RNAi技术在马铃薯害虫防控中的应用和风险

害虫对农作物的危害严重威胁全球粮食安全,为满足日益增长的全球粮食需求,迫切需要安全有效的害虫绿色防控技术。RNAi技术(RNA interference)又叫RNA干扰技术,是一种转录后调控基因沉默的分子生物学技术,其原理是基于由19-25对核苷酸组成的小分子双链RNA与目标靶基因mRNA结合并引发mRNA降解,从而导致靶基因沉默。目前RNAi技术已被广泛应用于农作物害虫治理,在针对马铃薯靶标害虫方面,主要研究集中在防控鞘翅目、半翅目、鳞翅目害虫。2023年12月22日,世界上首款RNAi生物农药正式批准商业化,用于防控抗药性日益严重、国际公认的马铃薯重要毁灭性检疫害虫马铃薯甲虫,是世界上首款被允许在农作物上商业使用的可喷洒RNA生物农药,对马铃薯害虫的绿色防控具有划时代的里程碑意义。基于RNAi技术的产品被用于农业害虫防控的同时,仍需考虑其抗药性、脱靶效应和对环境安全的潜在风险。本文以RNAi技术在马铃薯害虫防控应用的可行性、RNAi技术在马铃薯害虫防控中的应用以及潜在的风险等方面进行了综述,以期阐述RNAi技术在马铃薯害虫防控中的应用现状与前景,为RNAi技术纳入防控马铃薯害虫综合治理体系提供理论参考。

害虫遗传控制技术的研究与应用

媒介昆虫可传播寄生虫和病毒,如疟原虫、寨卡病毒和登革热病毒等,每年在全球范围内造成重大的经济损失与人员伤亡。农业害虫则每年造成农作物产量的重大损失,严重威胁着全球粮食安全。然而,目前基于化学防治等手段已不足以完全控制害虫的发生与危害。同时,使用化学农药会导致抗性产生,造成环境污染和农药残留等。因此,生产上亟需开发新型害虫控制策略。近年来,随着基因组测序技术和基因编辑技术的发展,针对目标害虫种群及其特定靶标基因的遗传控制技术迅速发展。相比传统的有害生物防控手段如化学防治等,害虫遗传控制策略具有物种特异性、环境友好和防控高效等优势。本文主要综述了研究较为广泛的几种害虫遗传控制技术,包括昆虫不育技术(sterile insect technique, SIT)、昆虫显性致死释放(release of insects carrying a dominant lethal, RIDL)技术以及基因驱动(gene drive, GD)技术等的研究现状与应用案例。最后,我们对害虫遗传控制技术研究及其在农业害虫防治中的应用做出了几点展望:(1)建立稳定高效的遗传操作体系;(2)鉴定生殖细胞或其他组织中高效的启动子,以提高基因编辑或基因转化的效率;(3)解析害虫性别决定通路和挖掘参与害虫生殖发育的关键基因。

诱捕器在储粮害虫治理中的应用现状及展望

在储粮害虫防治中,由于长期、不合理地使用磷化氢和防护剂,导致害虫抗药性的产生。因此,需要开发绿色高效的防治替代方法。将信息素、食物引诱剂和灯光与诱捕器结合诱捕害虫,可实现害虫的大量诱杀和在线监测,在储粮害虫治理中具有很好的应用前景。进一步提高诱捕器的诱捕效率,以及建立诱捕器监测结果与害虫种群发生动态的联系是推广诱捕器应用的技术关键。通过分析诱捕器在储粮害虫治理中应用时存在的问题,提出解决途径,并指出未来研究的方向,以期为诱捕器的开发和应用推广提供参考。

基于形色筛选的苹果园羽化害虫粘连图像分割方法

针对苹果园害虫识别过程中的粘连问题,提出了一种基于形色筛选的害虫粘连图像分割方法。首先,采集苹果园害虫图像,聚焦于羽化害虫。害虫在羽化过程中已完成大部分生长发育,其外部形态、颜色、纹理更为稳定显著。因此,基于不同种类害虫的形色特征信息分析,来获取害虫HSV分割阈值和模板轮廓。其次,利用形状因子判定分割粘连区域,通过颜色分割法和轮廓定位分割法来实现非种间与种间粘连害虫的分割。最后,对采集的苹果园害虫图像进行了试验分析,采用基于形色筛选的分割法对单个害虫进行分割,结果表明,本文方法的平均分割率、平均分割错误率和平均分割有效率分别为101%、3.14%和96.86%,分割效果优于传统图像分割方法。此外,通过预定义的颜色阈值,本文方法实现了棉铃虫、桃蛀螟与玉米螟的精准分类,平均分类准确率分别为97.77%、96.75%与96.83%。同时,以Mask R-CNN模型作为识别模型,平均识别精度作为评价指标,分别对已用本文方法和未用本文方法分割的害虫图像进行识别试验。结果表明,已用本文方法分割的棉铃虫、桃蛀螟和玉米螟害虫图像平均识别精度分别为96.55%、94.80%与95.51%,平均识别精度分别提高16.42、16.59、16.46个百分点。这表明该方法可为果园害虫精准识别提供理论和方法基础。

澳洲坚果新害虫——脊胸露尾甲生物学习性观察

在云南省西双版纳澳洲坚果种植区发现为害澳洲坚果的新害虫——脊胸露尾甲,为准确掌握其生物学习性,在室内以澳洲坚果果仁为食料饲养该虫,观察各虫态形态、成虫交配习性、产卵习性,测定卵孵化率及各虫态存活率。结果表明,脊胸露尾甲发育经历卵、幼虫、蛹、成虫4个虫态,其中幼虫分为3个龄期,随着龄期增长,幼虫体长、体宽和头壳宽度逐渐增加。成虫羽化后不会立即交配,交配前期(4.65±0.04)d,交配时长不等,初次交配时长(13.78±0.29)min,雄成虫存在争夺交配权行为。雌成虫产卵前期(8.65±0.03)d,初次产卵量(1.94±0.06)粒,一天中15:00—18:00产卵量/h最高;雌成虫对产卵位置具有选择性,背光面着卵率极显著高于向光面。卵孵化率随着相对湿度增加而不断提高。常规饲养条件下,卵、1龄幼虫、2龄幼虫、3龄幼虫、蛹的存活率分别为(86.50±0.69)%、(83.31±2.99)%、(94.85±0.71)%、(97.09±1.46)%、(98.77±1.23)%。

环境友好型害虫诱捕器对茶园主要刺吸式害虫的诱捕效果

利用自制环境友好型简易害虫诱捕器,研究不同颜色组合粘虫板对皖南茶园主要刺吸式害虫的诱捕效果及其环境安全性。结果表明,5种颜色组合以金黄-橘红色和金黄-正红色对茶园刺吸式害虫的诱捕效果相对较好,其诱集数量分别为105.6头/盏和102.4头/盏。以金黄-橘红色、土黄-正红色和橙黄-正红色对益虫的诱集数量较小,分别为16.2、19.4、17.4头/盏,诱集益害比分别为0.15、0.20和0.18,且金黄-橘红色组合粘虫板诱捕的昆虫多样性指数最低(1.767),对茶园生态环境较为友好。利用金黄-橘红色和金黄色粘虫板按495盏/hm~2连续诱捕105 d,对茶园小绿叶蝉的防治效果分别为57.14%和42.86%。

水稻害虫:研究进展与展望

水稻是我国主要的粮食作物,病虫害的发生直接威胁水稻生产安全。水稻害虫种类多,灾变机制复杂,绿色防控新技术开发难度大。深入研究水稻害虫的监测和早期预警技术、发育与生殖调控机制、化学通信机制和新型防控技术等,不仅有助于阐明水稻害虫发生灾变机制,还将为害虫综合治理提供新的有效的防控靶点和防控技术。近年来,我国学者在水稻害虫研究领域取得显著进展,在多个研究方向取得重要成果,本专辑汇集了一些最新研究进展。本文概述了目前关于水稻害虫研究的最新进展,介绍了本专辑论文的主要研究内容,并提出了如下值得更深入关注的3个研究方向:(1)水稻害虫智能化监测和早期预警;(2)水稻害虫灾变机制及演变规律;(3)水稻害虫绿色防控靶点挖掘及可持续防控体系构建和应用。

新入侵害虫葡萄花翅小卷蛾的生物学特性

【目的】掌握新入侵我国的进境植物检疫性害虫葡萄花翅小卷蛾在吐鲁番市的生物学特性及种群周年发生规律,为其综合防治提供理论依据。【方法】在田间以性引诱剂定点监测、野外网室笼罩饲养以及室内人工饲养相结合的方法,观察葡萄花翅小卷蛾生活习性及其种群发生规律。【结果】该虫在我国新疆吐鲁番市1 a发生5代,以蛹在葡萄藤皮下越冬。越冬蛹翌年3月底—4月初(葡萄开墩)开始羽化,4月上旬为羽化高峰期(清明节前后),中旬为羽化末期。越冬代成虫将卵产于花芽上,4月中旬第1代幼虫开始孵化;第1代成虫于5月中旬开始羽化,5月下旬羽化结束;第2代成虫于6月下旬开始出现,7月上旬为羽化高峰期;第3代成虫于7月底开始羽化,8月上旬为羽化高峰期;第4代成虫于8月底开始羽化,9月上旬为羽化高峰期;越冬代幼虫10月上旬开始化蛹越冬,大部分幼虫更趋向于在老树的藤皮下化蛹。成虫的飞行、取食、交配、产卵等行为多发生在黄昏。越冬代成虫将卵产于葡萄花序萼片以及花蕾上;第1~3代成虫将卵产于葡萄果实表面,第4代成虫将卵产于葡萄二次开的花絮上,卵单产,单雌产卵量为20~40粒左右。第1代幼虫取食葡萄花絮,第2~4代幼虫危害葡萄果实,并有自相残杀的习性,糖醋液(红糖∶醋∶酒∶水=6∶3∶1∶10)对成虫有一定的诱杀效果。【结论】该虫在吐鲁番1 a发生5代,各世代划分明显,越冬代发生数量最大,无世代重叠现象,随温度升高各世代和虫态的发育历期缩短,幼虫在葡萄整个生长季节均造成危害,第3、4代幼虫危害成熟果实,引起果实大量腐烂并造成严重经济损失。

云南曲靖烤烟地下害虫绿色防控技术研究

在云南曲靖烤烟种植区开展地下害虫种群调查,明确为害烤烟的地下害虫主要为小地老虎、细胸金针虫、蛴螬和蝼蛄,其主要分布在30 cm耕作层土壤中.利用本土虫生真菌资源金龟子绿僵菌菌株,创制了生防制剂——10亿孢子/g金龟子绿僵菌颗粒剂.在烤烟地起垄打塘时,撒施金龟子绿僵菌颗粒剂37.5~75.0 kg/hm^(2)对小地老虎和细胸金针虫等主要为害云南烤烟的地下害虫进行防治试验.结果发现,施药量为37.5 kg/hm^(2)和75.0 kg/hm^(2)的5 d后防效分别为83.65%和80.00%,而施药后40 d防效均保持在74.48%.金龟子绿僵菌颗粒剂在前期即对地下害虫起到良好的控制效果,与常规药剂处理防效相当,且绿僵菌制剂对烟苗生长无不良影响,具有促进烟苗生长的作用.

5种药剂对甘薯地下害虫的防治效果研究

为了筛选出适合防治地下害虫的杀虫剂,以甘薯普薯32为试材,在河南郑州和洛阳地下害虫发生严重的地块,研究5种药剂对地下害虫的防治效果。结果表明:0.5%噻虫胺(颗粒)90 kg/hm^(2)和金龟子绿僵菌2亿/g(颗粒)90 kg/hm^(2),防治效果较好,防治效果最高分别是82.77%和79.48%,商品率最高分别为92.51%和91.06%,平均产量比对照增产最高分别是10.49%和9.57%。噻虫胺和金龟子绿僵菌分别代表化学药剂和生物药剂在甘薯地下害虫防治上表现较好。

基于改进型YOLOX的储粮害虫识别技术研究

为平衡储粮害虫图像检测中的速度与精度以获得二者最优结合的目标检测模型,提出并实现了一种基于改进YOLOX网络模型的储粮害虫检测方法。通过引入一种新的GSConv替换标准卷积以减少计算量,结合引入的Res-CBAM注意力机制,提升模型的特征提取能力;引入SiLU激活函数提升模型训练效率;引入双向特征金字塔网络(BiFPN)改善特征融合效果;改进损失函数提高目标框回归稳定性;使用非极大值抑制解决冗余框过剩的问题。试验结果表明:改进后的YOLOX模型计算量减少了31%;检测速度提高了18%,最高可达60 FPS;检测精度提高了6.14百分点,最高可达97.05%。改进的YOLOX模型结合了一阶段算法和二阶段算法的优点,在储粮害虫的智能识别中取得了明显的效果。

基于YOLO v5的水稻害虫分类

针对水稻害虫识别过程中存在的检测难度大、模型精度低、计算量大等问题,以稻纵卷叶螟等14类水稻害虫为研究对象,改进了YOLO v5检测算法,引入高效通道注意力机制(efficient channel attention, ECA)与EIoU(efficient-IoU)损失函数,并结合Ghost卷积,提出了一种基于改进的YOLO v5水稻害虫识别方法:(1)通过引入ECA注意力机制实现对水稻害虫识别过程中重要信息的处理,采用跨通道信息交互,保证模型性能和降低复杂度;(2)引入EIoU损失函数代替CIoU(complete-IoU)损失函数,从而降低原有CIoU损失函数存在的回归精度问题;(3)利用Ghost卷积替换CBS模块及C3模块中的标准卷积,实现模型轻量化处理。结果表明,改进后的模型较原始YOLO v5模型精度略微提升,参数量减少,模型体积降低至7.38 MB,较原模型减少了46%,与YOLO v7、Faster-RCNN模型相比,mAP比YOLO v7高1.49百分点,比Faster-RCNN高12.89百分点,且本研究模型体积最小,检测速度满足实时性要求,使水稻害虫检测识别能够更加高效地完成,为水稻害虫检测提供了一种更优的方法,对于防治水稻害虫有重要意义。

宁陵县酥梨节肢动物多样性及主要害虫发生规律研究

【目的】为酥梨害虫的科学防治提供依据。【方法】选取盛果期代表性梨园,分别对梨园内的害虫及其天敌种群、数量进行调查,对主要害虫及天敌在酥梨不同生长季节的发生动态进行分析。【结果】通过网捕、灯诱、性诱、黄板引诱等方法调查宁陵县酥梨梨园内生物种群多样性,结果表明害虫种群共分为8目31种,天敌有8目27种,梨园内生物多样性丰富;应用相对丰富度、优势集中指数、多样性指数、均匀度指数、丰富度指数分析生物多样性状况,结果表明害虫优势种群为梨二叉蚜、梨小食心虫和梨木虱;分析了梨小食心虫和梨木虱的种群发生动态。【结论】实践中应在传统病虫害防治的基础上,充分挖掘天敌对害虫的控制潜能,合理地保护和利用自然天敌。

基于YOLO的水稻常见害虫识别方法——以YOLO-BiCa为例

针对害虫体积小、种类繁多,且农田环境复杂等识别难题,提出一种基于YOLOv5的水稻害虫识别改进模型——YOLO-BiCa。引入BiFormer优化骨干网络,增强小目标的特征提取能力,同时精简网络结构,降低模型复杂度;在检测头融入坐标注意力机制(Coordinate Attention,CA),其通过结合通道信息和位置信息,提高模型的特征表达能力和性能,同时保持了轻量级和灵活性;在自建的水稻害虫数据集上进行试验。结果表明:YOLO-BiCa的mAP、Precison、Recall分别为86.2%、86.4%、81.3%。较原YOLOv5算法提高了4.5%、11.5%、2.5%。同时也比较了SSD、Faster RCNN等目前主流的目标检测算法,结果均有较大提升。YOLO-BiCa在提高检测精度的同时,模型参数量减少50%,有效实现了模型的轻量化与性能的平衡,为水稻害虫识别提供新的思路和方案。

基于ResNet的害虫图像质量评估方法

提出一种基于ResNet的害虫图像质量评估方法,从而对林业害虫图像进行预评估。该方法首先提取害虫图像特征,并通过Wasserstein距离计算不同图像特征间的相似分布距离作为质量伪标签进行训练。通过预评估区分出不同质量的林业害虫图像,对其进行筛选、识别、分类,从而达到提高识别准确率的效果。实验结果表明,经过该方法筛选后的林业害虫数据集在ResNet18和ResNet50网络上识别准确率分别提升2.97%,2.57%。

转录组学在储粮害虫研究中的进展

转录组测序技术能将组织或细胞在不同生理条件下的差异基因量化,是探索基因功能和揭示特定生物学过程中分子机理的必要手段。储粮害虫是严重危害储藏粮食的一类害虫,从转录组水平揭示储粮害虫生长发育、关键基因功能、抗药性分子机制等成为研究热点,促进了对储粮害虫特别是无参考基因组信息的害虫的研究。因此,本文从生长发育相关基因的挖掘、组织特异性基因、与微生物互作机制、对环境胁迫的响应机制、磷化氢抗性机理和植物精油杀虫机理等方面综述了转录组学在储粮害虫研究中的应用,旨在为储粮害虫的深入研究和储粮害虫防治技术的开发提供参考。

带药移栽对水稻害虫防控的减药增效作用分析

【目的】以新型、高效、持效期长的杀虫剂三氟苯嘧啶和四唑虫酰胺为例,探究带药移栽对水稻害虫的防控效果及农药减量增效的实践意义。【方法】通过室内模拟秧苗带药移栽分别测定了1.95,5.85和9.75 mg a.i./m^(2)三氟苯嘧啶处理对褐飞虱Nilaparvata lugens和白背飞虱Sogatella furcifera成虫或若虫的毒力和持效期,并在浙江杭州和湖南衡阳两地评估了早、中、晚稻秧苗高剂量带药移栽处理对二化螟Chilo suppressalis和稻飞虱的田间防效以及不同施药模式对稻田寄生蜂种群动态的影响。【结果】室内经5.85和9.75 mg a.i./m^(2)三氟苯嘧啶处理的秧苗在移栽后35 d时使褐飞虱雌成虫和3龄若虫均能保持75%以上的校正死亡率,且5.85 mg a.i./m^(2)剂量处理在移栽后28 d时使白背飞虱雌成虫的校正死亡率大于80%;使用12.75和25.50 mg a.i./m^(2)四唑虫酰胺处理秧苗在移栽后35 d时对早稻二化螟为害的校正防效均在85%以上。综合浙江杭州和湖南衡阳两地中、晚稻田间试验结果表明,应用5.85 mg a.i./m^(2)三氟苯嘧啶和25.50 mg a.i./m^(2)四唑虫酰胺进行秧苗“送嫁药”处理可减少1~2次大田用药和98%以上的农药有效成分用量,同时还保持着与常规喷施相当的防效,并使寄生蜂总种类和总数量分别提高了29.0%~49.7%和61.2%~69.3%。【结论】秧苗移栽前施用防效优良且持效期长的杀虫剂能减少水稻前期的施药次数和用量,产生较好的经济和生态效益。本研究为利用带药移栽技术推行水稻病虫害的绿色防控提供了重要参考。

基于捕食性天敌及害虫种群动态筛选功能植物的研究

新兴的生态调控技术是利用非作物植物进行天敌生境管理的重要措施。为筛选出适宜增效捕食性天敌的功能植物,进而提高天敌对农林生态系统害虫的控制能力,本文通过追踪调查15种功能植物与对照杂草区域内节肢动物群落时序动态,比较了捕食性天敌及植食性害虫的累积量、益害比以及优势天敌类群与主要害虫关联性、时序动态变化。结果显示,绿豆Vigna radiata、紫花苜蓿Medicago sativa、蓖麻Ricinus communis、芥蓝Brassica alboglabra、罗勒Ocimum basilicum、芝麻Sesamum indicum上捕食性天敌累积量、益害比高于其他植物,且与主要害虫的关联性和时序变化关系明确,有益于优势天敌中华通草蛉Chrysoperla sinica、异色瓢虫Harmonia axyridis等种群,可以作为捕食性天敌的生境管理功能植物。本研究为今后进一步更好的筛选出应用于田间保护性生物防治的植物提供基础以及新思路。

基于注意力机制与YOLOv5s的轻量化农作物害虫检测方法

为解决在自然环境中人工检测害虫精度低、速度慢的问题,提出了一种基于注意力机制与YOLOv5s的轻量化目标检测算法.首先,使用Ghost卷积替换YOLOv5s中的普通卷积,得到轻量化的主干特征提取网络.其次,在YOLOv5s中加入加权双向特征融合机制,从而实现高效的双向交叉连接和多尺度特征融合.最后,在主干网络中加入坐标注意力机制,从而增强网络模型对位置信息的关注.与原YOLOv5s算法相比,新算法在IP102农作物害虫检测数据集上的平均精度均值提升了2.1%,模型参数量和计算量分别减少了44.6%和44.3%,检测速度为64.8 FPs.实验结果表明,基于注意力机制与YOLOv5s的轻量化目标检测算法不仅提升了农作物害虫检测精度,而且显著降低了模型参数量和计算量,能够满足农作物害虫检测的应用需求.

江汉平原稻田主要害虫与天敌关系分析

【目的】本研究旨在调查分析江汉平原稻田节肢动物群落的物种组成以及主要害虫与天敌相互作用的关系,为制定水稻害虫绿色防控技术体系提供科学依据。【方法】2019-2020年通过吸虫器法和扫网法在水稻的分蘖期、孕穗期、齐穗期调查江汉平原监利市、潜江市、江陵县等市(县)28块稻田节肢动物物种种类与个体数量,采用主成分分析和灰色关联度分析法分析了各主成分对稻田节肢动物群落的影响以及主要害虫与天敌种群数量之间的关系。【结果】2019-2020年调查的江汉平原稻田节肢动物种类共169种,按照营养取食关系,将稻田节肢动物群落划分为4个亚群落,其中植食类6目33科57种,捕食类7目30科50种,寄生类2目15科44种,中性类5目16科18种。稻田节肢动物群落中对第1主成分贡献大的是白背飞虱Sogatella furcifera和黑尾叶蝉Nephotettix bipunctatus;对第2主成分贡献大的是淡翅小花蝽Orius tantillus和青翅蚁形隐翅虫Paederus fuscipes;对第3主成分贡献大的是稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis和灰飞虱Laodelphax striatellus。与主要害虫稻纵卷叶螟种群数量关联度大的前3位天敌依次为:草间钻头蛛Hylyphantes graminicola>拟环纹豹蛛Pardosa pseudoannulata>三突花蛛Misumenops tricuspidatus。与主要害虫白背飞虱种群数量关联度大的前3位天敌依次为:华丽肖蛸Tetragnatha nitens>黑肩绿盲蝽Cyrtorhinus lividipennis>拟环纹豹蛛。【结论】稻田节肢动物群落构成差异主要是由优势植食性昆虫和优势捕食性天敌数量决定的。捕食动物草间钻头蛛种群数量与稻纵卷叶螟种群数量追随关系最为密切,对稻纵卷叶螟具有一定控制作用,华丽肖蛸的种群数量与白背飞虱种群数量追随关系最为密切,对白背飞虱具有一定控制作用。