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                    客觀日本

                    實現零蟲害農業,通過基因分析培育理想的“天敵”

                    2021年05月06日 農林牧漁

                    利用害蟲的“天敵”來保護農作物——京都大學的日本典秀(Hinomoto Norihide)教授正致力于“零蟲害”農業。2050年全球的糧食需求將增加,所以需要提高產量。與此同時還必須考慮環境問題,開墾新田和使用農藥都存在極限,所以在現有狀態下,減少蟲害有助于增加產量。

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                    害蟲薊馬(右)及其天敵南方小黑花椿象。對天敵進行遺傳分析,能更有效地用于驅除害蟲(圖片由京都大學的日本典秀教授提供)

                    體形細長的小昆蟲“薊馬”是茄子、黃瓜和番茄等多種農作物的害蟲。薊馬吸食農作物葉片的汁液后,會導致葉綠素減少,無法進行光合作用,最后枯萎死亡。另外,病毒感染也可能會通過昆蟲傳播,導致農作物生病。

                    為驅除薊馬,日本典秀教授著眼于薊馬的天敵“南方小黑花椿象(Orius strigicollis Poppius)”。日本典秀教授并不是單純地增加這種昆蟲的數量,作為“生物農藥”投放到農田中,而是分析天敵攜帶的基因信息,通過控制昆蟲的行為和性質來提高驅除薊馬的效果?!按饲皫缀鯖]有調查過天敵昆蟲的遺傳信息”(日本典秀教授)。

                    這樣有望增加攜帶理想基因的昆蟲的后代數量,或者利用高效的基因修飾技術“基因組編輯”來培養害蟲的理想天敵。如果能對天敵進行改良,讓其食用很少的食物就可以長時間存活,或者削弱其飛行能力,就更容易驅除害蟲。

                    目前雖然有一些利用天敵控制害蟲的實際例子,但因操作困難和成本問題,尚未廣泛普及。即使只在農場里放養它們也存在問題,如果沒有害蟲可以吃,這些昆蟲就會死亡。反之,如果害蟲太多,又無法全部消滅,農作物已經遭到蟲害后再投放也無望取得效果等,存在很多問題。

                    旨在實現不依賴農藥的農業的歷史與未來

                    1981年

                    微生物的制劑在日本作為農藥注冊

                    1995年

                    天敵昆蟲的制劑在日本作為農藥注冊

                    2000年前后

                    用紫外線照射葉片防治蟲害的方法實現實用化

                    2014年

                    發現用LED向害蟲照射藍光可以除蟲

                    2030年

                    利用理想天敵的方法在塑料大棚等設施型農業中實現實用化

                    2040年

                    在戶外農場也實現實用化

                    2050年

                    通過利用天敵和光防治蟲害,實現零蟲害農業

                    農林水產省預測,隨著人口增長和經濟發展,2050年全球的糧食需求將達到2010年的1.7倍。另一方面,有觀點指出,全球整體的農作物產量將因病蟲害和雜草而減少約40%。很多農作物都將因為無法健康生長而被浪費。

                    即使利用農藥來抑制蟲害等,也存在害蟲在短期內通過世代交替大量繁殖,對農藥產生抗性,從而導致藥效減弱的情況。日本典秀教授表示:“開發新農藥和害蟲產生抗藥性的情況一直會反復交替出現,因此對農藥的依賴也是有限度的?!?。

                    利用天敵預防蟲害的方法的優點是,捕食和被捕食的關系不會輕易改變。也不容易產生抗性。而且無需使用農藥,預計環境負擔也比較小。

                    日本典秀教授等人開展的旨在實現零蟲害的研究被入選為內閣府推進的“登月型研發制度”,計劃2050年實現。首先將于2030年前后在塑料大棚等設施中實現實用化。2040年計劃測試是否可以利用相同的方法在戶外減少蟲害。

                    用光照鎖定除蟲

                    日本典秀教授還在開發利用基于人工智能(AI)的圖像識別尋找害蟲,然后通過精準照射激光來進行物理除蟲的技術。日本典秀教授表示:“從理論上來說,結合目前的技術即可實現。但需要降低成本,以便于農戶導入”。

                    椿象等體型相對較大(數厘米)的昆蟲幾乎沒有天敵昆蟲,由于益蟲和害蟲同時存在,也不適合使用農藥全部消滅。將光照除蟲與投放天敵驅蟲的方法相結合使用,應該可以更有效地抑制蟲害。

                    利用通過光吸引和驅除害蟲等的光驅蟲法已經使用了很長時間,但許多詳細的機制仍然處于未知狀態。因此調查昆蟲對光的反應的相關研究還在進行中。

                    到目前為止,東北大學的堀雅敏副教授等人于2014年發現,向昆蟲照射發光二極管(LED)的藍光會致其死亡。另外還闡明了,有效的光波長因昆蟲的種類而異。研究發現,栽培草莓的過程中,通過在夜間照射一定時間的紫外線(UV),可以預防病害及驅除害蟲,現已實用化。

                    日文:張耀宇、《日經產業新聞》,2021/04/16
                    中文:JST客觀日本編輯部