科學通報 | 柏連陽院士、劉潤強教授綜述生物與信息技術賦能作物有害生物綠色防控研究進展

近日，河南科技學院劉潤強教授和湖南省農業科學院柏連陽院士在《科學通報》生物與信息技術賦能現代農業綠色發展專輯發表綜述文章，系統總結了生物與信息技術賦能作物有害生物綠色防控研究進展，文章從生物育種、微生物組工程、RNA生物農藥、信息素與代謝工程，以及智能監測預警、綠色農藥創制、精準施藥等多個維度，全面梳理了近年來我國及全球在智慧植保領域的關鍵突破。綜述指出，以基因編輯、人工智能、RNA干擾等為代表的前沿技術正深度融合，推動植物保護從“經驗依賴、化學主導”的傳統模式，向“感知智能、決策精準、執行綠色”的智慧植保體系轉型升級，為保障全球糧食安全與農業可持續發展提供了新路徑。

隨著全球氣候變暖、跨境貿易日益頻繁，有害生物的發生和危害持續加劇，糧食安全面臨嚴峻挑戰。傳統農業生產長期依賴人力、經驗和化學農藥，存在防治不及時、抗藥性發展迅速、農藥利用率低等問題，也導致了生態環境污染。推動植物保護向綠色、智能、高效轉型，已成為全球農業科技創新的核心焦點。

在生物育種領域，以CRISPR/Cas9為代表的基因編輯技術實現了對植物感病基因的定向敲除。敲除水稻Os8N3基因可顯著提升對白葉枯病的抗性，編輯OsRBL1基因可獲得對稻瘟病的抗性，敲除小麥TaPslPKl基因則產生對條銹病的廣譜抗性。編輯大豆GmMYC3基因可顯著增強對斜紋夜蛾的抗性；通過編輯EPSPS、ALS等靶標基因，作物可獲得對草甘膦、氟樂靈等除草劑的穩定耐受性。轉基因技術同樣成效顯著：轉Bt基因棉花每年可減少化學農藥使用量約1至1.5萬噸；轉EPSPS基因的大豆、玉米對草甘膦耐受性大幅提高。堿基編輯、引導編輯等新型技術可在不引入外源DNA的情況下實現單堿基精準替換，例如修復水稻HIS1基因片段可恢復其對HPPD類除草劑的抗性。

微生物組工程是作物提高自身抗性的另一重要方向。非致病性丁香假單胞菌衍生物可誘導植物“呼救”響應，富集德沃斯氏菌等有益類群，增強對病原菌的抵抗。核盤菌以內生方式定殖于多種作物后，可提高對赤霉病、條銹病和稻瘟病的抗性。由綠針假單胞菌與枯草芽胞桿菌構建的合成菌群，可顯著提升對小麥莖基腐病的防效。蘇云金芽孢桿菌工程菌G033A能同時防控鱗翅目和鞘翅目害蟲，已完成生物農藥登記。

以RNA干擾技術為原理的RNA生物農藥被譽為“農藥史上的第三次革命”。通過噴霧誘導基因沉默或寄主誘導基因沉默，雙鏈RNA可特異性降解靶標mRNA，抑制有害生物關鍵基因。全球首款表達雙鏈RNA的轉基因玉米MON87411于2017年在美國獲準種植，首款噴霧施用型RNA生物農藥Calantha?于2023年底獲批上市。2025年，美國擬批準第二款產品Vadescana用于防治蜜蜂瓦螨。2026年1月，我國硅羿科技研發的防治煙草花葉病毒病的RNA殺菌劑Tomovircona獲得ISO臨時批準，成為全球首款抗病毒RNA殺菌劑。昆蟲性信息素可用于害蟲監測、誘殺和迷向防治；化感水稻品種“PI312777”可有效抑制稗草生長，為生態抑草提供了新策略。

信息技術方面，“空—天—地”一體化的監測預警網絡已基本形成（圖1）。物聯網傳感器、無人機高光譜遙感結合深度學習模型，實現了對水稻病害的大范圍無損診斷。基于AI圖像識別的智能蟲情測報燈和昆蟲雷達技術，可實時監測草地貪夜蛾、遷飛性害蟲等動態。Swin Transformer模型對玉米及7種伴生雜草的識別準確率達99.18%。在綠色農藥創制領域，AI極大加速了先導化合物的發現與優化。我國科學家先后創制了毒氟膦、氰烯菌酯等50余個綠色農藥新品種。華中師范大學楊光富團隊開發了國際首個農藥分子設計一體化平臺Pesticide Discovery AI，覆蓋靶標發現、虛擬篩選、結構優化、毒性與抗性預測全流程。貴州大學郝格非團隊構建了國際首個系統性農藥信息學平臺。在精準施藥方面，AI驅動的地面施藥器械與植保無人機實現了人、機、藥分離。基于葉面積密度與脈寬調制技術的變量噴霧控制系統，相較于恒定式噴霧可省藥71.96%，較對靶開關式噴霧省藥29.72%。

圖1 “空—天—地”一體化的病蟲草害監測預警網絡

生物技術與信息技術的深度融合，正推動作物有害生物防控向資源高效、環境友好方向轉型。然而，這一體系仍面臨挑戰：基因編輯作物的長期生態風險尚需科學評估；多學科系統集成不足，缺乏統一標準；中小農戶應用門檻高，市場激勵機制有待完善。展望未來，隨著低成本生物技術的普及和智能化水平的提升，從監測預警到自主決策、精準施藥的閉環將更加完善，機器人作業有望全面取代人工操作。只有堅持基礎研究與應用轉化的雙輪驅動，才能構建可持續的智慧植保體系，為全球糧食安全提供堅實保障。

湖南省農業科學院柏連陽院士為本文的通訊作者，河南科技學院植物保護與環境學院劉潤強教授為本文的第一作者和通訊作者。相關研究得到了河南省重大科技專項(241100110300)和河南省重點研發專項(261111111000)的資助。

文章信息

劉潤強，柏連陽. 生物與信息技術賦能作物有害生物綠色防控研究進展. 科學通報, 2026.

https://www.sciengine.com/doi/10.1360/CSB-2026-0190.

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