生物入侵研究概況與發展趨勢

付文杰

摘要綜述了國內外研究生物入侵的概況,重點分析了今后研究生物入侵研究的發展方向及核心問題,以期為生物入侵研究提供參考。

關鍵詞生物入侵;現狀;發展趨勢;核心問題

中圖分類號S412;X176文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)21-0149-01

生物入侵就是外來物種入侵并打敗當地物種,反客為主,導致當地生態失衡,進而引發一系列的問題。大部分外來物種入侵暴發后,生長難以控制,其結果造成對生態環境的嚴重破壞,對農業、林業以及人體健康的嚴重危害。如江西省發現入侵的豚草、空心蓮子草、水葫蘆等,對農業生產負面影響巨大。據統計,我國有外來雜草107種,主要外來害蟲32種,主要外來病原菌23種,每年造成的損失巨大。近10年來,新入侵我國的外來生物至少有20余種,平均每年新增約2種[1]。外來生物入侵我國頻率加快,蔓延范圍擴大。我國每年對美洲斑潛蠅一項的防治費用就需要4.5億元。世界許多國家因外來物種入侵造成的經濟損失都很驚人,美國每年損失1 500億美元,南非損失800億美元[2]。

1國內外研究概況

1.1國外研究回顧

對于生物入侵的研究,國外科學家早在1958年就出版了《動植物入侵的生態學》一書。此后,各國科學家陸續開展了許多有關外來動物、植物、微生物、海洋生物等各個方面的研究。但真正引起科學家廣泛關注與研究的則是在20世紀80年代后期,特別是近20年來,對外來入侵生物的研究從宏觀的預防與控制策略、有效可行的控制和管理技術體系到微觀的分子生物學與生態學、生態遺傳學、協同進化及控制技術與生態修復的機制等,均成為廣泛研究的熱點與焦點,并有較高層次和較深水平的研究。在國際生物多樣性公約(CBD)原則的指導下,GEF針對各締約國對外來入侵生物的預防與管理提出了9條指導性原則。1996年由SCOPE、IUCN和CAB International共同組織的全球入侵生物項目開始實施以來,在發展外來入侵生物的最佳預防與管理策略指南、組織實施國際合作項目的研究等方面取得了卓有成效的成果。

1.2國內研究現狀

我國對外來入侵生物的研究主要體現在以下幾個方面:一是對外來種的檢疫、除害處理研究較多,但對病原微生物的快速檢測技術、外來生物狙擊的系統技術研究較少;二是在文獻資料的基礎上,對外來入侵生物的綜合風險分析研究較多,但對實際的個案試驗風險評估模式和體系的研究較少;三是對外來入侵種的危害性研究較多,對潛在的危險外來種入侵的預警、擴散與傳播機制研究較少;四是對外來的主要病蟲害的分布、危害、生物生態學特性、控制技術等研究料多,對入侵生物學、入侵生態學及暴發機制的研究較少[3]。總之,我國對外來入侵生物的研究處于剛剛起步、積累經驗和資料的階段,有待于向不同層次、更高水平和多學科交叉的實驗與理論研究的方向發展。

2研究的發展趨勢及核心問題

危險性外來入侵生物研究過程有別于本地有害生物的研究。一般來講,外來物種指超出其自然分布范圍以外的種群。外來生物的入侵一般分為傳入、定居與種群建立、潛伏、擴散、成災幾個階段。由于外來生物的入侵呈現出一個有序的過程,因此各個階段的研究應根據各個階段的特點各有側重。

2.1傳入前或傳入過程中的預防與預警

阻止外來有害生物建立種群是防御外來生物入侵的第1道防線。有效地防止外來生物入侵的首要問題是如何進行科學的預測。由于傳入途徑的多樣化,以及不同生物種具有不同的生物學特性,很難用某一通用模式來預測和解釋各類外來生物入侵的方式和潛在的危害。外來種入侵隨著國際貿易往來的增加而增加。預警能力的建設在預防和預測外來種的入侵中顯得更具有重要的科學地位和現實意義。眾多研究表明,依據物種的系統發育限制因子:生活史特征、入侵種原產地與入侵地生物氣候相似性、入侵種的生物學特性和遺傳多樣性在原產地與入侵地的分化特性、入侵種與本地種種群近緣種間存在的差異、入侵種的傳播方式等因子可預測入侵種可能的分布范圍與危害,因此發展早期預警系統是提高預防與預測準確性的首要關鍵科學問題。在早期預警系統的引導下,發展快速的檢測技術,建立快速的狙擊系統是防御不可缺少的一部分。

2.2定殖與種群建立過程中生態學與遺傳的“前適應性”機制

對有詳細記載的外來物種成功傳入的分析表明,大部分的傳入或引進是不成功的,傳入種只有1/10的概率建立種群成為偶見種,偶見種中又只有1/10的概率成為常見種,在此之中,又只有1/10機會成為有害生物。傳入過程中繁殖體的存活與死亡、入侵種群的環境忍耐程度、環境的可容納性、本身所具有遺傳特征等共同決定是否成功入侵。其中,遺傳特性是影響定殖與建立種群的一個重要因素。遺傳差異決定入侵成功與否及入侵效應,是遺傳特性與入侵生物學特征相互作用的結果。有關這方面的研究前景廣闊,但迄今為止,還沒有研究證實或鑒別到有利于入侵的單個基因。

然而,有研究表明在初始入侵與定殖過程中,生態過程的影響比遺傳過程更重要。因此,在定殖與建立種群的過程中,遺傳過程與生態過程哪一個更具相對而言的重要性?成功入侵如果受遺傳變異的影響,遺傳差異在多大程度上決定其入侵效應?如果外來種喪失其遺傳多樣發生性與變異,是否會限制定殖及其入侵成功?目前的研究還不能完全回答這些問題。因此,外來種是否具有遺傳的“前適應性”以及如何與生態學過程相互作用,即外來種入侵應力的綜合研究,是成功定殖與建立種群過程中的關鍵問題。

2.3潛伏與擴散傳播過程中生態學與遺傳的“后適應性”機制

外來物種定殖后到擴散傳播及其后的暴發成災一般均有幾年甚至幾十年或更長時間[4]。如引進的天敵昆蟲釋放后幾年查不著蹤影,經過一段時間后,突然發現種群激增。但沒有證據說明其原因:是遺傳變異與生態適應能力的結合所致,抑或是由于Allee效應使種群構建的速度太慢。不過,在一定的遺傳特性背景下,生態學特性,特別是繁殖特性是決定種群快速構建的重要因素。當然,最初的潛伏期可能需要遺傳上的調整,一個小的遺傳變異可產生很大的生態影響。已經有證據表明雜交在入侵中遺傳改變是很重要的,雜交可導致入侵后快速的遺傳變化。但其他的遺傳變化是否同樣快速發展,尚不清楚。一是遺傳變異在生態時間內常常是不可測定到的;二是遺傳改變是很小的,生態上的重要變化是可測的;三是進化是在一個很長的時間期內發生的(最快的估計是每100年進行1%)。對昆蟲而言,如果在最初建立種群的幾個世代內有很強的選擇壓力,則可能導致快速進化。從比較生態遺傳學的角度,研究已入侵種與原產地種的遺產差異有可能解釋一些遺傳學上的問題。建立種群后的擴散傳播:一方面取決于外來種的擴散能力與繁殖對策,另一方面取決于快速的生態“后適應性”。

2.4暴發成災過程與生態系統的可入侵性機制

美國科學家對外來生物入侵的分析資料表明,外來入侵種中只有很少部分產生嚴重的生態影響;所有群落都是可入侵的,但大部分是人為造成;入侵種在原產地并不一定是重要有害生物,但在入侵地往往引起巨大的生態與經濟損失,如美洲斑潛蠅在我國的分布與危害就是典型的例證。研究表明:不同環境中的群落,其抵御或接受入侵的生態學過程存在極大的差別。新近提出的生態位機會理論,從資源機會、逃避天敵的機會、環境機會的角度討論了三者之間相互作用的關系。外來物種的入侵機制的研究是相當復雜的,不是一個簡單的生物學抑或生態學特性就能解釋的問題,而是在不同層次上的多學科(生物學、生態學、遺傳學、生物物理學、生物地理學、生物氣候學、種群動態學、群落學、系統學等)相互融匯、相互交織、共同影響和作用的學科群理論。深入研究能對外來生物入侵過程中的預測與預防、根除與滅絕、控制與管理、生態控制與修復的實踐提供堅實的理論基礎和依據。

3參考文獻

[1] 劉剛.我國外來生物入侵呈現加重趨勢[J].農化市場十日訊,2007(36):33.

[2] 阮雪蓮.生物入侵的若干問題[J].科技信息(學術研究),2008(21):64-65.

[3] 馮愛卿.外來入侵生物研究新動態[J].廣東園林,2008,30(5):79-80.

[4] 趙寶福,徐震,姚惠斌,等.應對外來生物入侵的幾點建議[J].天津農學院學報,2008,15(2):51-55.