植保新技术“阿泰灵”走出中国,服务世界

文章来源:中国农业科学院植物保护研究所作者: 点击数:发布时间:2017-01-05【字体:   

我国是世界第一的农药生产和使用大国,单位面积平均化学农药的用量比世界平均用量高2.5-5.0倍。我国每年遭受残留农药污染的作物面积达12亿亩,其中污染严重的比率达40%,特别是蔬菜、水稻、果树和茶叶等作物农药用量和农药残留问题居于首位。
  近年来,每年仅因蔬菜农药残留超标导致的中毒事故就达10万人次,每年因农药残留超标造成的外贸损失高达70亿美元。2010年在海南发生的“毒豇豆”、“毒节瓜”事件在全国范围内造成了恐慌性的影响,严重威胁人类的身体健康。随着人们对绿色和有机食品需求不断提升,农业生产对生物农药的巨大需求已迫在眉睫。为改变农业生产过分依赖化学农药的现状,各国政府正在积极寻求化学农药替代品及技术,改善环境,确保食品安全。

颠覆传统,十年磨一剑

  化学农药过量和不合理使用给粮食安全和环境污染造成了严重威胁,创制新型生物农药减量化学农药是实施我国可持续农业的战略需求。植物具有的先天免疫系统能抵御病原菌的侵染而减轻病害发生,基于增强植物免疫力的新农药筛选模式,是当前农药研制的新策略,并成为生物农药发展的新生长点。农药的研制大多是以杀死或抑制病原菌为靶标,而忽视了调动植物自身免疫能力的指标。
  上世纪90年代,在美国康奈尔大学做访问学者及在Eden生命科学股份有限公司工作时,现任中国农科院植保所副所长的邱德文研究员从事的就是植物抗性蛋白质的研究。当时,康奈尔大学的科学家发现了植物体内抗性物质超敏蛋白,并将该种天然产生的蛋白质开发成能应用于农作物上的农用生物技术产品。邱德文清楚地记得,当时有评价称,“用蛋白质来治疗植物的病虫害是农药行业的革命”。而他本人也因在此领域研究成果突出,被美国环境保护委员会授予了2001年美国总统绿色化学挑战奖。2002年,在美国从事了8年相关研究的邱德文归国。回国后,他主持了“863”计划 “新型多功能 农药创制关键技术研究与产品开发”课题,开始尝试用一种新的思路,研制一种诱导免疫的农药。“抗性物质本身存在于植物体内,但是处于失活状态,必须要外部因素来诱导。简而言之,诱导就是要激活植物体的免疫成分。”中国农业科学院植保所邱德文研究员在接受《中国科学报》采访时指出。
  作为团队首席专家,邱德文带领研究团队筛选了弱致病性病原真菌,获得能高效提高植物免疫的极细链格孢菌株,分离纯化高活性热稳定蛋白,通过高效蛋白生产加工工艺,并添加增效因子氨基寡糖素,配制成 6%寡糖•链蛋白可湿性粉剂——阿泰灵。阿泰灵一方面可抑制病毒基因表达,控制病毒繁殖,另一方面还能通过细胞活化作用,修复受害植株损伤,促根壮苗。同时,它可激发植物体内基因表达,产生具有抗病作用的几丁酶、葡聚糖酶及PR蛋白等,诱导植物产生多重防御反应,提高自身的抗病能力,起到抗病防虫作用。自2003年立项以来,先后获得国家发明专利7项,发表相关研究论文40余篇,出版专著2部。
  2013年12月25日,受农业部科技教育司委托,中国农业科学院科技管理局组织专家,对邱德文科研团队完成的“激活植物免疫的链格孢菌蛋白生物农药创制”进行了成果鉴定,并提出以下主要鉴定意见:
  (1)该成果以植物免疫学理论为基础,以诱导免疫、提高抗性为筛选目标,首次从真菌“极细链格孢菌”中分离出具有激发植物免疫的2种新蛋白质PeaT1 和Hrip1,并鉴定了其在烟草细胞膜上的识别靶标蛋白。
  (2)建立了极细链格孢菌激活蛋白的高效发酵、提取工艺及其制剂加工技术,实现了2种激活蛋白产品的规模化生产。
  (3)首次创制了具有我国自主知识产权的真菌蛋白农药3%极细链格孢激活蛋白可湿性粉剂和防治植物病毒病的蛋白生物农药6%寡糖•链蛋白可湿性粉剂。
  鉴定委员会认为该成果研制的两种激活蛋白农药对多种植物病害具有较高的防治效果,取得了显著的经济效益、生态效益和社会效益,为激活蛋白类生物农药的研发提供了理论和技术支撑。该成果总体达到了同类研究的国际先进水平,建议加大推广应用力度。

蛋白激发子的结构

 

 

蛋白激发子的作用机制解析

 

 

蛋白质生物农药生产线


  2014年,历经10年多的时间,我国首个抗病毒蛋白生物农药“阿泰灵”——6%寡糖•链蛋白可湿性粉剂获得国家农药登记,正式面世。阿泰灵颠覆了以“杀灭”为主的传统植保观念,其最大特点在于通过诱导植物自身免疫,增强植物抵抗能力,改善植物的健康状况,以此抵御病虫害的侵扰。

我国第一个抗植物病毒蛋白质生物农药


  2015年12月中国科学报对我国首创植物免疫蛋白质农药-阿泰灵进行了报道,邱德文研究员在接受采访时说道:“传统农药集中于如何快速、及时、准确地杀灭病虫害。使用传统农药好比‘头痛医头,脚痛治脚’,效果立竿见影。然而,在实际操作中,为‘疗效’而滥用农药的现象却非常严重。而长时间过量使用农药,给环境、生态和健康带来了后患。阿泰灵的理念不是杀灭而是诱导免疫。其最大的特点在于提高了植物本身的免疫能力。就像人打了疫苗一样,可以不生病或少生病,减少打针吃药的次数。同理,植株健康了,也可以大大降低农药使用量。”

推广应用,前景巨大

  自面世以来,阿泰灵在全国28个省市区县进行了多年、多地、多作物品种的田间示范与推广应用,累计应用面积达1000余万亩。在水稻、玉米、烟草、柑橘、茶叶、草莓、蔬菜(辣椒、番茄、甘蓝、黄瓜)等作物上对病毒病、立枯病、软腐病、灰霉病和叶斑病等病害控制效果达65%以上,提高产量10%以上,并能改善农产品品质。使用阿泰灵处理的农作物田可减少化学农药使用量30%左右。目前,产品应用的面积不足潜在市场的1%,发展前景巨大。

蛋白质生物农药在玉米上的推广应用

 

国际合作,走向世界

  美国爱利思达生命科学有限公司(Arysta Life Science)是世界知名的农化公司。该公司在法国圣马洛实验室对阿泰灵产品进行了14个月、多批次的样品全组分分析、室内生物测定以及美洲、非洲、亚洲等8个国家开展的35 项试验,结果表明:“阿泰灵”能有效提高植物免疫力,控制病害发生,促进植物根系生长,且安全环保无残留。爱利思达全球市场经理Paula评价说,“阿泰灵的核心技术是行业内“独一无二”的;对柑橘、烟草及部分蔬菜等农作物的病害控制来说,是创新和有效的手段”。2016年2月22日,爱利思达公司与中国农业科学院植物保护研究所签署了“阿泰灵”的海外独家代理合作协议。这是中美两国签署的首个生物农药海外独家代理合作协议。
  同年3月16日,中国科学报在农业周刊版以“生物农药阿泰灵出国记”为题报道了中国农业科学院植物保护研究所与美国爱利思达生命科学有限公司签署合作协议的消息,盛赞了这一国际合作。媒体的报道对阿泰灵的应用和生物农药行业的发展起到积极的推动作用。