植物免疫激活蛋白實(shí)驗(yàn)田
“以前,人們?cè)诜乐无r(nóng)作物病蟲害時(shí),關(guān)注的是‘害蟲死沒死’,但現(xiàn)在越來越多的農(nóng)民開始更加關(guān)心‘作物健不健康’。”最近,經(jīng)常在一線和農(nóng)戶打交道的中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所副所長(zhǎng)邱德文發(fā)現(xiàn)了這一觀念的悄然轉(zhuǎn)變。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),人類和動(dòng)物可以對(duì)某些疾病具有免疫能力,從而研制出了疫苗,以此保障身體健康。
那么,能不能開發(fā)出針對(duì)植物的疫苗來促進(jìn)農(nóng)作物健康?
經(jīng)過多年的研究和實(shí)驗(yàn),邱德文便是國(guó)內(nèi)外少數(shù)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的學(xué)者之一。他和他的團(tuán)隊(duì)研發(fā)的植物免疫激活蛋白已在國(guó)內(nèi)成功應(yīng)用,在保障農(nóng)作物健康特別是增產(chǎn)方面起到了顯著作用,正在成為促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的新利器。
植物疫苗:國(guó)內(nèi)外站在同一起跑線上
植物疫苗,對(duì)農(nóng)戶來說可能還是個(gè)新鮮事物。但是對(duì)植物抗病能力的發(fā)現(xiàn)可以追溯到100多年前,當(dāng)時(shí)人們就觀察到植物可產(chǎn)生對(duì)一些病害的抵抗能力。
上世紀(jì)50年代,Kuc等人通過一系列實(shí)驗(yàn),成功證明了在外界因子作用下,植物能產(chǎn)生誘導(dǎo)抗性,從而抵抗病原菌入侵,抑制病原微生物生長(zhǎng),使植物免生病害或減輕病害,并提出了植物免疫這一概念。
上個(gè)世紀(jì)70年代以來,分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,使植物免疫學(xué)研究不斷獲得突破,尤其是近10年來有許多新的進(jìn)展。
進(jìn)入到本世紀(jì)以來,Nature、Science等雜志的多篇科研論文證實(shí),植物確實(shí)具有免疫力。
在此基礎(chǔ)上,科學(xué)家們希望能夠研制出植物疫苗。邱德文研發(fā)的“植物免疫激活蛋白”便是其中的重要品種之一。
據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物防治研究所前所長(zhǎng)楊懷文向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者回憶,2002年左右,農(nóng)科院面向全球招聘人才,剛剛在前一年獲得美國(guó)環(huán)境保護(hù)委員會(huì)“美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”的邱德文作為“中國(guó)農(nóng)科院首批一級(jí)崗位杰出人才”被引進(jìn)國(guó)內(nèi)。
美國(guó)授予邱德文上述獎(jiǎng)項(xiàng),正是因?yàn)槠溆嘘P(guān)研究促進(jìn)了全球第一個(gè)植物免疫激活蛋白生物農(nóng)藥的誕生。在獎(jiǎng)狀上可以看到這樣的評(píng)價(jià):“A Green Chemistry Revolution in Plant Production and Food Safety.”(一場(chǎng)食品安全與植物生產(chǎn)中的綠色化學(xué)革命。)
邱德文介紹,激活蛋白的抗病原理是:激活蛋白可以作用于植物葉表面的細(xì)胞膜受體蛋白,當(dāng)膜受體蛋白接收激活蛋白的信號(hào)后,通過植物體內(nèi)的一系列信號(hào)傳導(dǎo),激活與抗病性相關(guān)的代謝途徑,產(chǎn)生具有抗菌活性的水楊酸和茉莉酸等物質(zhì),使植物自身獲得對(duì)病菌的免疫抗性。
回國(guó)后,邱德文繼續(xù)從事植物免疫激活蛋白的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化研究。
楊懷文表示,我國(guó)不少科研領(lǐng)域落后于發(fā)達(dá)國(guó)家,大多在追趕國(guó)際先進(jìn)水平,而在植物疫苗方面,我國(guó)已有一支分布在科研單位、大專院校的科研隊(duì)伍,和發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)缀跬瑫r(shí)起步,無論是機(jī)理還是疫苗制劑的研究,都在國(guó)際同一起跑線上。
邱德文一直希望自己的研究可以讓農(nóng)作物更加健康,結(jié)出安全、口感好、營(yíng)養(yǎng)豐富的果實(shí)。如今,他對(duì)植物疫苗的研發(fā)也終于開始結(jié)出累累碩果。
是農(nóng)藥,也是肥料
那么,這一生物農(nóng)藥領(lǐng)域的“碩果”都有哪些特點(diǎn)?
植物疫苗不同于傳統(tǒng)的殺菌劑,邱德文對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者表示,它們不直接作用于病原菌,而是通過激發(fā)植物自身的免疫反應(yīng),使其獲得系統(tǒng)抗性,對(duì)病害產(chǎn)生廣譜抗性,從而起到抗病增產(chǎn)的作用。
“一方面可以起到激活植物免疫抗性、減少或減輕植物病害的作用,減少化學(xué)農(nóng)藥的使用量,另一方面還可以增加葉綠素含量、促進(jìn)植物根系生長(zhǎng),起到肥料的作用,提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。”邱德文說。
實(shí)際應(yīng)用證實(shí)了上述判斷:激活蛋白初試產(chǎn)品性能穩(wěn)定,便于規(guī)?;a(chǎn),產(chǎn)品無毒、無殘留??捎糜谥参锏陌璺N、浸種、澆根和葉面噴施。經(jīng)對(duì)40多種植物的室內(nèi)盆栽和田間實(shí)驗(yàn)表明,對(duì)病蟲害的防治效果為40%~80%,提高作物產(chǎn)量10%~20%。
在眾多有關(guān)應(yīng)用研究的報(bào)道中,激活蛋白具有苗期促生根、營(yíng)養(yǎng)期促生長(zhǎng)、生殖期促結(jié)果和防病抗蟲的作用。
激活蛋白現(xiàn)已進(jìn)行規(guī)?;a(chǎn),在北京、河北、河南、山東、廣西等地進(jìn)行了煙草、柑橘、草莓、桃、葡萄、白菜、水稻等作物田間試驗(yàn)示范推廣10萬畝以上,對(duì)多種植物病害綜合防效可達(dá)60%~70%,增產(chǎn)10%以上,同時(shí)能顯著提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和商品價(jià)格。
丹東方綠有機(jī)產(chǎn)業(yè)有限公司董事長(zhǎng)秦玉元告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者,使用植物免疫激活蛋白之后,藍(lán)莓產(chǎn)量增加了25%,草莓增產(chǎn)不低于10%。
此外,邱德文的研究成果還獲得了第三屆北京發(fā)明創(chuàng)新大賽金獎(jiǎng)。
施藥觀念正在轉(zhuǎn)變
植物免疫激活蛋白生產(chǎn)商普綠通(北京)生物科技有限公司技術(shù)總監(jiān)馬培華近兩年都奔忙于全國(guó)各地,給農(nóng)民講課,介紹激活蛋白的特點(diǎn)和使用方法,并通過小規(guī)模實(shí)驗(yàn)向農(nóng)民證實(shí)其效果。
她發(fā)現(xiàn),農(nóng)民的施藥觀念正在發(fā)生變化:“以前農(nóng)民基本都是見到蟲子才打藥,而現(xiàn)在開始注意提前預(yù)防。人體接種疫苗的有效體驗(yàn)也讓他們不難接受植物疫苗。”
秦玉元表示,當(dāng)時(shí)他雖然并不了解植物免疫激活蛋白到底是怎么一回事,但他知道,年老體弱的母親在醫(yī)院打過丙種球蛋白之后,身體素質(zhì)有了明顯改善。這讓他愿意選擇嘗試植物疫苗這種新事物。
河北農(nóng)大眾邦生物工程公司業(yè)務(wù)經(jīng)理郭秀清表示,某農(nóng)戶在甜瓜作物上將激活蛋白和抗菌劑聯(lián)合使用了一次之后,當(dāng)年就再?zèng)]使用其他農(nóng)藥,效果卻出人意料的好,引來其他農(nóng)戶紛紛前來參觀。
盡管已經(jīng)取得了上述成果,作為激活蛋白研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵人物,邱德文卻顯得非常冷靜和客觀:“使用激活蛋白只是農(nóng)作物增產(chǎn)的手段之一,并不意味著可以完全替代其他農(nóng)藥。就好像人打了疫苗之后,碰到預(yù)防不了的疾病照樣得吃藥。但打疫苗肯定對(duì)提高免疫力很有幫助。”
接下來,他將致力于研發(fā)出對(duì)不同作物、不同品種更有針對(duì)性的植物疫苗,把植物疫苗做得更好。
談到目前面臨的困難,邱德文表示,由于植物疫苗屬于新事物,國(guó)家農(nóng)藥登記有關(guān)規(guī)定中尚無適于植物疫苗的登記類別,暫時(shí)只能按植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等類別來登記,這在一定程度上影響了其推廣應(yīng)用。
他希望國(guó)家能夠根據(jù)植物疫苗的特點(diǎn),出臺(tái)新版農(nóng)藥登記規(guī)定,以促進(jìn)植物疫苗產(chǎn)業(yè)發(fā)展。