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抗病免疫激活剂发展迅速,是作物健康栽培的重要手段

作者:《农药快讯》《现代农药》 柏亚罗 更新时间:2017-11-27

    中国工程院院士、贵州大学副校长宋宝安在农药创制领域作出了重要贡献,尤其深耕于植物抗病免疫激活剂的研究与开发,发现了多个该类产品,并取得了登记,实现了量产,服务于农业生产。宋院士团队创造性地提出了基于作物健康导向的“全程免疫”防控技术,将“农艺措施、生态防控、物理防控和化学减量防控”有机集成,实现作物的健康栽培。

 

    11月22日,宋宝安院士在“第三十三届中国植保信息交流暨农药械交易会”高峰论坛与信息发布会上,做了题为“作物健康导向下免疫激活剂研发与应用”的精彩报告。

 

    据宋院士介绍,世界粮食安全面临严峻挑战,我们需要在不断减少的耕地面积上养活更多的人。根据美国农业部的资料,停止使用农药将导致作物减产30%,农产品提价50%~70%。FAO的统计数据显示,农药使用可以挽回作物损失30%~40%。正如诺贝尔奖获得者、小麦育种学家Noman K. Borlang所言:“没有农药,人类将面临饥饿的危险。”

 

 

中国工程院院士、贵州大学副校长宋宝安

  

生态农药是减量增效的有效手段

    作物生产离不开农药,然而农药的过度使用,又会给环境和人类健康构成严重威胁。2015年,农业部提出了化肥农药零增长行动计划。宋院士指出,开发生态农药是农药减量增效的有效途径之一。

 

    生态农药是天然物或天然修饰物,高效低风险,对有益生物和生态环境安全。研究人员以生物源或天然物作为先导,开展生态农药的分子设计研发。

 

    近年来,国家提出了绿色发展理念。宋院士说,作物健康栽培是贯彻绿色发展理念的重要组成部分。

 

    农作物全程健康栽培是从种子萌发到作物收获全程一体化综合管护,涉及土壤要素评价、土壤综合修复、植物营养需求、肥料应用、给水灌溉、病虫害综合防治、作物品质提升等,它是以作物为核心,基于生长发育需求,结合生长环境等要素,所制定的一套涵盖植物全程生长的措施,具有农业投入品经济安全、资源节约、环境友好、生态优先的优点。

 

    宋院士团队一直致力于生态农药的研究,他们发现的多个植物抗病免疫激活剂有力地推动了作物健康栽培的实现。

 

植物抗病免疫激活剂的研究开发

    植物具有类似于高等动物的免疫防御系统,它对植物防御病虫为害、抗逆境等具有重要的调控作用。2006年,美国科学家首次在《Nature》上提出植物免疫系统的概念;2007年,德国科学家在《Science》上发表文章指出,自然界中的植物具有特殊的可以识别细菌、病毒和霉菌等微生物入侵的免疫传感器。

 

    水杨酸(SA)信号通路是与植物抗病密切相关的通路,研究人员对该通路的结构、调控机理的研究已比较透彻,这对抗病免疫激活剂的筛选和应用具有重要的指导作用。

 

    我国在植物免疫激活剂领域积极开展研究,并取得了一些成果。其中,最典型的产品是氨基寡糖素。作为植物生长调节剂,氨基寡糖素目前在我国登记了60多个产品。

 

    迄今,全球共有20多个具有免疫诱导抗病功能的农药取得登记,但只有香菇多糖以“植物抗病诱导剂”的农药类别进行登记。其他大部分有效成分在农药分类方面还没有统一标准,通常被归类在抗植物病毒中。我国当前以“植物抗病诱导剂”进行登记的药剂也只有香菇多糖。

 

    目前,由国外公司开发的具有抗病诱导功能的农药品种有:Messenger、苯并噻二唑(BTH)、KeyPlex腐殖酸、烯丙苯噻唑、Sereenade、昆布素、Oxycom、Chitosan、Actigard、NCI、吡唑醚菌酯等。已在我国登记的具有抗病诱导功能的农药品种有:植物激活蛋白、S-ABA、S-诱抗素、氨基寡糖素、甲噻诱胺、香菇多糖、井冈霉素、氟唑活化酯、毒氟磷等。

 

多个植物抗病免疫激活剂问世

    近年来,植物抗病诱导剂(即植物免疫激活剂)的发展风起云涌。宋院士团队长期从事该类产品的研究,发现和开发了毒氟磷、Vc免疫剂、甲磺酰菌唑、氟苄噁唑砜、香草硫缩病醚等多个具有自主知识产权的产品。

 

    2000年以来,他们以天然氨基膦酸、氨基酸为模板,历经5年仿生合成千余个新化合物,进行化合物活性筛选,最后通过引入氟原子及苯并噻唑杂环基团,提高了分子成药性和活性,创制出毒氟磷。

 

    毒氟磷是全球首个免疫诱抗型农作物病毒病调控剂,低毒、低残留,对非靶标生物安全,对环境友好。其大鼠急性经口LD50>5,000 mg/kg;亚慢性、慢性毒性和致癌合并试验均为阴性;大鼠遗传、致畸、致突变毒性试验亦为阴性;环境毒理学试验(对非靶标生物)均为低毒。糙米中最终残留<0.05 mg/kg,番茄中最终残留<0.08 mg/kg。

 

    毒氟磷目前已有4项发明专利获得授权,分别为:ZL200510003041.7、ZL02113252.6、ZL200910102561.1、ZL201010159758.1。

 

    宋宝安团队揭示了毒氟磷抗水稻病毒病的免疫激活作用机制。研究发现,毒氟磷通过上调POD酶的表达量,增加水稻体内ROS水平,使水稻植株中SA的含量增加,激活水稻的SAR免疫途径,形成大量PR蛋白,从而激活植物抗性能力。

 

    2016年,广西田园生化股份有限公司在我国正式登记了98%毒氟磷原药和30%毒氟磷可湿性粉剂。制剂产品登记防治水稻黑条矮缩病和番茄病毒病。广西田园独家建成了年产200吨毒氟磷原粉生产装置,通过无溶剂催化合成,实现了清洁化生产,总收率达80%,纯度为98%。

 

    宋宝安团队还开发了国内第1个正式登记的Vc免疫剂,即植物生长调节剂“6%抗坏血酸水剂”。该产品已在水稻、烟草、果树、蔬菜、茶叶等作物上广泛应用。可促进水稻秧苗早生、快发,能使稻株整齐健壮,营养生长期加长,有利于干物质的形成和积累;明显促进小麦的生长发育,提高小麦的免疫能力;显著降低马铃薯晚疫病的发病率;显著提高辣椒的抗病能力;提高茶叶抗病能力及品质。

 

    该研究团队从没食子酸出发,发现了对多种植物细菌性病害具有较好生物活性的新型杂环类农药甲磺酰菌唑。其低毒,对水稻白叶枯病及条斑病等细菌性病害均有较好的防效,其药效相当于或高于中生菌素和叶枯唑等。

 

    他们还创制了抗细菌剂氟苄噁唑砜,发现了其免疫激活作用机制。氟苄噁唑砜能诱导水稻体内过氧化物酶、几丁质酶及超氧化物歧化酶等病程相关蛋白表达量显著上调,从而激活植株的主动防御体系。该产品能提高水稻体内NPR1、NOS、PAD4及POX等水杨酸信号通路关键基因的表达量,激活水稻SA信号通路,从而提高水稻的抗病能力。氟苄噁唑砜对水稻白叶枯病、条斑病及柑橘溃疡病等细菌性病害均具有较好的抑制活性。

 

    以天然产物“香草醛”为先导,宋院士团队经过结构多样性研发,发现了高效低风险免疫激活剂香草硫缩病醚。该产品低毒,对蜜蜂、家蚕、鸟类安全。生测试验表明,香草硫缩病醚对水稻有促生长作用,对CMV(黄瓜花叶病毒)有保护活性;它与氨基寡糖素的复配产品抗CMV和PVY的活性防效提高了15%以上。

 

    香草硫缩病醚的化合物专利现已转让给海南正业,目前正在进行产业化开发。

 

    宋院士团队还发现了诱导植物免疫激活剂F27及其作用机制。F27处理烟草后,能明显调控蛋白表达量上调,增强光合作用和提高NADPH水平,最终激活寄主的抗性功能。

 

基于作物健康导向的全程免疫防控技术

    农作物病毒病是农业生物灾害防治中的世界性重大难题。宋宝安团队开创性地提出了基于作物健康导向的全程免疫诱抗生态调控技术,并取得了突破性进展。他们率先提出以免疫诱抗为核心的生态调控理念,创新构建了“全程免疫”防控水稻黑条矮缩病新策略,有效解决了这一病毒病防治难题。

 

    研究团队创造性地开发了抗病毒剂毒氟磷与吡蚜酮相结合的“全程免疫”防控技术,针对播种期、秧田期和分蘖期3个关键环节,提出了植株免疫防病与切断媒介昆虫传毒相结合的控虫治病策略。以“吡蚜酮+毒氟磷”拌种,激活免疫,实现种子健身栽培;秧田期(移栽前)使用“吡蚜酮+毒氟磷”,再次免疫;大田分蘖期以后再使用“吡蚜酮+毒氟磷”,控虫防病,实现全程免疫。这种技术在我国水稻主产区已大面积应用推广,使农药使用下降了30%,防效达到80%以上,增产显著,基本解决了水稻黑条矮缩病的防控技术难题。

 

    研究团队在氨基寡糖素的基础上,构建了“生态为根、农艺为本、化学防控为辅”的茶树病虫害生态调控技术。实现茶园重大病虫害有效防控,保障茶产品质量安全。

 

    金钗石斛茎腐病是金钗石斛种植中危害最严重的病害,宋院士团队研发了一套防治茎腐病免疫防控技术。研究表明,将海岛素与申嗪霉素复配防治金钗石斛茎腐病防效达81%。

 

    据宋院士介绍,针对水稻,他们的创新产品毒氟磷、Vc免疫剂、香草硫缩病醚、海岛素等都是较好的免疫诱抗剂,对抗病抗逆增产和改善品质有较好的作用及应用前景。为此,他们加快免疫诱抗及调节剂产业化及应用技术研发,推动农药减量化和作物健康导向的“全程免疫”调控为特点的绿色杀菌剂创新与应用;推动企业与高校融合,研发高工效免疫诱抗剂和使用技术,提高免疫诱抗剂市场占有率,创造“重磅炸弹”级的国际著名品种;强调“农艺措施、生态防控、物理防控和化学减量防控”相结合的综合防控集成,实现“绿色防控为主、化学减量防控应急”;推进绿色免疫诱抗剂全程植保技术和体系建设,为以区域和作物健康为代表的重大病虫害防控提供“全程免疫”解决方案。

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