备课素材：生物防治技术及原理 高二上学期生物人教版选择性必修2

生物防治技术及原理高中生物学选择性必修二生态工程中，有许多技术需要理解掌握，如物质的循环技术、洁净可再生的新能源开发技术和种植业和畜牧业合理优化技术等。还需要关注古老的套种、轮种和间种技术接、立体养殖技术和生物防治技术等。尤其是生物防治技术，更是常考内容，需要重点关注。那么，生物防治技术有哪些?原理是怎样的？利用生态系统中各种生物之间相互依存、相互制约的生态学现象和某些生物学特性，以防治危害农业、仓储、建筑物和人群健康的生物的措施就是生物防治。生物防治由于没有环境污染，无残毒，无负作用。不会杀伤天敌，不会引起抗药性，不少具有预防作用，有的能收到长期或较长期控制的效果，因此，是一种很有发展前途的植病防治方法。1.天敌防治法。①利用微生物防治。常见的有应用真菌、细菌、病毒和能分泌抗生物质的抗生菌。②利用寄生性天敌防治。主要有寄生蜂和寄生蝇，最常见有赤眼蜂、寄生蝇防治松毛虫等多种害虫。③利用捕食性天敌防治。这类天敌很多，主要为食虫、食鼠的脊椎动物和捕食性节肢动物两大类。鸟类有山雀、灰喜雀、啄木鸟等捕食害虫的不同虫态。鼠类天敌如黄鼬、蛇等，节肢动物中捕食性天敌有瓢虫、螳螂、蚂蚁等昆虫。2.激素防治法是使用蜕皮激素、性外激素防治害虫的方法，是目前广泛使用的生物防治方法之一。如对菜青虫用蜕皮激素（或类似物）处理，促使其加速变成成虫，缩短危害作物的幼虫期，以达到防治害虫的目的。其缺点表现在蜕皮激素（或类似物）只是促使幼虫变成成虫，而并未杀死害虫，故治标不治本；性外激素（或类似物）只能干扰当代雌雄个体交配，降低出生率，减少下一代虫害的发生。3.转基因植物是指运用重组DNA技术将外源基因整合于受体植物基因组，改变其遗传组成后产生的植物及其后代。目前在生产上广泛应用的有转基因抗虫棉、抗虫玉米、水稻、烟草和抗除草剂的大豆等。转基因植物的推广应用，不仅可提高产量、品质、抗病虫性状，而且大大降低化学农药的使用量，减少环境污染，降低农产品中农药残留量。运用基因工程，培育抗虫植物，此法正逐步被大面积推广应用，如将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导人棉花中培育出抗虫棉。其防治效果好，不反弹，无污染，所培育的抗虫性状短时间内就能稳定下来。但近年来围绕转基因生物的安全性问题展开了激烈的讨论。首先是环境安全问题，如转基因生物是否会影响到生物的多样性，是否会改变与之相关的物种；其次是抗虫食物安全性的问题，如是否会对食用者造成伤害，是否会造成肠道微生物的菌群失调等尚不清楚。4.利用抗生素防治害虫是利用一些真菌可产生对害虫有毒的物质消灭害虫，应用最广泛的是阿维菌素，商品名称有齐螨素、杀虫丁、爱福丁、阿维虫清等，用于防治棉铃虫、卷叶蛾、梨木虱、蚜虫等。应用抗生素防治作物病害主要有两种方式。一种是用抗生素防治种子、果实、苗木、块茎和块根等，防止植物在生长期间或贮藏期间发病，一般可采用浸种、浸根、浸苗和喷洒等方法。另一种应用方式是在作物生长期中，通过测报，及时喷洒抗生素以防止病的发展和蔓延。农用抗生素的应用还不只局限在对植物病害的直接防治上，有的抗生素能杀死害虫，起间接的防治作用。抗生素对不同植物也表现有选择性，对有些杂草是毁灭性的，例如茴香霉素是一种选择性除草剂，在低浓度下（如12.5mg/L）对稗草幼根的生长有选择抑制作用。与化学防治方法相比较生物防治可以改变生物群落的组成成份，且能直接消灭害虫，控制害虫、种群数量的发展，是一种稳定的自然控制因素，大多数天敌对人畜和植物均安全，不会污染环境，害虫对天敌不会产生抗性。在自然界中，天敌一旦建立种群，就能长期地控制害虫种群的发生与发展。

生物防治两个典型实例

1．噬藻体防治水体富营养化

水体的富营养化污染带来的蓝藻大量繁殖，可以用多种方法治理，但最新的研究表明，可以用生物防治技术之一－噬藻体。什么是噬藻体？如何发挥作用？蓝藻是一类原核生物，具有细菌的一些特征，因此又常称为蓝细菌，相应地，把感染蓝细菌的病毒称为噬藻体，这是由于噬藻体与噬菌体非常相似的缘故。噬藻体是一种特异性侵染蓝藻的病毒，能够调控蓝藻的种群密度和季节分布，被认为是一种潜在的有效干预蓝藻水华的生物手段。虽然蓝藻病毒的发现已三十余年，但一直未形成病毒学重要的研究方向，近年来由于富营养化程度加剧，蓝藻“水华”（俗称“湖靛”）的发生加重，美国和西欧一些发达国家加强了藻类环境生物学的研究力度，其中包括蓝藻病毒的基础研究，以寻找对付“水华”的生物防治方法。这几年蓝藻病毒的研究主要集中在分子生物学和生态学方面，同时也在不断探索更先进、更便捷的研究方法。为了研究巢湖噬藻体生态分布、侵染机制和与蓝藻的共进化关系。2020年8月，中科大周丛照教授和陈宇星教授团队从巢湖中分离得到一株全新的长尾噬藻体Mic1。研究人员通过冷冻电镜技术解析了Mic1头部近原子分辨率结构，清晰地阐释了Mic1的头部组装机制。结构分析发现Mic1的头部由衣壳蛋白gp40和装饰蛋白gp47组装形成二十面体结构。gp40采取经典噬菌体的HK97-like折叠模式，通过榫卯结构组装形成二十面体头部。装饰蛋白gp47采用全新折叠模式，锚定在二十面体的二次轴附近，进一步加固头部的稳定性。

2．利用转基因蚊子防治埃及伊蚊

近日，据《自然》报道，经过10多年的努力，总部位于英国的生物技术公司Oxitec终于通过了监管部门批准，在当地居民和批评家的反对声中首次在美国佛罗里达群岛释放了其转基因蚊子，目的是抑制该地区携带疾病的野生埃及伊蚊种群。此前，Oxitec公司曾在巴西、巴拿马、开曼群岛和马来西亚释放转基因埃及伊蚊。该公司报告称，这些地区的埃及伊蚊数量减少了至少90%。在佛罗里达南端的热带群岛Keys，埃及伊蚊约占蚊子总数的4%。正就该项目与Oxitec公司密切合作的佛罗里达群岛蚊虫控制区人员称，该地区几乎所有传播给人类的蚊媒疾病都是由埃及伊蚊造成的（如图）。埃及伊蚊可以携带寨卡病毒、登革热、基孔肯雅热和黄热病等疾病。在美国，杀虫剂被大量使用以控制蚊虫数量，导致蚊子对杀虫剂产生了抗药性。而转基因蚊子是杀虫剂的替代品，释放转基因蚊子提供了一种无需使用杀虫剂即可控制蚊子数量的方法。Oxitec公司的转基因蚊子都是雄蚊，它们被改造后携带一种致命基因，在与野生雌蚊交配时，该基因会传递给后代。该基因会抑制雌性后代生成一种必要的蛋白质，并导致其在发育成熟前死亡。携带该基因的雄性后代不会死亡，而是成为该基因的携带者，并将其再遗传给下一代。4月底，Oxitec公司在6个地点放置了盒装的蚊子卵。在接下来的12周内，约1.2万只雄蚊会从箱中孵化出来。这次释放将作为初步试验，以便该公司于今年晚些时候对近2000万只蚊子进行第二次试验之前收集数据。

例1下图为在农业生态系统内进行农药防治（喷施DDT）和生物防止（引入天敌）害虫过程中，害虫种群密度消长示意图：

⑴A点开始进行的是__________防治；E点开始进行的是________防治，该防治方式的突出优点是

。

⑵在A点开始的防治中，害虫数量越来越多，即原因是：一方面害虫_________________；另一方面害虫的天敌因____________________

。

⑶一般认为害虫的防治主要是控制害虫种群的大小而不是彻底消灭害虫，试用生态学原理来解释。

⑷图中经济阈值是指害虫种群密度已达到了影响农业生态系统经济效益的最低值，因此图中最需要防治的时间点是

。

⑸根据生物病虫害防治的有关知识，请再列举两种生物防治害虫的方法。

。

⑹现代生物工程还可以通过

技术，使农作物获得

，达到

。答案：⑴农药；生物；不污染环境，不会引起其他次要害虫的泛滥，害虫不会产生耐药性⑵由于DDT的选择作用，具有抗药性的个体比例越来越多；DDT直接毒死或通过食物链的富集作用而被毒死，捕食者的减少使害虫越来越多⑶在害虫不危害农作物的前提下保护生物的多样性，维持生态系统的稳定性⑷ADE⑸引入害虫的寄生天敌，或引入与害虫生存环境相近但不危害农作物的竞争生物⑹基因工程；抗虫基因；抗虫目的

例2．嘉兴地处水乡，畜禽养殖和栽桑养蚕是当地农业的两大支柱产业。在生产总量不断扩张的同时，该县坚持在发展中解决环境问题，优化生态环境，实现了资源的最大化利用。请分析该县农业生态系统结构(部分)示意图，回答问题：（1）与传统农业生态系统相比，该农业生态系统更能净化环境，主要原因是

。（2）该农业生态系统为何能提高经济效益？

。（3）从生态系统稳定性看，该农业生态系统比简单的农田生态系统不易发生虫害的原因是

，请说出两