江苏省重点学科
——森林保护
◆学科简介
本学科在对江苏建设与社会发展已做的主要工作
1.对江苏重大林木及观赏植物病虫害松材线虫病、杨树病虫害、马尾松毛虫、日本松干蚧、松树枯梢病、竹螟和竹蝗等的发生流行规律及防治技术进行了大量的研究,对园林和重要经济植物樟树,银杏和板栗上的重要病虫害的治理进行了系统研究,取得多项研究成果。这些成果在江苏省树木及观赏植物病虫害的防治上得到了广泛地应用,为江苏林业发展、巩固绿化成果,保护城乡生态环境作出了重要贡献。取得了巨大的经济、社会和生态效益,年增产值达四千余万元。
2.为江苏各级林业、园林行政管理、教学科研及出入境检疫部门培养和输送了一大批从事树木及观赏植物保护的高级专业技术人才,其中博士15名,硕士18名,本科生近400名。同时还培训病虫害预测预报、检验检疫和综合治理技术人员100余人次。本学科已成为江苏森林保护高级人才培养和培训的主要基地。
3.为江苏城市园林及风景名胜区的古树名木保护,建筑物与竹木制品的白蚁等蛀食害虫的防治,仓储害虫的预防与治理等进行了大量的技术咨询和防治服务,取得了巨大的社会和生态效益。
◆学科发展方向
1.在林木与观赏植物重要有害生物控制机理和可持续控制新途径方面将有重大突破。如松材线虫病的致病机理,早期诊断、快速检测及控制技术方面取得关键性成果;在杨树暴发性病虫害,大面积无公害可持续控制新途径、新技术方面取得突破性进展。
2.通过生物工程转基因和分子克隆等技术、培育出2-3种适于在江苏生长的抗病、抗虫杨树优良新品种和抗松材线虫病的优良马尾松种源和家系。
3.研制成3-5种植物源无公害、低毒化、活性与安全性高的新农药、新剂型、新菌肥,3种现代化、智能型、高效率的新药械,并与企业联合进行中试后批量生产应用。
4.为江苏培养输送博士研究生25名、硕士研究生35名,大专以上专业人才300名;培训林木及观赏植物病虫害、预测预报、检验检疫和防治技术人员500人次。
5.把本学科所属的“南方林木与观赏植物病虫害检测中心”,建成国内一流、国际先进的病虫害检测机构。为我国南方尤其是江苏出入境检疫和重大病虫害治理提供技术支撑。
◆研究方向简介
树木及观赏植物病害流行与治理
本方向的主要内容
1.树木的抗病性选育:树木和观赏植物病害防治的根本途径在于提高林分和寄主植物的抗病性。培育抗病树种和品种已成为当今世界各国日益重视并不断取得突破的重要研究领域。本学科在树木抗病育种方面,先后承担国家重大攻关项目,成功地进行了湿地松抗松针褐斑病的选择培育,筛选获得了一批优良抗病无性系和抗病家系,建立了我国第一个林木抗病种子园,子代抗病性增益达30%以上。近期又从美国引进了高度抗病的湿地松和火炬松F2代家系,更加拓宽和提高了抗性的基础和抗病水平。本研究可望从根本上解决我国南方数省在发展国外松过程中所面临的严重病害问题。同时在我国松树病害的防治上也具有重要的理论指导意义。
2.寄主与病原物互作研究:研究病原物与寄主的互作关系是植物病理学理论研究的一个重要前沿。本学科在国内外首次研究发现松针褐斑病菌可产生两种致病毒素,并对这两种毒素进行了分离纯化,确定了它们的化学组成和分子结构是两种新的小分子有机化合物,对两种毒素的作用位点和信号传导过程进行了深入地分析。该研究在国内林木病害的研究上尚属首次,在国际林木病害的致病机理研究领域也是领先的。在松树抗性机制方面,发现松树机体内的松脂含量及萜烯类物质的组成与抗性关系密切,其对抗性选育有重要理论指导意义。
3.松材线虫伴生细菌研究:松材线虫病是我国第一大森林病害,本学科在对松材线虫的致病作用研究过程中发现伴生细菌在线虫的致病过程中具有重要作用。正确评价了伴生细菌的作用,对于研究病原物与寄主植物的相互关系,揭示线虫的致病机理具有积极意义。研究工作的进一步深入与突破将可能为松材线虫病的防治提出一条崭新而又更为科学的思路。
4.重大林木病害研究:松材线虫病、松树枯梢病、杨树溃疡病、杨树黑斑病、银杏叶斑病、毛竹基腐病、竹杆锈病等是我国南方及江苏省林木上的几种严重发生的病害,它们的流行危害对江苏森林和城镇绿化以及生态环境造成极大的威协。本学科针对这些重大难题先后承担国家攻关,国家重点、国家自然科学基金重点以及省部级重要课题,对这些病害的发生发展规律和防治技术进行系统研究,所取得的多项经济高效的防治技术成果在林业生产中加以应用,有效地上遏制住了这些病害的流行和危害。“十五”期间,本科学在对松材线虫病和杨树病害等的防治上有望取得重大的突破,为我国特别是江苏省的松材线虫病和杨树病害的防治提供重要的技术支撑。我国著名的树木病理学家李传道教授是本研究方向的主要创始人,本方向经过几代人近50年的研究积累,出了一大批成果,也培养了一大批博士、硕士、成为我国森林病理学事业的骨干,同时本学科也逐步成为我国树木病理学领域的一个重要研究和人才培养基地,其在树木抗病性培育、病原与寄主的互作关系以及重大树木及观赏植物病害研究等领域已形成了鲜明的特色与优势。江苏苏南地区流行的松材线虫病以及苏北大面积杨树上爆发的杨树病害的可持续控制都有赖于本方向研究工作取得重大突破。
树木及观赏植物害虫综合治理
本方向人员所做工作的主要内容
1.杨树害虫无公害和低毒化治理技术在对杨树害虫种群发生发展规律多年研究的基础上,针对江苏杨树人工林复合生态系统的特点,以及建立绿色食品基地的产业化要求,形成了一套行之有效地杨树食叶和蛀干害虫的无公害、低毒化治理技术。即以营林技术为基础,以灭幼脲,印楝素和触破式微胶囊剂等压制虫口密度;以赤眼蜂,Bt等生物防治巩固低密度。为江苏杨树产业的健康发展提供了有力的技术保证。
2.松墨天牛防治新方法的研究针对松墨天牛成虫补充营养时期传播松材线虫的习性。研制开发出松墨天牛取食引诱剂及林间应用技术。解决了人工引诱源与自然引诱源(松树)的竞争这一关键问题。在林间大面积应用取得明显效果。开辟了防治松墨天牛,治理松材线虫病的新途径。
3.昆虫毒理学研究发现并分离鉴定出灭幼脲结合蛋白,测定了该蛋白的理化性质和分子量。阐明了灭幼脲在昆虫体内和世代间的运输机制。证实了灭幼脲经成虫进入子代卵内的时期和机理。上述研究在国内外属于首次。为灭幼脲类杀虫剂的研制开发奠定了理论基础。并首次阐明了印楝类杀虫剂对天牛成虫的作用机理;证实了该类杀虫剂在激素代谢水平上的作用机制,为天牛种群大面积无公害治理提供了新的理论和方法。
4.林木与观赏植物上蚧类害虫研究长期以来对江苏主要林木、竹类、园林植物、果树及花卉、盆景等观赏植物上的蚧虫种类、分布、危害、发生规律和分类鉴定、防治技术等进行较为全面、系统地深入研究,搞清了江苏境内蚧虫的种类与分布、寄主及危害情况;对重要蚧虫的生物习性进行了观察研究,并制订出一套行之有效的蚧类害虫防治方针、策略和具体措施。为蚧类害虫的综合治理提供了理论依据和科学方法。
5.林木种实害虫综合治理研究自1998年起开展了对杉木种子园球果种实害虫的系统研究。查明为害杉木球果种实的主要害虫种类及其生物生态学特性。发表新种两个。深入研究了种实害虫种群变动规律及不同杉木无性系的抗虫特性,实施了以营林技术措施为基础,油烟剂防治为辅的综合治理技术,经大面积生产实践,使球果害虫率下降80%。经鉴定,此项成果已达国内领先水平,部分内容达到国际领先。研究成果先后获1997年度林业部科技进步三等奖,福建省1996年度科技进步三等奖。并被列为林业部科技成果推广项目。
林用农药及药械
本方向的主要内容
1.植物源农药的开发研究:以我国丰富天然资源为基础,创制生物源农药。从印楝,川楝等树种提取分离,研制的印楝制剂,对严重危害杨树的桑天牛,云斑白条天牛等林木害虫的生殖及子代繁育控制效果显著。从我国西北地区苦豆草、披针叶黄华等荒漠植物中提取出“双稠哌啶类生物碱”,通过对森林病原线虫毒性分子的研究,研制出用于防治松材线虫病的苦豆碱制剂,获得国家发明专利。这为寻求对环境相容性好,活性强、安全性高的先导化生物和仿生合成提供理论依据。
2.在传统高毒农药低毒化和无害化剂型改良与应用研究:从八十年代初期,就开展了对传统高效农药低毒化和无害化剂型的研制,曾研制成多种有机磷、拟除虫菊酯类及共混配的缓释型微胶囊剂。国家“九五”攻关项目,《控制杨树天牛的微胶囊剂的研制与应用研究》(子专题)。经囊皮材料筛选及加工工艺探索,研制成国内首创的“触破式微胶囊”新剂型。该剂型具有使用安全、经济、对天牛药效高和持效期长等多重优点。已申请国家发明专利(申请号98111601.9;公开号CN1256070A)。并与“红太阳集团”合作产业化生产。其产品《绿色威雷》,在我国“三北”防护林杨树的毁灭性害虫光肩星天牛、黄斑星天牛和松墨天牛(松材线虫病传播媒介),以及对星天牛、桑天牛、云斑天牛、松毛虫、杨尺蛾、金龟子、草履蚧等多种林木害虫防治中取得良好的防效。获江苏省科技进步三等奖,南京市科技进步二等奖,被国家林业局列为首推产品和国家科技部“星火计划项目”此外还在农药新溶剂、助剂等方面进行了研究,试制出微乳剂、水溶剂,膏剂,烟剂等多种剂型。可望在近期内,开发出2种以上植物源农药,用于松材线虫病的防治;研制出2种新剂型用于大面积杨树食叶害虫的防治,以及用无公害和低毒农药控制白蚁和卫生害虫中取得突破。
3.农药毒理学研究:研究农药在整个生态系统内的分布,转移、代谢、降解和积累、及其对生态系统的影响。通过对新型农药的生物活性测定,研究有害生物的抗性监测,抗性遗传。探索减轻和控制农药对环境污染的对策。
4.现代农药使用技术及装备的研究:自“八五”以来,先后完成了《烟雾载药技术研究》、《系列烟雾机研制开发》、《高射程园林喷雾车研究》、《高射程喷粉车研究》、《农药静电喷雾机研制》、《农药静电喷雾与设备开发》等国家和部省级课题,病虫害防治技术与装备的课题10多项。荣获国家科技进步三等奖1项,部省级科技进步奖多项。目前正在进行的《基于树木特征图像的农药实时精确对靶施用方法研究》(国家自然科学基金项目)、《基于目标的精确农药施用技术和智能喷雾设备研究》(青蓝工程项目)、《用于设施载培的小型脉冲式烟雾机的研制》(江苏“十五”攻关项目)及国际合作项目等。
通过研究,可望在以下方面取得突破:
①雾滴发生传输、漂移穿透和沉积机理;
②树干注射输液技术及设备研制开发;
③新型林用高射程、低漂移、强穿透的实用喷雾技术装备开发;
④新型智能喷雾技术和精确施药技术;
⑤设施载培病虫害高效,低污染防治技术设备研制。与国际上农林喷雾技术和环境保护研究步 伐一致。
森林昆虫化学生态
本方向的主要内容
1.有毒灌草防治荒漠化的理论与实践赵博光教授对我国荒漠植物的生物活性化学成分进行了20余年的研究后,在国际上首次提出“利用高新技术,大面积种植和综合利用荒漠有毒灌草防治荒漠化”的新途径。新华社于1998年4月17日以“西北荒漠有毒灌草具有重大开发价值”为题,在“国内动态情报”上发文报道赵博光教授的该项科研成果。此后立即得到国家科委和国家林业局领导的重视,并由国家林业局科技司专门发文指示加速其产业化过程。赵博光教授以荒漠植物提取物,研究成功国际上首例植物源天然化合物杀松材线虫剂一苦豆碱制剂,并于1998年通过国家林业局科技司的鉴定,获得国家发明专利。此项研究成果于1999年被国家自然科学基金委员会评为“庆祝中华人民共和国建国五十周年优秀应用推广成果”项目,同年又被国家林业局列为“林业科技成果推广”项目。赵博光教授以其科研成果与“内蒙金驼药业集团总公司有毒灌草资源开发利用产业化示范工程”。项目国家投资1.18亿元。目前该工程基建和设备安装正进行,预计2002年即将投产。该项目的成功实施将为我国西北沙漠化地区的生态建设提供新方法,同时也将为西北地区的经济建设和政治稳定作出贡献。
2.松材线虫病的致病分子机理及防治新途径研究该项目为2000年国家自然科学基金重点项目。提出松材线虫病是由松材线虫与其携带的伴生细菌复合侵染引起病害的新学说,这是松材线虫病研究上的一次飞跃。通过搞清松树、松墨天牛、松材线虫及其伴生菌间的化学生态关系,研究毒素的来源及其致萎能力和致萎机理,为防治松材线虫病的新途径奠定理论基础。对从根本上遏制我国松材线虫病的继续蔓延发挥重要作用。
3.利用生物间信息化合物创立控制有害生物的新方法通过“性息素加病毒诱芯技术防治森林害虫的原理”的研究,创立了利用昆虫性息素引诱雄虫,使它们携带昆虫多角体病毒,经与雌虫交尾传播病毒,该研究获1999年林业部科技进步三等奖。在此基础上又进行了“大袋蛾雄虫携带电荷的原理与规律”的研究,揭示了昆虫带电的普遍现象及带电机理,为昆虫行为控制奠定了理论基础和控制害虫种群的新方法。
4.有害生物的生态控制新技术的研究通过灭幼脲在天牛世代间传导机制的研究,搞清了灭幼脲控制子代害虫种群机制,为我国林木天牛类害虫的生态控制提供了理论依据和实践经验。本方向的特色是以研究我国森林中昆虫间,林木病原线虫、真菌与林木间化学信息传递机制,以及荒漠有毒灌草的毒素化合物对林木有害生物的生物活性研究为基础,寻找控制林木有害生物的途径,将在生物信息学理论及应用天然信息化合物方面取得突破。
森林微生物
目前本方向人员所做工作的主要内容
1、 豆科树种与根瘤菌共生体系的研究 根瘤菌与豆科植物共生固氮一直是生物固氮研究的重点,但豆科树种与根瘤菌共生体系的研究比较薄弱。本方向韩素芬教授等从1984年以来一直从事这方面工作。得到了国家自然科学基金4项和国家攻关项目1项资助。调查了我国固氮豆科树种的资源,收集了122个豆科树种根瘤菌菌株。对豆科树种根瘤菌的多样性、专一性、分类地位和固氮效率进行了研究。并在根瘤菌与刺槐根部的相互作用,细菌的侵入途径和机理等方面进行了研究。发现了根瘤形成过程中的传递细胞,并研究了传递细胞的诱发和功能,这些研究对根瘤共生体系的形成等提供了理论依据。在国内外核心刊物上发表学术论文28篇。另外,本方向在非豆科树种结瘤固氮的诱导,在豆科树种共生体系的协同进化等方面都进行了初步探索,找出了苏木亚科植物这一合适的研究对象,希望通过对苏木亚科植物共生体系的比较,根瘤菌和植物之间的互作等找出共生体系建立的因素。
2、 林木病原真菌分类及遗传多样性研究 由真菌引起的林木病害占侵染性病害的80%以上,病原真菌的分类和遗传多样性研究是病害防治的基础。本方向在此方面做了广泛而深入地研究,有着雄厚的实力。获得过国家自然科学基金等多项资助,取得了较多成果。本学科韩正敏教授收集了40多个杨树黑斑病菌菌株,从生理、生态和分子遗传方面研究了病菌种内的分化,把它们分成两个专化型,给杨树的抗病育种和病害的防治提供了基础。本学科吴小芹教授分析了来自不同地区和不同寄主的松枯梢病菌的致病力、营养体亲合性和RAPD标记,发现其遗传变异与地区来源有一定关系。同样在分子水平上还研究了松针褐斑病菌的中国菌株和美国菌株差异,研究了来自不同植物寄主上的炭疽病菌的特点,这些结果对植物病害的流行和防治,对植物病原真菌的分类等都有一定的指导意义。此外,本学科实验室还保存有真菌标本上万份,真菌形态永久玻片上万张和十几套真菌的幻灯片。这些都给以后的教学和科研提供了较好地基础。
3、 资源真菌和食用菌的开发利用 资源真菌和食用菌的开发利用在医药、保健和食品等方面占有重要的地位,这也是本方向新的生长点。本学科王钰等收集了几十个虫草菌株,初步探索了在实验室内培养虫草的方法,有望取得突破性的成果。对具有高度食用价值的食用菌——竹荪,进行了多方面研究。筛选了具有优良特性的竹荪菌株多个,探索了竹荪菌种保存,扩大培养和竹荪栽培技术,取得了可喜的结果。此外,在药用灵芝的培养,猴头菌的培养等方面也做了较多的工作。