抗病免疫激活劑發(fā)展迅速是作物健康栽培的重要手段

中國工程院院士、貴州大學副校長在農(nóng)藥創(chuàng)制領(lǐng)域作出了重要貢獻，尤其深耕于植物抗病免疫激活劑的研究與開發(fā)，發(fā)現(xiàn)了多個該類產(chǎn)品，并取得了登記，實現(xiàn)了量產(chǎn)，服務于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。宋院士團隊創(chuàng)造性地提出了基于作物健康導向的“全程免疫”防控技術(shù)，將“農(nóng)藝措施、生態(tài)防控、物理防控和化學減量防控”有機集成，實現(xiàn)作物的健康栽培。據(jù)介紹，世界糧食安全面臨嚴峻挑戰(zhàn)，我們需要在不斷減少的耕地面積上養(yǎng)活更多的人。根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部的資料，停止使用農(nóng)藥將導致作物減產(chǎn)30%，農(nóng)產(chǎn)品提價50%～70%。FAO的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)藥使用可以挽回作物損失30%～40%。正如諾貝爾獎獲得者、小麥育種學家NomanK.Borlang所言：“沒有農(nóng)藥，人類將面臨饑餓的危險?！?/p>

生態(tài)農(nóng)藥是減量增效的有效手段作物生產(chǎn)離不開農(nóng)藥，然而農(nóng)藥的過度使用，又會給環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴重威脅。2015年，農(nóng)業(yè)部提出了化肥農(nóng)藥零增長行動計劃。宋院士指出，開發(fā)生態(tài)農(nóng)藥是農(nóng)藥減量增效的有效途徑之一。生態(tài)農(nóng)藥是天然物或天然修飾物，高效低風險，對有益生物和生態(tài)環(huán)境安全。研究人員以生物源或天然物作為先導，開展生態(tài)農(nóng)藥的分子設計研發(fā)。近年來，國家提出了綠色發(fā)展理念。宋院士說，作物健康栽培是貫徹綠色發(fā)展理念的重要組成部分。農(nóng)作物全程健康栽培是從種子萌發(fā)到作物收獲全程一體化綜合管護，涉及土壤要素評價、土壤綜合修復、植物營養(yǎng)需求、肥料應用、給水灌溉、病蟲害綜合防治、作物品質(zhì)提升等，它是以作物為核心，基于生長發(fā)育需求，結(jié)合生長環(huán)境等要素，所制定的一套涵蓋植物全程生長的措施，具有農(nóng)業(yè)投入品經(jīng)濟安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好、生態(tài)優(yōu)先的優(yōu)點。宋院士團隊一直致力于生態(tài)農(nóng)藥的研究，他們發(fā)現(xiàn)的多個植物抗病免疫激活劑有力地推動了作物健康栽培的實現(xiàn)。

植物抗病免疫激活劑的研究開發(fā)植物具有類似于高等動物的免疫防御系統(tǒng)，它對植物防御病蟲為害、抗逆境等具有重要的調(diào)控作用。2006年，美國科學家首次在《Nature》上提出植物免疫系統(tǒng)的概念；2007年，德國科學家在《Science》上發(fā)表文章指出，自然界中的植物具有特殊的可以識別細菌、病毒和霉菌等微生物入侵的免疫傳感器。水楊酸（SA）信號通路是與植物抗病密切相關(guān)的通路，研究人員對該通路的結(jié)構(gòu)、調(diào)控機理的研究已比較透徹，這對抗病免疫激活劑的篩選和應用具有重要的指導作用。我國在植物免疫激活劑領(lǐng)域積極開展研究，并取得了一些成果。其中，最典型的產(chǎn)品是氨基寡糖素。作為植物生長調(diào)節(jié)劑，氨基寡糖素目前在我國登記了60多個產(chǎn)品。迄今，全球共有20多個具有免疫誘導抗病功能的農(nóng)藥取得登記，但只有香菇多糖以“植物抗病誘導劑”的農(nóng)藥類別進行登記。其他大部分有效成分在農(nóng)藥分類方面還沒有統(tǒng)一標準，通常被歸類在抗植物病毒中。我國當前以“植物抗病誘導劑”進行登記的藥劑也只有香菇多糖。目前，由國外公司開發(fā)的具有抗病誘導功能的農(nóng)藥品種有：Messenger、苯并噻二唑（BTH）、KeyPlex腐殖酸、烯丙異噻唑、Sereenade、昆布素、Oxycom、Chitosan、Actigard、NCI、吡唑醚菌酯等。已在我國登記的具有抗病誘導功能的農(nóng)藥品種有：植物激活蛋白、S-ABA、S-誘抗素、氨基寡糖素、甲噻誘胺、香菇多糖、井岡霉素、氟唑活化酯、毒氟磷等。

多個植物抗病免疫激活劑問世近年來，植物抗病誘導劑（即植物免疫激活劑）的發(fā)展風起云涌。宋院士團隊長期從事該類產(chǎn)品的研究，發(fā)現(xiàn)和開發(fā)了毒氟磷、Vc免疫劑、甲磺酰菌唑、氟芐噁唑砜、香草硫縮病醚等多個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。2000年以來，他們以天然氨基膦酸、氨基酸為模板，歷經(jīng)5年仿生合成千余個新化合物，進行化合物活性篩選，最后通過引入氟原子及苯并噻唑雜環(huán)基團，提高了分子成藥性和活性，創(chuàng)制出毒氟磷。毒氟磷是全球首個免疫誘抗型農(nóng)作物病毒病調(diào)控劑，低毒、低殘留，對非靶標生物安全，對環(huán)境友好。其大鼠急性經(jīng)口LD50＞5,000mg/kg；亞慢性、慢性毒性和致癌合并試驗均為陰性；大鼠遺傳、致畸、致突變毒性試驗亦為陰性；環(huán)境毒理學試驗（對非靶標生物）均為低毒。糙米中最終殘留＜0.05mg/kg，番茄中最終殘留＜0.08mg/kg。毒氟磷目前已有4項發(fā)明專利獲得授權(quán)，分別為：ZL200510003041.7、ZL02113252.6、ZL200910102561.1、ZL201010159758.1。團隊揭示了毒氟磷抗水稻病毒病的免疫激活作用機制。研究發(fā)現(xiàn)，毒氟磷通過上調(diào)POD酶的表達量，增加水稻體內(nèi)ROS水平，使水稻植株中SA的含量增加，激活水稻的SAR免疫途徑，形成大量PR蛋白，從而激活植物抗性能力。2016年，在我國正式登記了98%毒氟磷原藥和30%毒氟磷可濕性粉劑。制劑產(chǎn)品登記防治水稻黑條矮縮病和番茄病毒病。廣西田園獨家建成了年產(chǎn)200噸毒氟磷原粉生產(chǎn)裝置，通過無溶劑催化合成，實現(xiàn)了清潔化生產(chǎn)，總收率達80%，純度為98%。團隊還開發(fā)了國內(nèi)第1個正式登記的Vc免疫劑，即植物生長調(diào)節(jié)劑“6%抗壞血酸水劑”。該產(chǎn)品已在水稻、煙草、果樹、蔬菜、茶葉等作物上廣泛應用?？纱龠M水稻秧苗早生、快發(fā)，能使稻株整齊健壯，營養(yǎng)生長期加長，有利于干物質(zhì)的形成和積累；明顯促進小麥的生長發(fā)育，提高小麥的免疫能力；顯著降低馬鈴薯晚疫病的發(fā)病率；顯著提高辣椒的抗病能力；提高茶葉抗病能力及品質(zhì)。該研究團隊從沒食子酸出發(fā)，發(fā)現(xiàn)了對多種植物細菌性病害具有較好生物活性的新型雜環(huán)類農(nóng)藥甲磺酰菌唑。其低毒，對水稻白葉枯病及條斑病等細菌性病害均有較好的防效，其藥效相當于或高于中生菌素和葉枯唑等。他們還創(chuàng)制了抗細菌劑氟芐噁唑砜，發(fā)現(xiàn)了其免疫激活作用機制。氟芐噁唑砜能誘導水稻體內(nèi)過氧化物酶、幾丁質(zhì)酶及超氧化物歧化酶等病程相關(guān)蛋白表達量顯著上調(diào)，從而激活植株的主動防御體系。該產(chǎn)品能提高水稻體內(nèi)NPR1、NOS、PAD4及POX等水楊酸信號通路關(guān)鍵基因的表達量，激活水稻SA信號通路，從而提高水稻的抗病能力。氟芐噁唑砜對水稻白葉枯病、條斑病及柑橘潰瘍病等細菌性病害均具有較好的抑制活性。以天然產(chǎn)物“香草醛”為先導，宋院士團隊經(jīng)過結(jié)構(gòu)多樣性研發(fā)，發(fā)現(xiàn)了高效低風險免疫激活劑香草硫縮病醚。該產(chǎn)品低毒，對蜜蜂、家蠶、鳥類安全。生測試驗表明，香草硫縮病醚對水稻有促生長作用，對CMV（黃瓜花葉病毒）有保護活性；它與氨基寡糖素的復配產(chǎn)品抗CMV和PVY的活性防效提高了15%以上。香草硫縮病醚的化合物專利現(xiàn)已轉(zhuǎn)讓給海南正業(yè)，目前正在進行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。團隊還發(fā)現(xiàn)了誘導植物免疫激活劑F27及其作用機制。F27處理煙草后，能明顯調(diào)控蛋白表達量上調(diào)，增強光合作用和提高NADPH水平，最終激活寄主的抗性功能。

基于作物健康導向的全程免疫防控技術(shù)農(nóng)作物病毒病是農(nóng)業(yè)生物災害防治中的世界性重大難題。宋寶安團隊開創(chuàng)性地提出了基于作物健康導向的全程免疫誘抗生態(tài)調(diào)控技術(shù)，并取得了突破性進展。他們率先提出以免疫誘抗為核心的生態(tài)調(diào)控理念，創(chuàng)新構(gòu)建了“全程免疫”防控水稻黑條矮縮病新策略，有效解決了這一病毒病防治難題。研究團隊創(chuàng)造性地開發(fā)了抗病毒劑毒氟磷與吡蚜酮相結(jié)合的“全程免疫”防控技術(shù)，針對播種期、秧田期和分蘗期3個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提出了植株免疫防病與切斷媒介昆蟲傳毒相結(jié)合的控蟲治病策略。以“吡蚜酮＋毒氟磷”拌種，激活免疫，實現(xiàn)種子健身栽培；秧田期（移栽前）使用“吡蚜酮＋毒氟磷”，再次免疫；大田分蘗期以后再使用“吡蚜酮＋毒氟磷”，控蟲防病，實現(xiàn)全程免疫。這種技術(shù)在我國水稻主產(chǎn)區(qū)已大面積應用推廣，使農(nóng)藥使用下降了30%，防效達到80%以上，增產(chǎn)顯著，基本解決了水稻黑條矮縮病的防控技術(shù)難題。研究團隊在氨基寡糖素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了“生態(tài)為根、農(nóng)藝為本、化學防控為輔”的茶樹病蟲害生態(tài)調(diào)控技術(shù)。實現(xiàn)茶園重大病蟲害有效防控，保障茶產(chǎn)品質(zhì)量安全。金釵石斛莖腐病是金釵石斛種植中危害最嚴重的病害，宋院士團隊研發(fā)了一套防治莖腐病免疫防控技術(shù)。研究表明，將海島素與申嗪霉素復配防治金釵石斛莖腐病防效達81%。據(jù)介紹，針對水稻，他們的創(chuàng)新產(chǎn)品毒氟磷、Vc免疫劑、香草硫縮病醚、海島素等都是較好的免疫誘抗劑，對抗病抗逆增產(chǎn)和改善品質(zhì)有較好的作用及應用前景。為此，他們加快免疫誘抗及調(diào)節(jié)劑產(chǎn)業(yè)化及應用技術(shù)研發(fā)，推動農(nóng)藥減量化和作物健康導向的“全程免疫”調(diào)控為特點