免费下载！周雪平/康振生/王源超/陈学伟等综述：农业病虫害绿色防控基础的前沿科学问题

《中国科学基金》2020年第34卷第4期

编者按

近期全球新冠肺炎疫情对粮食等全球农产品贸易以及农产品供需平衡造成了巨大冲击,粮食安全问题再次引发媒体聚焦。粮安天下，无粮不稳，粮食安全是关乎国计民生的头等大事。近日，习近平总书记强调，尽管我国粮食生产连年丰收，对粮食安全始终要有危机意识。

      我国农业有害生物灾害多发，严重威胁了农业生产安全和农业产品质量。为认真贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想，促进农业可持续发展，保障粮食安全，必须发展环境友好、资源节约、生态稳定的有害生物绿色防控技术。基于此，国家自然科学基金委员会生命科学部、化学科学部、政策局联合召开了以“农业病虫害绿色防控基础的前沿科学问题”为主题的第247期双清论坛。

      为更好地传播此次双清论坛的研讨成果，响应国家粮食安全警示，本刊特邀18位与会专家（包括2位中国工程院院士、10位国家杰出青年科学基金项目获得者和3位优秀青年科学基金项目获得者）撰写前瞻性综述文章，组织“农业病虫害绿色防控基础的前沿科学问题”专刊。专刊将多角度、多维度、全视角解读“植物免疫与抗病性”“害虫行为调控与抗药性”“有害生物成灾与流行机制”“原创性分子靶标与绿色农药分子设计”四个前沿科学问题，期冀为作物保护领域发展提供基础理论支撑，发挥对该领域基础研究的导向作用。

卷首语

绿色防控助力生态农业高质量发展

宋宝安

贵州大学 绿色农药与农业生物工程国家重点实验室培育基地/教育部重点实验室，贵阳

宋宝安  贵州大学校长、教授、博士生导师，中国工程院院士。首批国家杰出专业人才奖获得者和首批国家百千万人才工程第一、二层次人才，获何梁何利基金科学与技术创新奖与贵州省最高科技贡献奖等。作为第一获奖人，获国家科技进步二等奖3项、省部级科技进步一等奖4项。主要从事新农药创制与有害生物控制研究工作。

粮食是人类赖以生存和发展的基础，农药是保障粮食安全最有效的手段。近期新冠肺炎在全球蔓延，引发了各方对世界粮食问题的担忧和高度关注。而草地贪夜蛾等恶性入侵生物的冲击、病虫害抗性的持续上升、农药减量以及保障环境生态安全，更使我国农业生产面临着巨大压力。因此，发展环境友好、资源节约、生态稳定的有害生物绿色防控技术是国际农业科技竞争的必争高地，对应着以下四个方面的前沿科学问题。1  植物免疫与抗病性

　　植物免疫与抗病性是当前植物病理学研究的热点和难点之一，涉及病原物效应因子、植物与病原物互作、抗病基因的鉴定、植物免疫受体及信号调控等。我国已在植物免疫受体功能、植物广谱抗病、作物疫病的绿色防控等基础研究方面产生了一批原创性成果。未来，植物免疫与抗病性研究仍是需要进一步瞄准的前沿重大科学问题，比如免疫受体如何激活植物免疫、植物免疫的动态调控机制、新型免疫受体的鉴定与结构解析等，发展新型植物病虫害生物防控技术。

2  害虫行为调控与抗药性

　　寻找调控害虫行为与抗药性基因是引领害虫精准防控的新理念，也是当前农业害虫防治研究的热点之一，涉及昆虫基因组、昆虫行为调控的分子基础、害虫抗药性分子机制、害虫基因表达的RNA干扰、害虫与天敌的互作等方面。我国在害虫嗅觉行为调控、害虫抗药性进化、寄生蜂调控寄主生长的效应因子等方面产生了一批高水平的研究成果，可为基于抗性基因和生态行为调控的害虫治理提供重要的理论支撑。未来，害虫行为调控与抗药性研究需要进一步瞄准前沿重大科学问题，发展新一代环境友好的生物防控技术。

3  有害生物成灾与流行机制

      解析有害生物暴发成灾的分子机制，阐明害虫对环境的多途径适应性，是开展农业病虫害预警与生态调控的基础。涉及植物病害的暴发与流行规律、微生物—昆虫—植物三者互作机制、昆虫迁飞行为的发生与调控机制等方面。我国在稻麦病毒病间歇性暴发流行机制、双生病毒的高效传播与致灾机理、小麦赤霉病的流行机制、昆虫迁飞与灾变机制等方面产生了一批高水平成果，为农业植物病虫害流行的绿色治理技术提供了重要的理论支撑。未来，有害生物成灾与流行机制研究需要进一步瞄准前沿重大科学问题，发展农业病虫害预警与生态调控的新方法，支撑我国农业病虫害绿色防控。

4   原创性分子靶标与绿色农药分子设计绿色农药的核心产品和技术受制于人。发现原创性农药分子及其靶标，并基于靶标开展绿色农药分子合理设计，是破解绿色农药创制“卡脖子”难题的关键。我国在植物免疫诱抗剂的研发、农药分子设计方法研究等方面产生了一批高水平的成果。未来，原创性分子靶标与绿色农药分子设计研究需要进一步瞄准前沿重大科学问题与实际需求，实现绿色农药创制的新突破。

　　过去，由于农药的过度和长期不合理使用，影响了我国农产品的质量安全和农业生态环境。因此，要实现生态农业的高质量绿色发展，就必须大力发展绿色防控理论与技术，创制绿色防控新产品。绿色防控将成为助力质量兴农、绿色兴农的重要方式，也是未来我国农业绿色发展的必由之路。

综述

农业病虫害绿色防控基础的前沿科学问题

王桂荣¹ 王源超² 杨光富³ 王燕²  周雪平^1*

1. 中国农业科学院 植物保护研究所/植物病虫害生物学国家重点实验室，北京

2. 南京农业大学 植物保护学院，南京

3. 华中师范大学 农药与化学生物学教育部重点实验室，武汉

周雪平  中国农业科学院植物保护研究所所长，植物病虫害生物学国家重点实验室主任。长期从事植物病毒病害研究，在Trends in Plant Science等杂志发表论文300余篇，获国家自然科学奖二等奖、国家科学技术进步奖二等奖。担任国际植物保护科学协会执委、国际植物病理学会理事和Annual Review of Phytopathology等多个杂志编委。

王桂荣  中国农业科学院植物保护研究所研究员、博士生导师。担任植物病虫害生物学国家重点实验室副主任、亚太国际化学生态学会主席等职。一直从事昆虫化学生态学和功能基因组学的研究工作。先后主持国家自然科学基金重点项目、杰出青年基金以及国际合作项目等。在PNAS、Current Biology、Biological Reviews等杂志上发表研究论文100多篇、获得国家发明专利6项。

摘  要

本文总结了我国植物保护学科研究及产业发展所面临的国家重大需求，回顾了近年来植物保护学领域在植物免疫调控、植物—害虫—天敌三营养级协同进化、绿色农药创制等方面取得的主要进展和成就，凝练了该领域未来5~10年的重大关键科学问题，并探讨了该领域的前沿研究方向和科学基金资助战略。

关键词：植物保护学；绿色防控；多学科交叉；基础研究；科学前沿

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植物免疫与抗病性

植物抗病性与病害绿色防控:主要科学问题及未来研究方向

王晓杰 甘鹏飞 汤春蕾 康振生*

西北农林科技大学 植物保护学院/旱区作物逆境生物学国家重点实验室，杨凌

康振生  西北农林科技大学植保学院教授、博士生导师，中国工程院院士，旱区作物逆境生物学国家重点实验室主任。1982年和1990年分别获西北农业大学学士和博士学位。研究方向为小麦条锈病病害流行、致病机理、抗病性和综合防控。

王晓杰  西北农林科技大学教授、博士生导师，旱区作物逆境生物学国家重点实验室副主任，国家小麦产业技术体系锈病防控岗位科学家。兼任中国植物病理学会和植保学会青年工作委员会副主任、中国植物病理学会植物与病原物互作专业委员会委员等。主要从事小麦条锈病可持续控制的基础与应用基础研究。在Nature Communications、New Phytologist、The Plant Journal等发表论文60余篇。先后获中国青年科技奖、“万人计划”科技创新领军人才、青年长江学者、青年拔尖人才、国家自然科学基金优秀青年科学基金项目等。

摘  要

粮食安全始终是关系我国国民经济发展、社会稳定和国家自立的全局性重大战略问题，而病害一直是作物优质高产的重要制约因素。全球气候和耕作制度变化，导致病害的发生规律发生新变化，危害趋势愈来愈重。通过抗病育种提高农作物对病原物的抗性是实施病害的绿色防控的重要策略。但培育广谱持久抗性的作物品种具有挑战性，一方面需要不断挖掘新的抗病资源、深入研究抗病机理；另一方面需要突破单要素思维，系统认知病原物—寄主—环境三者之间的关系，剖析病害发生发展过程中复杂的分子互作机制。利用基因编辑、标记辅助基因聚合等新技术，将新成果应用于新品种的设计选育和抗病品种的合理布局，结合病害预测预报、生态调控、农业措施等实现病害有效防控，达到病害绿色防控的目的。

关键词：作物病害；抗病资源；抗病机理；抗病基因布局；绿色防控

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作物疫病菌致病机制研究进展与面临的挑战

王燕 王晓莉 王源超*

南京农业大学 植物保护学院，南京

王源超  南京农业大学植病系教授，长江学者特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者，入选中组部“万人计划”。现为国家大豆产业技术岗位科学家、国际卵菌分子遗传委员会执委、中国植病学会卵菌专业委员会主任。长期开展大豆病害成灾机理与控制技术研究，主持国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目20余项，以通讯作者在Science、Plant Cell等期刊发表论文150余篇，获授权专利十余项、省部级以上科技奖励6项。

王 燕  2014年于荷兰瓦赫宁根大学植物病理系获得博士学位，2015年加入南京农业大学作物疫病团队，从事植物对疫病菌先天免疫机制的研究。主持国家自然科学基金青年项目和面上项目各一项，江苏省杰出青年基金一项。以第一作者在NatureCommunications、Annual Review of Microbiology等期刊发表论文10余篇。

摘  要

疫霉菌引起的植物疫病是农业生产上的毁灭性病害，其在田间具有发病快、危害重的特点，防控非常困难。本文梳理了近些年来疫霉菌与植物互作方面的研究进展，指出了疫霉菌分泌的效应子在激活植物免疫与攻击植物免疫中发挥的关键作用，建议今后研究应结合我们丰富的病原菌遗传变异材料和物种资源，围绕植物先天免疫系统识别疫霉菌的分子机制及疫霉菌与多种生物和非生物因子互作机制等方面展开。

关键词：作物疫病；致病机制；效应子；免疫识别

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作物广谱抗病研究现状与关键科学问题

朱孝波¹  李伟滔¹  贺闽¹ 王静¹ 于振良²  陈学伟^1*

1. 四川农业大学 水稻研究所/西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室（筹）， 成都

2. 国家自然科学基金委员会 生命科学部， 北京

陈学伟  四川农业大学教授，西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室（筹）主任，国家杰出青年科学基金获得者，教育部长江学者特聘教授，国家万人计划领军人才，获2019年首届科学探索奖。长期从事水稻广谱抗病研究与利用工作，部分成果获得2017年中国生命科学十大进展，2017年中国农业科学重大研究进展和2018年中国农业科学重大研究进展。

朱孝波  四川农业大学讲师，硕士生导师。2016年6月在四川农业大学获农学博士学位，2016年7月至2018年3月从事博士后研究。长期围绕水稻免疫与细胞死亡调控机理开展工作，揭示了多囊泡体运输途径等对水稻广谱抗病性的调控作用。

摘  要

培育抗病品种是应对作物病害威胁最经济有效的方法，广谱抗病资源发掘、抗病基因鉴定和抗病理论解析等是培育作物广谱抗病品种的基础。二十多年来，植物免疫反应及抗病研究取得了系列重大进展，主要粮食作物广谱抗病研究也取得了显著成效，包括克隆了系列广谱抗病基因并揭示了部分基因的抗病机理。本文对作物广谱抗病领域的主要研究进展进行了回顾与综述，提出了该领域亟需解决的关键科学问题，对作物广谱抗病研究面临的机遇与挑战进行了分析，同时对作物广谱抗病研究的发展进行了展望。

关键词：作物广谱抗病；分子机理；研究现状；科学问题；发展方向

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稻瘟病菌与水稻互作早期侵染机制研究进展

刘昕宇 刘木星 尹梓屹 张海峰 张正光*

南京农业大学 植物保护学院，南京

张正光  南京农业大学植物保护学院教授，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者。主要从事稻瘟病成灾机制与控制研究；转基因作物环境安全评价等研究。先后承担国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金中德合作项目、国家自然科学基金面上项目及农业农村部转基因重大专项等多个课题，迄今已在国内外期刊发表学术论文逾百篇。

刘昕宇  南京农业大学植物保护学院博士后，主要从事稻瘟病菌致病机制研究。现主要承担国家自然科学基金面上项目、江苏省自然科学基金青年基金及中国博士后科学基金面上项目等课题。近5年以第一作者发表论文4篇。

摘  要

水稻是世界上重要的粮食作物之一，是全球30亿以上人口的主粮。由于各种病虫的危害，全球水稻生产和粮食安全受到严重威胁，其中由稻瘟病菌引起的稻瘟病是对水稻最具毁灭性的病害。抗病品种的种植与化学农药的使用能有效地控制稻瘟病的发生。但是，田间稻瘟病菌菌株适应性强、变异快，导致抗病品种连续种植后易失去抗性；同时，病菌抗药性的产生致使化学农药的控制效果降低。因此，从分子水平揭示病菌的致病机制及其与水稻的互作机制可望为研发高效低毒农药提供候选靶标，同时为抗病育种提供新的策略。本文总结了稻瘟病菌在侵染水稻过程中识别并内化水稻表面信号，通过胞内级联途径传递信号，进而分化产生侵染必需的附着胞的机制，同时介绍了该病菌分泌效应分子抑制水稻细胞的防卫反应，促进病菌侵染等方面的研究进展，并对未来有待进一步深入研究的方向进行了思考与展望。

关键词：稻瘟病菌；附着胞；效应分子；致病机制；田间变异

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NLR免疫受体介导的作物抗病机制：发展现状、机遇与挑战

陶小荣* 朱敏

南京农业大学 植物保护学院/作物免疫学重点实验室，南京

陶小荣  南京农业大学植保学院教授、博士生导师。主要从事植物病毒学和植物抗病机制研究。1999年和2004年分别获浙江大学学士和博士学位，2010年回国后到南京农业大学植保学院任教至今。先后主持国家自然科学基金重点项目和杰出青年科学基金等项目。在PNAS、Plant Cell、PLoS Pathogens等共发表学术论文65篇，研究成果获国家自然科学奖二等奖（2014，第3完成人）、国家科技进步奖二等奖（2016，第9完成人）。

摘  要

利用抗病基因进行抗病育种是防控作物病害最为有效的手段之一，其中最有利用价值且应用最广的一类是被称为NLR免疫受体的抗病基因，该类基因是植物免疫系统中最大的一类抗病基因。NLR受体通过识别各种病原物效应蛋白激活寄主对病原物的抗性反应。虽然距离NLR抗病基因被克隆已经将近26年，但是学界对于NLR受体在识别病原菌入侵以及如何启动抗病反应等问题还知之甚少。当前NLR抗病领域研究最为活跃的科学问题包括NLR受体识别效应蛋白、受体多聚体化在抗病中发挥的作用、受体的亚细胞定位、受体如何激活下游抗性反应等等，本文综述了NLR免疫受体介导抗病机制的最新研究进展和发展现状，并探讨了未来5~10年该领域最具研究价值的科学问题，以及我国科学家面临的机遇和挑战。

关键词：NLR免疫受体；抗病分子机制；病原识别；抗病反应；抗病基因的改良与利用

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植物多病害抗病性研究现状与展望

王文明* 赵经昊 樊晶 李燕 黄衍焱 张继伟

四川农业大学 水稻研究所，成都

王文明 四川农业大学水稻研究所教授，博士生导师。1997年在四川农业大学获博士学位。2000年在中国科学院遗传研究所博士后出站后留学美国。2011年回国就任现职。研究方向：稻瘟病、稻曲病、广谱抗病机理。

摘  要

植物不断地接触各种微生物，其中部分微生物成为病原菌导致病害。病害在作物生产过程中导致的产量损失通常为10%~30%，严重时会导致毫无收成。控制作物病害最好的方法是利用抗病品种。对植物抗病机理的认识，有利于抗病品种的创新和合理布局。事实上，植物的抗病性依赖于其两个层次的先天免疫系统的及时激活。其中模式分子激发的免疫（PTI）可保护植物免于绝大部分潜在病原微生物的侵害，而效应子激发的免疫（ETI）则保护植物免于特定病原微生物中特定小种的侵害。由于一种植物常常受多种病原微生物的侵害，因此多病害抗病性显得尤为重要，如小麦中的Lr34和Lr67，抗白粉病、叶锈病和杆锈病，广泛用于抗病育种；又如拟南芥的RPW8，通过增强基础免疫介导抗多种病害。此外，免疫反应的调控基因常常具有多病害抗病特性。然而，我们对多病害抗病性的认识非常有限。因此，发掘新的多病害抗性基因、解析多病害抗病机理及其与生长发育之间的平衡机制意义重大。本文概述了多病害抗病性的研究进展、存在问题和可能的发展方向，以期抛转引玉，促进植物抗病分子机理的研究。

关键词：先天免疫；病原微生物；多病害抗病性；分子模式；效应子

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来源中国科学基金

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