生物入侵研究概況與發(fā)展趨勢

付文杰

摘要綜述了國內(nèi)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(fā)展方向及核心問題,以期為生物入侵研究提供參考。

關(guān)鍵詞生物入侵;現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢;核心問題

中圖分類號S412;X176文獻標(biāo)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(dāng)?shù)匚锓N,反客為主,導(dǎo)致當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)失衡,進而引發(fā)一系列的問題。大部分外來物種入侵暴發(fā)后,生長難以控制,其結(jié)果造成對生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞,對農(nóng)業(yè)、林業(yè)以及人體健康的嚴(yán)重危害。如江西省發(fā)現(xiàn)入侵的豚草、空心蓮子草、水葫蘆等,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)負(fù)面影響巨大。據(jù)統(tǒng)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(jīng)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(nèi)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(xué)家早在1958年就出版了《動植物入侵的生態(tài)學(xué)》一書。此后,各國科學(xué)家陸續(xù)開展了許多有關(guān)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(xué)家廣泛關(guān)注與研究的則是在20世紀(jì)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(yù)防與控制策略、有效可行的控制和管理技術(shù)體系到微觀的分子生物學(xué)與生態(tài)學(xué)、生態(tài)遺傳學(xué)、協(xié)同進化及控制技術(shù)與生態(tài)修復(fù)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(dǎo)下,GEF針對各締約國對外來入侵生物的預(yù)防與管理提出了9條指導(dǎo)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(fā)展外來入侵生物的最佳預(yù)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(nèi)研究現(xiàn)狀

我國對外來入侵生物的研究主要體現(xiàn)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(shù)、外來生物狙擊的系統(tǒng)技術(shù)研究較少;二是在文獻資料的基礎(chǔ)上,對外來入侵生物的綜合風(fēng)險分析研究較多,但對實際的個案試驗風(fēng)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(yù)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(tài)學(xué)特性、控制技術(shù)等研究料多,對入侵生物學(xué)、入侵生態(tài)學(xué)及暴發(fā)機制的研究較少[3]?？傊?我國對外來入侵生物的研究處于剛剛起步、積累經(jīng)驗和資料的階段,有待于向不同層次、更高水平和多學(xué)科交叉的實驗與理論研究的方向發(fā)展。

2研究的發(fā)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(zāi)幾個階段。由于外來生物的入侵呈現(xiàn)出一個有序的過程,因此各個階段的研究應(yīng)根據(jù)各個階段的特點各有側(cè)重。

2.1傳入前或傳入過程中的預(yù)防與預(yù)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(xué)的預(yù)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(xué)特性,很難用某一通用模式來預(yù)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(mào)易往來的增加而增加。預(yù)警能力的建設(shè)在預(yù)防和預(yù)測外來種的入侵中顯得更具有重要的科學(xué)地位和現(xiàn)實意義。眾多研究表明,依據(jù)物種的系統(tǒng)發(fā)育限制因子:生活史特征、入侵種原產(chǎn)地與入侵地生物氣候相似性、入侵種的生物學(xué)特性和遺傳多樣性在原產(chǎn)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(yù)測入侵種可能的分布范圍與危害,因此發(fā)展早期預(yù)警系統(tǒng)是提高預(yù)防與預(yù)測準(zhǔn)確性的首要關(guān)鍵科學(xué)問題。在早期預(yù)警系統(tǒng)的引導(dǎo)下,發(fā)展快速的檢測技術(shù),建立快速的狙擊系統(tǒng)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(tài)學(xué)與遺傳的“前適應(yīng)性”機制

對有詳細(xì)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(huán)境忍耐程度、環(huán)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(yīng),是遺傳特性與入侵生物學(xué)特征相互作用的結(jié)果。有關(guān)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(tài)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(tài)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(yīng)?如果外來種喪失其遺傳多樣發(fā)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(yīng)性”以及如何與生態(tài)學(xué)過程相互作用,即外來種入侵應(yīng)力的綜合研究,是成功定殖與建立種群過程中的關(guān)鍵問題。

2.3潛伏與擴散傳播過程中生態(tài)學(xué)與遺傳的“后適應(yīng)性”機制

外來物種定殖后到擴散傳播及其后的暴發(fā)成災(zāi)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(jīng)過一段時間后,突然發(fā)現(xiàn)種群激增。但沒有證據(jù)說明其原因:是遺傳變異與生態(tài)適應(yīng)能力的結(jié)合所致,抑或是由于Allee效應(yīng)使種群構(gòu)建的速度太慢。不過,在一定的遺傳特性背景下,生態(tài)學(xué)特性,特別是繁殖特性是決定種群快速構(gòu)建的重要因素。當(dāng)然,最初的潛伏期可能需要遺傳上的調(diào)整,一個小的遺傳變異可產(chǎn)生很大的生態(tài)影響。已經(jīng)有證據(jù)表明雜交在入侵中遺傳改變是很重要的,雜交可導(dǎo)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(fā)展,尚不清楚。一是遺傳變異在生態(tài)時間內(nèi)常常是不可測定到的;二是遺傳改變是很小的,生態(tài)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(nèi)發(fā)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(nèi)有很強的選擇壓力,則可能導(dǎo)致快速進化。從比較生態(tài)遺傳學(xué)的角度,研究已入侵種與原產(chǎn)地種的遺產(chǎn)差異有可能解釋一些遺傳學(xué)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(tài)“后適應(yīng)性”。

2.4暴發(fā)成災(zāi)過程與生態(tài)系統(tǒng)的可入侵性機制

美國科學(xué)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(chǎn)生嚴(yán)重的生態(tài)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(chǎn)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(tài)與經(jīng)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(huán)境中的群落,其抵御或接受入侵的生態(tài)學(xué)過程存在極大的差別。新近提出的生態(tài)位機會理論,從資源機會、逃避天敵的機會、環(huán)境機會的角度討論了三者之間相互作用的關(guān)系。外來物種的入侵機制的研究是相當(dāng)復(fù)雜的,不是一個簡單的生物學(xué)抑或生態(tài)學(xué)特性就能解釋的問題,而是在不同層次上的多學(xué)科(生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、遺傳學(xué)、生物物理學(xué)、生物地理學(xué)、生物氣候?qū)W、種群動態(tài)學(xué)、群落學(xué)、系統(tǒng)學(xué)等)相互融匯、相互交織、共同影響和作用的學(xué)科群理論。深入研究能對外來生物入侵過程中的預(yù)測與預(yù)防、根除與滅絕、控制與管理、生態(tài)控制與修復(fù)的實踐提供堅實的理論基礎(chǔ)和依據(jù)。

3參考文獻

[1] 劉剛.我國外來生物入侵呈現(xiàn)加重趨勢[J].農(nóng)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(xué)術(shù)研究),2008(21):64-65.

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

[4] 趙寶福,徐震,姚惠斌,等.應(yīng)對外來生物入侵的幾點建議[J].天津農(nóng)學(xué)院學(xué)報,2008,15(2):51-55.