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安全、广谱和规模:重庆科技“破题”生物农药

    新华网重庆12月5日电(邵以南)涪陵区白涛工业园区,重庆市政府规划建设的三大化工园区之一,现代煤化工、氯碱化工、氟硅化工等是这里颇具规模的优势主导产业。

    一座占地3万平米的工厂冷冷清清,走在车间廊道,粮食发酵后的气味隐隐飘出,与整个园区的“调性”不太合拍。

    2003年,国内第一例“杀蝗绿僵菌生物农药”面世,在北方十省主要蝗区推开应用,防蝗效率达80%-90%;2009年,“杀虫真菌农药共性关键技术研究与产品研制”获重庆市技术发明一等奖;2011年,国内第一例广谱性绿僵菌生物农药走出实验室,于云、贵、川、渝等地展开田间试验,实验证明能有效防治水稻、蔬菜、玉米、茶叶、烟草等作物的虫害;2017年,广谱性杀虫绿僵菌油悬浮剂和可湿性粉剂完成农业部田间试验,原药和制剂获得了国家新农药登记和生产许可。

    若非将“准生证”稳稳收入怀中,重庆聚立信生物工程有限公司和他们的首席科学家夏玉先,绝不会公开承认,这座今年9月刚刚建成投产的工厂,正是全球规模最大的真菌类生物农药生产基地。目前能满足机械化年生产3000吨杀虫真菌农药,达产后可年产制剂2.8万吨,与当下国际先进的小批量人工发酵判若云泥,使我国成为真正能够规模化生产安全高效、无公害、无残留、无抗药性,广谱性杀虫真菌类生物农药的国家,令丹麦诺维信、德国拜耳等行业跨国巨头艳羡不已。

    生物农药:为何“洛阳纸贵”?

重庆大学基因工程研究中心实验室。新华网发

    16个纱网箱子内爬满蝗虫,垒成近2人高,异味呛人又刺鼻。这般常人难以忍受的环境,就是夏玉先终日浸淫的实验室。

    “我的信念从来很简单——解决问题。”

    “实用主义”,是他为自己的科研历程贴上的标签。

    1986年从四川农业大学林学专业毕业后,夏玉先被分配到南充林科所。是年恰逢国内首个柏木良种基地立项,他被指定负责该项目,选育柏木良种,可谓天时地利人和。“但从幼苗到速生期要足足30年,这辈子就搭进去了。”夏玉先笑道,当年的想法虽然幼稚,但也从某种意义上成就了他对农业病虫害防治的执着。

    1991年,夏玉先进入西南农业大学转向研究棉花育种;1996年,获中英政府奖学金进入英国巴斯大学,师从国际著名昆虫病理学家基斯•查恩利和分子生物学家约翰•卡拉克森,攻读生物化学专业博士;2000年,他以重庆大学海外引进人才的身份,创建了重庆大学基因工程研究中心,通过生物手段开展农业病虫害防治研究。

    事实上,在早年钻研棉花育种时,夏玉先就对化学农药之于农作物毒性高、残留重、目标害虫抗药性强的问题感到头疼:长期依赖和大量使用有机合成化学农药,已经带来了众所周知的环境污染、生态平衡破坏和食品安全等一系列问题,对推动现代农业实现科学发展带来诸多不利影响。

    与之相反,利用生物活体(真菌,细菌,昆虫病毒,转基因生物,天敌等)或其代谢产物针对农业有害生物进行杀灭或抑制的生物农药,对人畜安全,生态环境影响小。然而公开资料表明,生物农药的市场占有率始终相当有限,1995年前后,生物农药占世界农药总销售量的1.3%;时至今日,我国有260多家生物农药生产企业,仅占全国农药生产企业的10%,生物农药制剂年产量近13万吨,年产值约30亿元人民币,农药总产量和总产值占比均不到10%。

    “在我们国家,研究生物农药从上世纪50年代就开始了。第一代生物农药包含尼古丁,生物碱,鱼藤酮类,除虫菊类和一些植物油等等。”夏玉先告诉新华网,许多因素限制了生物农药的成长:生物农药通常不具广效性,且和化学农药相比生效较为缓慢,产品保质期限较短,生产成本较高。

    “说直白一点,就是杀虫广谱和生产效率。”夏玉先进一步解释说,“杀灭对象单一,显然不能满足现代农业生产中病虫害综合防治需要;规模化生产关键技术缺乏,使得市场上生物农药产品比普通化学农药的价格普遍高50%以上。”

    解开昆虫病理的“基因密码”

位于重庆市涪陵区的聚立信生物工程有限公司,是目前全球最大的真菌类生物农药规模化生产基地。新华网发(万难 摄)

    在研究昆虫病理学时,夏玉先注意到了昆虫病原真菌致病机制,这是一种来于自然,归于自然,正常的物质循环方式,也是真菌类生物农药区别于化学农药的本质特征,能够将农药的对人畜和生态的危害降到最低程度。

    “让害虫生病”的密码,是基因。

    科研团队从基因角度出发,研究不同菌种的基因组,寻找出能作用于更多寄主的菌种。以此为导向,绿僵菌与蝗虫间的病理关系率先进入了他们的视野。

    绿僵菌是能够寄生于多种害虫的一类杀虫真菌,代表种类有金龟子绿僵菌、罗伯茨绿僵菌和蝗绿僵菌等。不同种类的杀虫范围不同,如金龟子绿僵菌为广谱性杀虫真菌,而蝗绿僵菌只能感染蝗虫等直翅目昆虫。绿僵菌的作用机理,是通过体表入侵进入害虫体内,在害虫体内不断增繁殖通过消耗营养、机械穿透、产生毒素,使害虫致死,并不断在害虫种群中传播,感染其它未接触过农药的同类害虫。

    这个全部由跨学科人才组成的团队,承担了具有独立自主知识产权的“杀蝗绿僵菌生物农药”和多项相关的基础研究课题。他们巧妙利用大米作原料,并发明固态发酵技术生产线,生产出了能杀死蝗虫的生物农药,这也是国内第一例国家登记的“杀蝗绿僵菌生物农药”。

    2003年,沙坪坝区井口工业园为重庆大学基因研究工程中心提供了科技成果的转化平台。短短3年时间,夏玉先团队的工作正从基础研究走向产业化。

    “杀蝗绿僵菌生物农药”显威力

夏玉先(右)与科研人员交流。新华网发

    2005年,华东小麦产区,夏粮收获渐行渐近。夏玉先和他的“杀蝗药”打算北上应战。

    “山东省地处黄河下游,深受蝗灾危害。”夏玉先告诉新华网,“农作物收获前半个月是绝不能喷洒化学农药的,这是常识。”

    在此之前,最有效的灭杀蝗虫办法是实时监控,用飞机喷洒化学农药,该方法杀虫率高、灭杀范围广,而且以化学防治为主的防治方式只能应一时之需,不能保证长治久安;山东省有关部门亦曾在东营搞过培育蝗虫天敌:中华雏蜂虻的实验,不一而足。

    播撒“杀蝗绿僵菌生物农药”7天左右,蝗虫纷纷死亡。“杀死了虫,田间地头却不见尸体!”山东省植保工作人员惊叹不已。

    “听到这句话,我的心情顿时放松下来。”原来,这种“杀虫不杀人”的“生物武器”专门针对蝗虫,对人类、水体、土壤没有污染、保证了环境安全、并有效地避免了化学农药毒性高、有残留、抗药性的难题,进而保护了耕地生态,蝗群的尸体,正是被其它物种啃食掉了。

    千亩水稻试验:聚焦“广谱性”

    2006年,夏玉先团队的科研项目被列为“十一五”国家863计划生物农药专项。这一次,他们的目光,聚焦在真菌类生物农药广谱性上。

    研究主要切入点,是困扰南方水稻产区的虫害。

    数据显示,我国常年水稻种植面积约4.5亿亩,病虫害年均发生面积14.5亿亩次。2002年至2012年,年平均危害损失520万吨,占粮食总损失的53.5%。水稻害虫常见种类有40多种,其中二化螟、稻纵卷叶螟、稻飞虱等危害最为严重,可导致水稻大幅度减产。在使用农药进行控制的条件下,常年虫害造成的损失仍占水稻总产量的5%以上。

    能不能只利用一个菌种,杀灭水稻全生育期内可能出现的所有主要害虫?在绿僵菌进化关系上,团队研究发现,绿僵菌由专性菌经中间过渡种类向广谱菌方向进化,期间伴随基因扩张,尤其是破坏素等杀虫毒素基因只存在于广谱菌中,从而便于适应更多的昆虫寄主。科研人员在100多种绿僵菌株中,找到了具有广谱性的金龟子绿僵菌,在农业部支持下,于2011年起在湖北、湖南、广东、广西、四川、贵州、重庆、江西、海南等水稻主要产区先后进行数千亩的试验示范和大面积应用,近100个试验示范点。

科研团队绿将僵菌生物农药率先应用到试验田中。新华网发

    对农药的试验需要达到什么效果?夏玉先给出了5条标准。

    微毒。其有效成分来源自然界微生物,完全可以满足有机、绿色农作种植和稻鱼、稻鳝混合种养殖。

    选择性强。只对害虫有作用,对人畜及各种有益生物(包括动物类害虫天敌、昆虫类害虫天敌及鱼、虾等水生生物)比较安全,对非靶标生物的影响也比较小。

    高效、广谱、无残留。能够防治多种作物全生育期的主要害虫,可以避免化学农药杀虫谱不能够完全覆盖的作物主要害虫,且存在农残缺陷。

    害虫不易产生抗药性。具有在害虫群体中传播的能力,在一定的条件下,具有定殖、扩散和发展流行的能力。不但可以对当年当代的有害生物发挥控制作用,而且对后代或者翌年的有害生物种群起到一定的抑制,具有明显的后效作用,并使害虫难以产生抗药性。

    使用简单便捷。作物全生育期具有多种重要害虫,农民往往需要准确辨认害虫并正确选用化学农药才能有效防止害虫。广谱生物农药应能够防治作物全生育期的主要害虫,不需要准确辨认,见虫即可施药。

    试验结果达到甚至超出了科研团队预期。数据显示,多年多区域的试验、示范和大面积应用均未发生减产,在使用过程中对空气、水源、土壤友好。

    推进技术转化 持续攻关拓展防控领域

    “如果技术得不到转化,科学家的梦想是难以实现的。”据夏玉先介绍,他与家人投资组建团队还研制出了基于固态发酵技术专门的机械设备,能够满足规模化生产需要。重庆聚立信生物工程有限公司正是利用全封闭全固态一体化发酵技术及设备,于2015年在涪陵白涛化工园区建设工厂,今年9月正式投产,具备了规模生产的能力。

    重庆博恩科技集团有限公司,是该企业主要资方。新华网注意到,曾在TMT(数字新媒体)领域大展拳脚的博恩集团,投资重心近些年正在向环保和食品安全行业转向。据董事长熊新翔介绍,企业目前已经将“沙漠土壤化”生态恢复技术用于内蒙古阿拉善盟乌兰布和沙漠中试基地,前不久还成功受让中科院合肥物质科学研究院重金属土壤及盐碱地修复技术与制备剂专利。目前,博恩的投资行为已涉足空气、水、土壤、生物农药、生物肥料、生物医药、新材料、包装安全等多个领域,硅藻精土污水处理工艺、负氧离子生成技术、有机农业全程综合防控技术等也是其未来关注的重点。

    近年来,我国已先后淘汰了六六六、滴滴涕、甲胺磷等40多种剧毒、高毒类农药。依照有关国际公约,到2020年,除了个别必须保留的高毒农药品种外,我国还将淘汰禁用其他高毒农药,生物农药的占比会大幅提高,且许多有害生物都缺乏相应的生物农药,市场空间巨大,前景被普遍看好。

    谈及接下来的工作,夏玉先打算依托企业与国内外微生物农药研发机构合作,在未来5年建成国家级生物农药研究所,不断开发新产品,满足日益增长的市场需求,力争实现对主要粮食作物的全程生物防控,并向更多经济作物领域扩展。

编辑: 邵以南
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