自然生态系统中，生物之间的相互作用广泛存在，其中植物作为基础营养级与众多生物相互作用。研究昆虫和植物之间的互作关系，对揭示昆虫和植物之间相互适应以及共同进化具有重要的科学意义，同时，也将对抗虫作物育种、开发新型农药、生物防治等灾害预警和综合治理提供重要的理论依据。

首都师范大学生命科学学院张爱兵教授组建的“植物—昆虫互作团队”成功入选2022年度“北京市属高校高水平教师队伍建设支持计划”，面向国家和北京市重大需求，聚焦我国农林业可持续发展中的粮食安全和生态安全问题，在科学研究和教学实践中收获了重要成果，为我校实施“攀登计划”和推进“双一流”建设贡献力量。

首都师范大学“植物-昆虫互作团队”部分教师与学生合影

一、保护居民菜篮子安全，做首都生态文明的守护者

在生态环境防护和保障粮食安全问题上，学校生命科学学院张爱兵教授组建的高水平害虫防控与植物抗虫研究交叉创新团队（植物—昆虫互作团队），立足于我国农林业可持续性发展的现实需要，致力于解析京津冀地区自然群落中昆虫与寄主植物互作网络及系统发育关系、昆虫-植物早期互作关系及适应性演化机制和植物抵抗昆虫危害分子响应机制。一方面，研究团队丰富了植物防御害虫与“植物—昆虫互作”理论，具有重要的科学研究意义；另一方面，团队的研究对农林业生态环境保护和农业生产具有重要的指导意义，最终可实现减少农药使用、助力“碳达峰和碳中和”、保障居民“菜篮子”绿色安全。团队利用人工智能技术对昆虫和植物进行识别，聚焦“害虫防控”“植物抗虫”，力图探索我国农林业高质量发展的科技创新之路。

团队教师带领学生观察动植物标本

科研服务人民，笃定了方向就坚持做下去。“五谷者，万民之命，国之重宝。”保障粮食安全始终是国计民生的头等大事。团队带头人张爱兵教授以农林业有害昆虫为研究对象持续耕耘了超过23年，2009年引进到首都师范大学后坚守科研方向，通过连续14年的系统性调查研究，构建了我国北方地区最大的鳞翅目有害昆虫脱氧核糖核酸（DNA）条形码数据库，产生条码新数据13000余条，涵盖有害昆虫23科、835种，为环首都生态安全防控网络的建立奠定了重要基础。

为了解决害虫防控的实际问题，团队以“植物—昆虫互作”为研究主线，以“植物—昆虫早期演化互作”为历史参照，以“自然群落中昆虫与寄主植物互作网络及系统发育关系的精准构建”为基础，解析植物与昆虫相互作用研究领域的关键科学问题。目前，团队已经在蝗虫对植物和农作物的侵害研究上有了突破性的进展，并发表了相应的研究成果。

保护生态环境，让居民“菜篮子”绿色安全。北京市在“十四五”规划中指出，要大力实施绿色北京战略，让青山绿水蓝天成为大国首都的靓丽底色。近年来，害虫对生态环境和人类生产、生活的影响与危害愈发严峻，植食性害虫的危害严重制约植物高产和优产，每年造成农业减产约10%至30%，传统农药的大量使用除了农药残留造成直接的对环境和人们的危害，还会杀死大量的非靶标昆虫（如传粉昆虫），而自然界78%的开花植物和75%的粮食作物依赖动物（主要是昆虫）进行传粉，据统计，种植业总产值的10%都是来源于昆虫授粉。

首都师范大学“植物—昆虫互作团队”通过采用系统发育重建及比较基因组学等方法实现害虫防控，对林草有害生物防治具有重要的意义。团队的研究可有效减少农业生产过程中施用农药的次数和数量，降低农药残留量并减少农药流失，在提高食品安全性的同时兼顾对环境保护的需求。此外，农药使用量的减少还节省了生产过程中的矿物燃料消耗，碳排放也相应减少，在助力“碳达峰与碳中和”方面也有着重要意义。通过新技术的发展，可以有效防止害虫侵害植物和农作物，让生态环境得到更好的改善，让居民吃到更放心的食物。

二、计算机技术赋能动植物，做学科交叉创新的推动者

作为一支高水平的、古今结合、宏观与微观结合、动植物研究相结合的交叉创新团队，谈及团队创立的契机，团队成员施慧教授这样介绍道：“首都师大生命科学学院在昆虫领域和植物领域都有着国内较高的研究水平，之前这两个领域的团队也有过部分合作，借助这次课题申报促进了两个领域形成交叉合力，得以在学科交叉过程中着重发挥不同学科领域专家专长，助力重大科研问题的解决。”

利用人工智能计算机技术，提高害虫识别准确率。基于团队对区域害虫防控问题的研究需要，对植物与昆虫互作网络物种的精准识别是一项重要课题。团队带头人张爱兵教授作为国家杰出青年科学基金获得者，在国际上，为全球害虫识别技术贡献了近50%的方法。此外，团队已经建立了开展项目所需的关键的基于人工智能和组学数据的植物—昆虫互作网络构建方法和数据分析平台，搭建了特色鲜明的有关早期植食性昆虫与植物之间的研究体系，借助人工智能神经网络等计算机分析技术在识别害虫的精度、准度方面更上一层台阶。

基于人工智能、高通量组学的互作网络分析新方法

学科专业交叉研究引领创新思潮。昆虫与植物之间的关系紧密而复杂，其协同演化有着4亿年的历史，在追本溯源的问题上，团队的任东教授从古生物学的专业领域给予了重要的样本支撑。任东教授在古生物学领域深耕30余年，充分依托中国大地丰富的化石资源，采集收藏我国特有的昆虫、植物化石标本超过35万件，地质时代覆盖3亿年前的石炭系到2000万年前的新近系，包含了生物演化的各个重要时间段的化石材料。现在，首都师范大学古昆虫化石馆收藏化石数量超过大英博物馆，位居世界第一，为团队研究的重要科学问题提供了扎实的研究基础和理论支撑。

在古今对照的层面，上古时期植物与昆虫的互作关系和演变过程，对当今的研究有着重要的借鉴意义，同时，团队还将宏观与微观的交叉研究、动物与植物的交叉研究相结合，让科学研究更为立体、全面，有助于团队对问题的探索更深一步。

三、科研引领教学实践，做首师学子心中的引路人

习近平总书记在主持召开科学家座谈会时提出，希望广大科学家和科技工作者肩负起历史责任，坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，不断向科学技术广度和深度进军。这一重要论述不仅为我国的科技事业发展指明了方向，更对科研工作者的责任与使命进行了深刻阐述。

科学研究是服务于国家需求和社会发展的，同时，对学生的能力培养也起到重要作用。团队成员孙成教授秉持着这一想法：“科研的最终目的并不是为了满足自身兴趣或实现个人的功成名就，而是需要在科研的过程中服务于国家战略需求。”

团队教师和学生正在讨论项目最新研究成果

孙成教授也提及了学生培养的重要性，在学生培养过程中教师不仅需要正视并关注学生的具体问题和需求，更要引导学生养成做科研工作基本的能力素养和正确的价值观，引导更多有知识有能力的学生投入到科研事业中，为国家需求和社会发展作出重要贡献。

在学校生命科学学院博士研究生王瑛看来，“最大的收获就是学会了将自己的科研兴趣与新时代社会发展相结合，将自己的成长置于国家需求的背景之下，努力成为一名对社会有用的人。”在团队导师的影响下，王瑛同学在积累专业知识的同时，还培养了独立思考、解决问题、创新思维和团队合作等能力。

团队所带领的其他研究生们也有同感，他们的科研学习生活围绕“植物-昆虫互作”为主题，在实践和学习中均收获了宝贵的知识财富，为学校科研和社会发展做出了自己应有的贡献。研究团队不仅在科研方面立足实际问题，做好基础研究，探索破解良方，在学生培养方面也做着扎实的工作。

未来，首都师范大学“植物—昆虫互作团队”将在现有的研究基础上，进一步研究植物与昆虫的互作网络，挖掘植物的抗虫基因，为精准防控害虫灾害提供创新性解决方案。同时，在科普示范方面开展工作，将创新成果转化成看得见的“生产力”，使研究成果惠及广大人民群众，实现我国农林产业的绿色、高效发展。