杂草生物防治省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第十二章 杂草生物防治l基本概念l杂草生物防治发展历史l杂草生物防治理论基础l杂草生物防治方法l杂草生物防治程序l杂草生物防治成功经典案例l我国主要杂草第1页l杂草是指那些因过分生长而干扰人类活动或影响人类环境植物。l杂草大多为外来入侵物种,因适宜气候和天敌缺失而恶性生长。一、杂草与杂草生物防治概念1.杂草概念空心莲子草水葫芦第2页2.杂草危害性l外来杂草恶性生长,造成生物多样性丧失或者减弱,引发本土生态灾难。如薇甘菊、大米草;l占领了农田耕地、牧场,如紫茎泽兰、仙人掌;l堵塞航道,如水葫芦,空心莲子草;l危害作物生长,如吐丝子、香附子、瓜列当。漫山遍野薇甘菊海滩上大米草林下遍地紫荆泽兰第3页
2、l在美国,大约有500种有害杂草,每年所以造成经济损失约80亿美元。这些杂草主要侵入农田、牧场、休闲场所和水域,其经济主要性和防治迫切程度因种而异。l农业防治和化学防治是有效,但持效短,也经常是不经济。实际上,化学防治越有效,杂草对除草剂产生抗性或耐性也就越快。l杂草防治不应该只考虑单一地杀死杂草,而应该是采取合理策略,减轻杂草即时为害,并注意不要让新杂草替换原来杂草。3.杂草危害损失及其防治第4页l杂草生物防治是指慎重地利用寄主范围较为专一植食性动物或病原微生物,将影响人类经济活动杂草种群控制在经济上、生态上或环境美化上可允许水平。4.杂草生物防治概念l杂草生物防治应注意问题l杂草生物防治作
3、用物对其寄主范围要求专一或很狭窄,以确保对其它植物无害;l要求抑制杂草危害在允许水平之内,而不是毁灭杂草。第5页二、杂草生物防治发展历史 (1)天敌昆虫利用杂草生物防治在世界上已经有200多年历史。最早记载是1795年印度从巴西引进胭脂虫Dactylopius ceylonicus成功地控制了仙人掌Opuntia vulgaris危害,是引进天敌控制杂草第一例。上世纪2030年代,澳大利亚从墨西哥和阿根廷引进48种天敌,释放19种,11种建立了种群,其中一种螟饿Cactoblastis cactorum对仙人掌Opuntia inermis和Opuntia stricta有90%控制作用。螟蛾
4、第6页19代,澳大利亚又从国外引进金丝桃叶甲Chrysolina hyperici和四重叶甲Chrysolina quadrigemina,两种叶甲对克拉马斯草Hypericum perforatum上千公顷害草起到控制作用。其后,美国、加拿大、南非和新西兰又从澳大利亚引进该天敌释放后,使其密度控制在防治前1%,并不再列为害草。金丝桃第7页泽兰实蝇含有专一寄生紫茎泽兰特征,卵产在紫茎泽兰生长点上,孵化后即蛀入幼嫩部分取食,幼虫长大后形成虫瘿,妨碍紫茎泽兰生长繁殖,减弱大面积传输危害。l1945年,夏威夷、澳大利亚、新西兰从墨西哥引进泽兰实蝇Proceidochares utilis和Xanth
5、aeiura commexion防治紫茎泽兰Eupatorium adenophonum,在比较干燥地域几乎全部控制了这种害草。第8页l1960年代早期,美国弗吉尼亚大学从阿根廷引进空心莲子草叶甲Agasides hygrophila,控制空心莲子草Alternanthera philoxeroides取得了成功,开辟了世界水生杂草生物防治成功先例。空心莲子草叶甲空心莲子草第9页l1969年,美国弗吉尼亚大学Koke等从法国引进取食麝香飞廉象甲Rhinocyllus conicus,至1980年,该草植株抽芽数降低80%97%,取得成功。取食麝香飞廉象甲麝香飞廉(大蓟)麝香飞廉(大蓟)第10页
6、l1980年代,澳大利亚对原产于巴西南部浮动性水生杂草槐叶萍Salvinia natans成功生物防治是水生杂草生物防治中出色例子。将从原产地巴西引进槐叶萍象甲Cyrtoba salviniae释放在Moondarra湖上,14个月后,200 hm2湖面槐叶萍被毁灭。l巴布亚新几内亚引进该虫,在释放该虫不到一年时间里,覆盖250hm2湖面槐叶萍急剧下降到2 hm2,大约2.0106 t槐叶萍被毁灭(Room等,1981)。槐叶萍槐叶萍第11页(2)病原微生物利用l利用植物病原微生物防治杂草成功首例是澳大利亚利用粉苞苣柄锈菌Puccinia chondrillina 防治灯心草粉苞苣Chondr
7、ilia juncea,田间释放后很快建立种群,其致病率可达50%70%。l是利用植物病原菌防治杂草第一个成功范例。粉苞苣第12页l杂草生物防治在国际上较早受到重视,已经有200多年历史。美国、澳大利亚、加拿大等果在非耕地杂草生物防治研究工作上取得重大成就。l1970年代以来,伴随世界性杂草生物防治开展,从非耕地上各种杂草生物防治已逐步扩展到农田、水域及种植园生物防治。l在杂草种选择方面,1980年以前进行生物防治101种杂草中,仙人掌科和菊科植物占44%,分别为19种和25种。l在天敌作用物选择方面,Julie等(1987年)对1985年前世界上利用无脊椎动物和真菌防治杂草评述表明,用外来无
8、脊椎动物和真菌控制目标杂草释放计划占全部释放计划86%,可见传统杂草生物防治法受到特有重视和利用。(3)杂草生防范围第13页l据Julien 和Griffiths(1999)统计,截止1996年底,世界上已经有70个国家针对133种目标杂草开展了生物防治,利用天敌多达350种,释放1000余次。lMcFadyen()统计发觉,截止1999年,全球利用生物防治成功控制了44种杂草危害。美国、南非、澳大利亚、新西兰和加拿大等国在国际上处于领先地位。l利用天敌主要是植食性昆虫,其中75属于鞘翅目和鳞翅目。利用植物病原菌防治杂草研究相对较少。(4)杂草生防成功率第14页l近40年来,真菌除草剂研究和开
9、发较为活跃。l1963年,我国山东省农业科学院开始利用菟丝子盘长孢状刺盘孢Colletotrichum gloeosporoides f.sp.cuscutae培养物(产品名为鲁保一号)防治大豆菟丝子Cuscuta spp.,这是我国首次将真菌用于杂草生物防治研究;l美国伊利诺斯州1981年用于防治柑桔园莫伦藤棕榈疫霉Devine;l美国阿肯色州1982年用于防除水稻和大豆田中弗吉尼亚合萌盘长孢状刺盘孢合萌专化型Collego;l加拿大1992年用于防治锦葵属杂草长盘孢状刺盘孢锦葵专化型(Bio Mal)等。第15页l我国杂草生物防治始于1960年代,首例是山东省农科院刘志海等,于1963年研
10、制出炭疽菌剂“鲁保一号”防治大豆菟丝子。l1985年4月在扬州召开第一次全国杂草生防会议,明确了主攻重点:紫茎泽兰、空心莲子草、豚草生物防治。l1988年在云南宜良召开了第二次全国杂草生物防治会议,检阅了“七五”期间杂草生防结果,提出今后发展重点和策略。l1988年和1991年,中国农业科学院生防所分别与美国农业部农业研究局和加拿大农业部农业局分别开展了相关乳浆大戟、怪柳、加拿大蓟等杂草生物防治合作研究,使我国杂草生防研究和发展在世界杂草生防领域中占有了一席之地。(5)我国杂草生物防治第16页l利用外来天敌控制外来杂草是杂草生物防治主要内容。l杂草生防控制目标害草多为草原或非耕地环境中杂草,近
11、年来趋向转到水域、果园乃至农田有害杂草。l杂草生防利用最多天敌是鞘翅目、鳞翅目、半翅目和双翅目标昆虫。l引进天敌昆虫建立种群并能成功地控制杂草百分比约为30%40%。l每一杂草生防项目,其费用与收益比约为1:30-120。l美国、澳大利亚、加拿大和南非等国在世界杂草生物防治中起着先导作用。(6)小结第17页l杂草生物防治是利用第二营养级动物(如牛、羊、鸟等)、昆虫(专食性植食性昆虫)、病原微生物(真菌、细菌、病毒等)来控制杂草种群增加,并减低其危害程度方法。l杂草生物防治是依据生物地理学、种群动力学及群落生态学原理,在明确了天敌-寄主-环境三者关系基础上,对目标杂草进行调整控制:l经过降低寄主
12、植物种子量;l经过天敌压力,使其与其它植物竞争力下降,最终被其它植物取代;l使其不能反抗环境所产生压力,增加死亡率,以到达降低其种群密度目标。三、杂草生物防治理论基础第18页1.植物病原物作为杂草生物防治作用物l植物病害流行起源:经过比较自然生态系统和农业生态系统植物病害流行特点及考查历史上植物病害发生流行原因后,发觉植物病害流行是人类引发。l农田生态系统是人为操纵下形成,利用植物病原菌在农田生态系统中造成病害流行是可行。经过施肥、浇灌等办法,也确保了农田杂草对水分、养分需求,同时为植物病原微生物萌发、侵入创造了条件。l在演化与演替方面,农田生态系统比天然草场年轻,在寄主与病原物关系中出现改变
13、常不能恢复到稳定状态,病害易形成流行状态。l调查发觉,几乎全部恶性农田杂草上均可发觉12种病原微生物,这就为复合型生物除草剂开发提供了物质基础。l由此可见,假如经过引进、培育一个强毒性病原物,则能够在一定程度上抑制农田杂草种群,到达控制农田杂草危害目标。第19页2.天敌昆虫作为杂草生物防治作用物l利用专食性昆虫控制杂草与利用天敌对害虫进行生物防治原理是基本一致,都是利用了生态系统中食物链营养关系。l假如是在农田生态系统中实施杂草生物防治,要协调杂草天敌与化学农药使用,降低化学农药对杂草天敌影响;同时在农田周围保留适当天敌越冬场所,为明年种群恢复提供虫源。第20页3.相生生物作为杂草生物防治作用
14、物l相生生物是指在植物群落中,各种植物之间经过长久生存与竞争演化,形成直接生存空间和养分互为依存关系,或者经过动物、微生物形成间接依存关系。l利用相生生物最直接证据就是化学他感作用,作用机理有两个方面:l经过化感物质控制杂草生长,包含抑制杂草种子萌发、幼苗生长等方面;l尽可能降低杂草分泌化感物质所产生异毒作用。l该方法在生产上考虑环境后果,在经济上考虑久远利益,在目标上追求需求平衡,在哲学上强调协调共存,符合当代农业与生态发展趋势。第21页四、杂草生物防治方法l传统生物防治:从国外或外地引进专一性强天敌建立种群;l淹没释放:在试验室条件下,人工大量喂养天敌,在适当季节和地点,大量释放;l助增释
15、放:释放引进或当地专一性天敌,增加其田间种群密度,达至控制目标;l区域控制:人为操纵和调整天敌对植物群落控制作用。(1)杂草生物防治方法 第22页(2)杂草生物防治优点 l投资少,收益大,不污染环境;l对除草剂有抗药性或极难用除草剂防治杂草,或发生在特殊环境中(如水域)杂草、外来杂草、多年生杂草和有毒杂草,生物防治是最理想方法。第23页(3)杂草生物防治不足之处 杂草生防不能处理全部杂草问题;收效较慢,普通需要3才能到达很好控制效果,当以根除、及时防治为目标时,不宜使用生物防治除草方法;杂草生物防治作用物(虫或菌)要求有较强专一性,以确保不为害非目标植物,因有一定风险,需要做安全性试验,才能引
16、进和使用。第24页l确定适于生物防治目标杂草(杂草分类、分布、近缘种、危害性与经济主要性、天敌、防治费用比较);l潜在杂草生防作用物搜寻与有效天敌筛选;l寄主专一性测定与风险评定;l有效生防作用物引进、释放与种群建立;l生防作用物效果评价。五、杂草生物防治程序第25页1.目标杂草确定l该杂草是当地种还是外来种,一年生或多年生及其经济主要性;l种群分布密度、生长栖境类型和稳定性,以及需要控制程度和紧迫性。l一项杂草生物防治计划实施前工作是详尽地搜集全部包括到科技信息,加以消化吸收。第26页搜集信息应包含:l杂草分类地位,种及种间类群正确判定;l自然地理分布范围、起源中心及其扩散蔓延危险性;l亲缘
17、种出现及当地植被区系相互作用;l文件记载杂草天敌及其移植区内节肢动物和植物病原菌组成;l描述移入区生态特征,估价其主要性;l目标杂草所引发经济损失及与其它防治方法费用比较。第27页l普通来说,对单种传入外来杂草,与经济植物和农作物关系不亲密杂草及非耕地杂草均适合于生物防治,尤其当现行生物防治办法以外防治方法还不能到达控制水平,或因为土地利用价值低,不易实施现行防治方法时,用生物防治是可行。l而在有些情况下,如一些杂草种类是非常有价值植物,可集约栽培,频繁轮作或大量化学药剂处理区域内杂草,均不宜生物防治。第28页2.杂草生防因子搜集与最有效天敌筛选l搜集区域应是目标杂草属或亚属分化中心或起源中心
18、,当未发觉有效作用物时,再向外扩展。l当达不到搜集标按时,可在目标杂草整个分布区内随机搜寻。l在杂草原产地分布范围内有两个地理区域重合,而又出现第三个分布区域时,搜寻工作用应考虑重合区。l包括到国家间交流协作,经费,工作上方便及政治背景限制等情况下考虑搜寻工作。l杂草生防作用物昆虫,其有效性应依据其本身所含有生物学生态学特征和与寄主植物关系来判别,即专化程度、取食类型、取食时期、发生时期、发生代数、繁殖潜力、外部死亡因子、取食行为、与其它生防作用物协调性和作用物个体大小等。由此可制订出一个较详细选择有效生防作用物评分系统。第29页Goeden(1983)提出筛选有效天敌系统分为三大类:在原产地
19、控制作用初步预计,其中包含田间直接及间接影响、取食物候学、世代数、每代每雌繁殖数、外部死亡因子、取食行为及分布。作为生防因子适应性,包含寄主植物资源、培养难易程度、潜在安全性、寄主专一性。在引入区前景,包含作为生防因子证据、生态气候相同性及其移植历史。Wapshere认为要重视生防作用物在原产地杂草上实际效果,或预计可能效果,不然所筛选天敌在释放后可能达不到预期控制作用。第30页有效天敌特征:直接或间接地杀死或阻止其寄主植物繁殖扩散能力;高度传输扩散和善于发觉寄主能力;对目标杂草及其大部分自然分布区环境条件有良好适应性;高繁殖力;防止或降低被寄生和被捕食防御能力。第31页3.安全性测定l安全性
20、是指天敌对目标杂草有较强专一性,而对非目标杂草,尤其是栽培作物和有主要社会、经济及生态价值植物不产生危害和威胁。l安全性是选择生防作用物关键标准之一,对其安全性进行严格测定,是杂草生物防治程序中绝不可少一步。l普通要先在其原产地进行安全性测定后,再在引入地进行补充测定。有效天敌安全测定目标是企图决定其寄主植物范围。在试验室条件下进行专一性试验,其寄主植物范围要比自然界发生广一些。第32页安全性常规测定方法有三种:l作物检验法。对被测作用物提供广泛作物种,而无须提供与目标杂草相关植物种。l离心系统发育检验法。将所测试植物按与杂草亲缘关系从近到远次序测定生防作用物食性范围,作为预防离心系统发育检验
21、失败一个确保,应该参考生物相关法中选择植物标准。l生物相关法。测试植物应包含与杂草相关栽培植物、有价值植物种、近缘种植物以及该天敌近缘种所攻击植物。第33页l常采取饥饿试验或产卵选择试验进行检验。经过强迫天敌昆虫在目标杂草以外植物上取食,然后经过解剖雌虫,观察其卵黄细胞是否形成,以排除该虫在强制饥饿条件下,取食非寄主植物可能性。l饥饿试验或产卵选择试验并不足以证实未测植物种不能被该天敌所接收,更主要是有可能造成拒绝某种有价值生物防治作用物。l所以,天敌安全性还应包含对其生物学、生理学、形态学、物候学、生态学或病原学适合性进行研究,有条件,还应进行天敌寄主植物专一性化学和物理学基础研究。第34页
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