科学通报 | 柏连阳院士、刘润强教授综述生物与信息技术赋能作物有害生物绿色防控研究进展

近日，河南科技学院刘润强教授和湖南省农业科学院柏连阳院士在《科学通报》生物与信息技术赋能现代农业绿色发展专辑发表综述文章，系统总结了生物与信息技术赋能作物有害生物绿色防控研究进展，文章从生物育种、微生物组工程、RNA生物农药、信息素与代谢工程，以及智能监测预警、绿色农药创制、精准施药等多个维度，全面梳理了近年来我国及全球在智慧植保领域的关键突破。综述指出，以基因编辑、人工智能、RNA干扰等为代表的前沿技术正深度融合，推动植物保护从“经验依赖、化学主导”的传统模式，向“感知智能、决策精准、执行绿色”的智慧植保体系转型升级，为保障全球粮食安全与农业可持续发展提供了新路径。

随着全球气候变暖、跨境贸易日益频繁，有害生物的发生和危害持续加剧，粮食安全面临严峻挑战。传统农业生产长期依赖人力、经验和化学农药，存在防治不及时、抗药性发展迅速、农药利用率低等问题，也导致了生态环境污染。推动植物保护向绿色、智能、高效转型，已成为全球农业科技创新的核心焦点。

在生物育种领域，以CRISPR/Cas9为代表的基因编辑技术实现了对植物感病基因的定向敲除。敲除水稻Os8N3基因可显著提升对白叶枯病的抗性，编辑OsRBL1基因可获得对稻瘟病的抗性，敲除小麦TaPslPKl基因则产生对条锈病的广谱抗性。编辑大豆GmMYC3基因可显著增强对斜纹夜蛾的抗性；通过编辑EPSPS、ALS等靶标基因，作物可获得对草甘膦、氟乐灵等除草剂的稳定耐受性。转基因技术同样成效显著：转Bt基因棉花每年可减少化学农药使用量约1至1.5万吨；转EPSPS基因的大豆、玉米对草甘膦耐受性大幅提高。碱基编辑、引导编辑等新型技术可在不引入外源DNA的情况下实现单碱基精准替换，例如修复水稻HIS1基因片段可恢复其对HPPD类除草剂的抗性。

微生物组工程是作物提高自身抗性的另一重要方向。非致病性丁香假单胞菌衍生物可诱导植物“呼救”响应，富集德沃斯氏菌等有益类群，增强对病原菌的抵抗。核盘菌以内生方式定殖于多种作物后，可提高对赤霉病、条锈病和稻瘟病的抗性。由绿针假单胞菌与枯草芽胞杆菌构建的合成菌群，可显著提升对小麦茎基腐病的防效。苏云金芽孢杆菌工程菌G033A能同时防控鳞翅目和鞘翅目害虫，已完成生物农药登记。

以RNA干扰技术为原理的RNA生物农药被誉为“农药史上的第三次革命”。通过喷雾诱导基因沉默或寄主诱导基因沉默，双链RNA可特异性降解靶标mRNA，抑制有害生物关键基因。全球首款表达双链RNA的转基因玉米MON87411于2017年在美国获准种植，首款喷雾施用型RNA生物农药Calantha™于2023年底获批上市。2025年，美国拟批准第二款产品Vadescana用于防治蜜蜂瓦螨。2026年1月，我国硅羿科技研发的防治烟草花叶病毒病的RNA杀菌剂Tomovircona获得ISO临时批准，成为全球首款抗病毒RNA杀菌剂。昆虫性信息素可用于害虫监测、诱杀和迷向防治；化感水稻品种“PI312777”可有效抑制稗草生长，为生态抑草提供了新策略。

信息技术方面，“空—天—地”一体化的监测预警网络已基本形成（图1）。物联网传感器、无人机高光谱遥感结合深度学习模型，实现了对水稻病害的大范围无损诊断。基于AI图像识别的智能虫情测报灯和昆虫雷达技术，可实时监测草地贪夜蛾、迁飞性害虫等动态。Swin Transformer模型对玉米及7种伴生杂草的识别准确率达99.18%。在绿色农药创制领域，AI极大加速了先导化合物的发现与优化。我国科学家先后创制了毒氟膦、氰烯菌酯等50余个绿色农药新品种。华中师范大学杨光富团队开发了国际首个农药分子设计一体化平台Pesticide Discovery AI，覆盖靶标发现、虚拟筛选、结构优化、毒性与抗性预测全流程。贵州大学郝格非团队构建了国际首个系统性农药信息学平台。在精准施药方面，AI驱动的地面施药器械与植保无人机实现了人、机、药分离。基于叶面积密度与脉宽调制技术的变量喷雾控制系统，相较于恒定式喷雾可省药71.96%，较对靶开关式喷雾省药29.72%。

图1 “空—天—地”一体化的病虫草害监测预警网络

生物技术与信息技术的深度融合，正推动作物有害生物防控向资源高效、环境友好方向转型。然而，这一体系仍面临挑战：基因编辑作物的长期生态风险尚需科学评估；多学科系统集成不足，缺乏统一标准；中小农户应用门槛高，市场激励机制有待完善。展望未来，随着低成本生物技术的普及和智能化水平的提升，从监测预警到自主决策、精准施药的闭环将更加完善，机器人作业有望全面取代人工操作。只有坚持基础研究与应用转化的双轮驱动，才能构建可持续的智慧植保体系，为全球粮食安全提供坚实保障。

湖南省农业科学院柏连阳院士为本文的通讯作者，河南科技学院植物保护与环境学院刘润强教授为本文的第一作者和通讯作者。相关研究得到了河南省重大科技专项(241100110300)和河南省重点研发专项(261111111000)的资助。

文章信息

刘润强，柏连阳. 生物与信息技术赋能作物有害生物绿色防控研究进展. 科学通报, 2026.

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

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