么虫子:“带点金色,我就叫它金虫。”


这种“金虫”,就是臭名昭著的草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)



基本有玉米田的地方就有


在王叔家和丘北县其他几处玉米田里,不管处于什么生长期的玉米,都有草地贪夜蛾幼虫蚕食的痕迹——


在一米高的玉米植株上,虫子钻进喇叭口里,留下黄棕色的粪便;或是把叶子咬得千疮百孔,甚至直接咬断,破坏叶片的光合作用,影响植株生长。而像王叔家的玉米,已经长到一人多高、再过一个月就能收成了,幼嫩的玉米棒子上却遍布虫咬的洞口——这样下去,今年的收成令人担忧。


作为联合国粮农组织全球预警的重要迁飞性农业害虫,草原贪夜蛾有着极强的破坏性。根据其他国家的经验,在草地贪夜蛾肆虐的地区,作物受害后一般减产20%~30%,严重时可以造成绝收。


图1:喇叭口比较幼嫩,深得草地贪夜蛾的喜爱


图2:千疮百孔的叶子,甚至有的被咬断了


图3:草地贪夜蛾在玉米上留下的洞



丘北县植保站的工作人员告诉果壳,为了对付这种素未谋面的虫子,他们一早就在田地里放置了用于监测的测报灯,后来又通过人工在田地里进行排查。今年4月,他们在丘北县的平寨乡第一次发现了草地贪夜蛾;仅仅3个月后,丘北县约40万亩的玉米田里,就已经有20多亩出现了虫害。而且,当地玉米的生育期参差不齐,有老有嫩,给虫子提供了丰富的口粮。


“太惨了。”在王叔的玉米田里,赵德柱忍不住又感慨道。


他是植物保护专业的研究生,主要研究方向是害虫防治。过去的这个七月,他走过大半个云南,采集各地农田里的草地贪夜蛾样本。虫子不难找,“基本有玉米田的地方就有”,甚至海拔2200米的地方还能采到虫子。


王叔用的一种农药,甲氰菊酯是农业部推荐的应急药剂之一 | 作者供图


面对来势汹汹的草地贪夜蛾,王叔也不知道该怎么办。他能接触到的“懂行的人”,就是镇上的农药店。店里推荐的几种药效果还不错,打药几个小时后,就能看到虫子出现中毒的症状。但问题在于,这种虫子喜欢钻蛀,药剂很难接触到在玉米内部的虫子,所以田间杀灭率并不高。况且,不仅大龄幼虫会在附近的玉米植株上迁移,成虫也会迁飞产卵,所以即使玉米田里刚刚杀过虫,不久又会有新的虫子飞过来,防不胜防。


无奈之下,王叔只好多打几次农药。


赵德柱告诉果壳,这是因为草地贪夜蛾具有迁飞性。这种虫子从缅甸飞入我国境内,又从云南飞向其他省份。即使这边扑杀了虫子,也会有新的蛾子从其他地方飞过来产卵;每个卵块上密密麻麻排列了上百颗虫卵,等它们孵化出来,幼虫又能在这片玉米地上大快朵颐,吃饱喝足发育成会飞的蛾子,再飞到其他地方的农田去繁衍下一代。


草地贪夜蛾的成虫(上)和幼虫(下)| cbif.gc.ca(上)Bugwood.org(下)


不打药就没收成了


一千多公里外,广州市花都区的农户们也遭遇了类似的困境。


4月23日,草地贪夜蛾入侵广东,当时玉米正值幼苗期,给虫子提供了充足的口粮。为了对付这些不速之客,农户们换上了效果更强的农药,“打多一点,打浓一点”。往年一季玉米大概打三到四回农药,现在基本得翻一番。


毫无疑问,这意味着更高的成本——农药得买,打药得费人工。农户陈姐算了一笔账:她家种了一百来亩的甜玉米,往年每亩地能收2000斤,今年防虫防得不理想的田里只能收下600斤;再加上多打的几道农药、打药请工人的费用。这一季玉米,她得损失十来万。


但贵也得打,“不打药就没收成了。”另一位农户这样告诉果壳。


打药几个小时后,草地贪夜蛾幼虫虫体变黑 | 作者供图


目前,对付草地贪夜蛾,化学农药“不一定是最好的,但不用不行”。华南农业大学的徐汉虹教授用“防洪抗灾”来比喻当下的防虫任务——最紧要的是应急,要快速地扑灭虫子,尽量不让它们定居下来。与时间赛跑,化学防控是“最有效、最现实的方法”。


不过,农药种类那么多,该用哪种、该怎么用,这些都还需要细化。


徐汉虹是广东省草地贪夜蛾防控技术指导专家组的组长。广东省出现草地贪夜蛾后,他迅速到广州市及周边考察虫害情况,其团队并在广州市花都区选定了一块玉米地,准备开展药剂筛选工作。5月13日,筛药工作正式开始。约十五亩多的玉米地,大概有二十四个篮球场那么大;一部分用来筛选不同的农药,一部分则作为示范田,展示筛选出的农药的杀虫效果。


在试验田里查虫 | 徐汉虹团队供图


筛选农药时,不仅要比较哪种农药更好,还要测试施药的用量、时间和方法。草地贪夜蛾的幼虫喜欢钻进玉米的喇叭口里,等黄昏之后再爬出来;有了隐蔽位置作为掩护,幼虫很容易就能躲过农药的攻击。因而,在试验中,试验田一部分用于在白天做常规喷药,一部分则需要在傍晚针对喇叭口施药,在虫子的家门口下毒,杀虫效率明显会更高。


陈姐也去围观了试验田。很拼——她这样评价做试验的学生们。白天近40度的高温下,在田地里弯着腰给植株打药或数虫,晒得满脸通红,甚至有学生晕了过去;等天黑之后,他们还得带着头灯继续工作。


带着头灯在夜幕下施药 | 徐汉虹团队供图


一周之后,团队筛选出了5种化学药剂,结合施药的时间和方法,制定了一份应急防控技术方案,在广东省内示范推广。


但这份施药方案,陈姐却没用过:“效果应该比较好,但有点麻烦。”


对于农户来说,试验田里的操作未免过于精细。例如给喇叭口施药时,研究人员得弯下腰、用胶头滴管一滴一滴点到喇叭口里。这样虽然省了农药,但费时间、费人工,农户自然也难以做到。为了方便操作,徐教授团队根据农民的土法子,改进了一种“点施器”——无需弯腰,只要轻轻一按,喷头就会精准地喷出5毫升液体,这是喇叭口点施药液的推荐用药量。


新改进的“点施器”,轻轻一按就能喷出5ml液体 | 徐汉虹团队供图


即便如此,理想与现实的差距仍不少见。比如说,广东地区种植的甜玉米经济效益高,农户愿意投入的成本也更高;而在种植饲料玉米的地区,农民的收益原本就低,不可能进行精细费时的防治。根据赵德柱的介绍,有一些农户甚至在种下玉米之后就外出打工了——没有被杀死的幼虫,会不会变成更多成虫、迁飞到其他地区为非作歹?这些都不知道。


对此,徐教授的团队开展了更多的防控技术研究,例如种衣剂、拌种、灌根等通过根区施药的方法,或者是滴灌随水施药等技术。简化施药程序,降低防治成本,从理想的试验田到现实的玉米地,中间还隔着农户的经济困境。


它可能是草地贪夜蛾的克星


但草地贪夜蛾的防治一味依赖于农药,也不符合“绿色植保”的理念。


长期打药,草地贪夜蛾可能会演化出抗药性,对一些药剂“免疫”;长此以往,能够有效杀灭它们的农药将越来越少。而且,草地贪夜蛾可能会在南方越冬定殖,也可能源源不断地从其他地方迁飞过来,农户们只能被动地持续打药,这也是一笔不小的开支。更别论一旦用药不当,还可能会误杀其他昆虫,污染环境。


徐教授团队的章婉贤告诉果壳,对付草地贪夜蛾,当下要先快速扑杀,将害虫数量控制在一定水平,之后更加理想的防治方式则是“综合防控”。


综合防控包括多个层面。除了合理使用农药之外,还包括通过灯光、食物、性诱剂等途径进行诱捕,从而监测害虫的数量变化;通过轮换种植、间隔种植等,提高农田的生物多样性,丰富害虫的天敌种类;以及通过天敌来控制害虫数量等等。


在田间进行性诱剂筛选测试 | 作者供图


目前,国内的一些团队正在研究草地贪夜蛾的捕食性天敌,例如蠋蝽、东亚小花蝽、益蝽等;这类天敌的作用非常好理解,它们可以直接吃掉害虫。而有些研究者则聚焦于一类非常小的虫子——草地贪夜蛾的寄生性天敌。


今年五月,陈华燕找到了有寄生蜂的草地贪夜蛾卵块。


他是中山大学的昆虫学博士后。平日里,他会到野外拍摄虫子;草地贪夜蛾入侵广州之后,他开始有意地将镜头对向它们。找了一个星期之后,他在广州大学城的一小片玉米地上,发现了一些夜蛾的卵块,其中两块上面还有寄生蜂。在外行人看来,这几乎无法想象——这些寄生蜂的体型非常小,大约只有0.5毫米;肉眼看来,完全是一个可以忽略不计的小黑点。但凭着过往的研究经验,陈华燕猜测,这些寄生蜂可能与草地贪夜蛾有关。


正在夜蛾卵块上寄生的黑卵蜂。图片经过放大,实际的夜蛾卵块大约1厘米左右 | 陈华燕


通过形态学和基因信息,他的猜想最终得到了验证:他找到的卵块是草地贪夜蛾的卵块,而上面正在寄生的小黑点,正是国外曾经报道的、能够对付草地贪夜蛾的一种寄生蜂——夜蛾黑卵蜂(Telenomus remus)


寄生蜂是生物防治常用的一类寄生性天敌。它们把卵产在寄主的虫卵、虫蛹或虫体上,破坏寄主的正常生理功能;而寄生蜂自己的卵则会继续孵化,长大成为成虫后继续寄生。如此循环往复,算得上一劳永逸。


“它可能是草地贪夜蛾的克星。”广东省农业科学院植物保护研究所的高级农艺师廖永林对这种寄生蜂也充满期待。


他同样在广州找到了寄生在草地贪夜蛾虫卵上的夜蛾黑卵蜂,并与陈华燕合作,测量了这种寄生蜂在自然条件下的寄生率。结果发现,草地贪夜蛾的卵块中,大约有30%被寄生;每个卵块上,大概有一半的虫卵中招。


这样的寄生率让他们大为鼓舞。陈华燕告诉果壳,夜蛾黑卵蜂是当地本来就有的,它们原本寄生在斜纹夜蛾和甜菜夜蛾的虫卵上;现在草地贪夜蛾入侵了——在他们进行研究时,才入侵了一个月——这些寄生蜂就能分出一部分兵力对付这个新来的敌人,而且能把新敌人消灭个15%,这是很好的战果。而如果进行人工释放,寄生率可能还会更高。


正在寄生的夜蛾黑卵蜂 | 廖永林


另外,这种寄生蜂所寄生的是虫卵——也就是说,害虫连孵化成幼虫的机会都没有,是真正意义上的“扼杀在摇篮里”。如果能够推广使用,寄生蜂不仅可以控制草地贪夜蛾的数量,还能够减少农药的使用,对生态环境比较友好。


然而,在果壳所接触到的几位农户当中,农药仍然是他们最熟知的治虫手段,而“寄生蜂”则是一个完全陌生的名词。一方面,寄生蜂的见效相对缓慢,不像农药那样,能够立竿见影地杀死虫子;另一方面,培育成本太高。云南省文山市丘北县植保站也告诉果壳,他们去年防治其他虫害的时候,也曾尝试使用另一种叫蚜茧蜂的寄生蜂;效果虽好,却因为饲养成本太高而难以广泛应用。


在实际应用中,寄生蜂会以“卵卡”的形式进行投放。一般来说,卵卡上是寄主的虫卵,已经被寄生蜂寄生过了;投放之后,等时间一到,寄生蜂就会破卵而出,继续去寄生田间的害虫。想要成规模地进行应用,就必须养殖足够多的寄主,才能制成足够多的被寄生过的卵卡。


某种平腹小蜂的卵卡 | Rainforest Foods / Pinterest



虽然夜蛾黑卵蜂已经有现成的寄主——草地贪夜蛾就是其中之一;但可惜,目前还无法大规模、低成本地进行人工养殖。因而,寻找便宜的、好养活的替代寄主,成了实际应用中的最大障碍。


除此之外,寄生蜂的保存、运输、释放等环节,也是亟需解决的问题。从实验室到田间,寄生蜂要飞过的路程恐怕还有很远。


这是目前世界上信息最完整的草地贪夜蛾基因组


今年6月,深圳华大基因测出了草地贪夜蛾的基因组信息——这相当于他们往常半年的工作量;不过这一次,加班加点、通力合作,他们仅仅25天就完成了这项任务。


华大基因的项目负责人刘欢告诉果壳,这是目前世界上信息最完整的草地贪夜蛾基因组,可以作为信息最全的“参考基因组”。


“参考基因组”如同一个基准,可以用来与新的基因信息做比对。


例如前面提到的抗药性问题。如果一些草地贪夜蛾演化出了对某种药物的抗药性,那它们的基因也会发生相应的变化。此时,我们只要将新采集蛾子样本的基因信息,直接与“参考基因组”对比,一两天之内就能知道,草地贪夜蛾发生了什么变异、是否出现了某种抗药性,从而及时调整我们对付它的策略。


通过此次测序,研究人员发现,草地贪夜蛾的基因中,有两个基因家族严重扩张。这两个家族分别与抗药性和排毒能力有关,这或许也从基因层面揭示,为什么这种虫子难以防治。


同时,通过基因分析和反复确认,他们还在从广东采集的样本中发现了“水稻型”草地贪夜蛾。


草地贪夜蛾有两个类型——玉米型和水稻型。目前,我国发现的主要为玉米型,它们已经对玉米、甘蔗等重要作物造成危害;一旦出现成规模的水稻型,那么我们最主要的粮食作物水稻也会受到威胁。


王叔家附近的农田,玉米和水稻紧挨在一块儿 | 作者供图


“但我们本身不是做这个的。”华大研究人员说,他们只是通过自己擅长的技术,破译草地贪夜蛾的基因组;至于其中更具体的信息,还需要交由这一领域的专业人士解读和应用。


因而,他们将草地贪夜蛾的基因组共享出来,供各个研究团队使用。据华大基因介绍,已经有不少研究组在第一时间咨询获取了草地贪夜蛾的基因组信息,进行相关科学的研究。通过解码基因组信息,研究人员试图找到草地贪夜蛾的软肋,例如在它们免疫机制中一些至关重要的蛋白质,从而开发出新的药物来对付它们。


从基因角度切入虫害的难题,华大的研究人员相信,这会带来改革与新的开始。


从发现草地贪夜蛾入侵云南至今,已经过去了8个月。这段时间里,它们不断地向各地扩散,而植保工作者也马不停蹄地探索与之抗衡的方法。


防控工作首战告捷,但这场“虫口夺粮”的战役还在继续。草地贪夜蛾将在我国南方越冬定殖,可能也仍将从境外入侵,继续在迁飞、产卵、孵化之间完成它们的世代交替;实验室仍在寻找寄生蜂的替代寄主,试验田里仍在优化易于推广的施药方法,而赵德柱也已经出国采集更多的样本。


花都区的陈姐已经种下了新一季的玉米。因为缺乏其他作物的种植经验,她只能继续种玉米;这一回,她会先喷药再播种,希望能防住这些虫子。文山市的王叔则还得给玉米打多几道药、查多几回虫子,才能获得今年的第一次收成。


希望王叔家的收成别太糟糕 | 作者供图


那天,王叔知道赵德柱是做科研的,热情地开着他的三轮电动车,把我们拉到他的玉米田里。我们在田里看了很久,后来坐着三轮车颠簸着回到村里时,天色已经完全暗了。我对于这场霸占了晚饭时间的叨扰很是抱歉:“谢谢您花了这么多时间带我们去看玉米。”


没想到,王叔却用他浓重的口音,磕磕巴巴地说:“是要谢谢你们来,希望可以早点开发出好用的药,对付这种虫子。”


感谢以下人物和机构的帮助和指导:


赵德柱、王叔、丘北县植保站、陈姐、徐汉虹、章婉贤、陈华燕、廖永林、华大基因、罗世孝、谌爱东(排名不分先后)


应受访者要求,赵德柱为化名。



参考资料:


[1] http://www.moa.gov.cn/hd/zbft_news/cdtyefk/


[2] http://www.moa.gov.cn/govpublic/ZZYGLS/201906/t20190605_6316201.htm


[3] http://www.xinhuanet.com/fortune/2019-06/05/c_1124583592.htm


本文来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:麦麦

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