在广袤无垠的农田里,翠绿挺拔的穗苗在清风中摇曳,茁壮繁茂的菜叶在阳光下舞动……这满是生机勃勃的景象,却蕴藏着生物世界错综复杂的奥秘。在生态系统的世界中,每一个物种都在其特定的生态位,各司其职,与其他生物构建起一张错综复杂的相生相克关系网。这不仅是生物多样性形成的基石,更是维持生态平衡不可或缺的关键机制。农田,作为生态系统的重要组成部分,亦不例外。
葛蓓孛,中国农业科学院植物保护研究所研究员,长期致力于生物杀菌剂产品的创制及生物防治应用技术研究,她的研究就是利用生物间的相生相克关系,进行生物农药的研发,并将其应用于实践,为农田生态平衡的维护提供了有力保障。
葛蓓孛与生物防治事业的结缘,始于实验经历。葛蓓孛在本科、硕士及博士阶段均从事园艺学研究工作。硕士期间,她主要从事花卉抗寒育种的相关工作。在田间实验过程中,她发现花卉栽培中病害频发,这些病害严重损害了鲜切花的观赏价值,便从那时起接触到了植物保护的相关知识。
进入博士阶段后,她的研究工作主要以果树病毒为主。她发现,病毒侵染不仅影响果树的生长态势和产量,还会降低果实品质,给果农带来巨大的经济损失。自此,她对植物保护的重要性有了更为深刻的认识。
基于过往学习和研究的积累,毕业求职时,葛蓓孛选择报考中国农业科学院植物保护研究所,专注于植物病害生物防治工作。
“万物相生亦相克,一病一菌护青禾”。在葛蓓孛看来,生物防治的本质是“利用自然法则重建生态平衡”。她认为,自然界中存在着相生相克的原理,生物防治就是利用生物或生物代谢产物来防治有害生物的措施,包括以菌治菌、以菌治虫、以虫治虫等。它是以一种生物抑制另外一种生物的方式,达到重建生态平衡的过程,而非“灭绝式消杀”控制病害。因此,生物农药的研发符合农业绿色发展需求。
并且,生物农药与化学农药相比,具备以下特点:“其一,靶向性突出,生物农药仅对特定害虫发挥作用,有助于保护益虫并维护生态平衡;其二,残留量低,在自然环境下3-7天即可完成降解,能有效保障农产品质量安全;其三,害虫不易对其产生抗药性,因其作用机制为多靶点作用;其四,对环境友好,易于分解,可减少环境污染,符合绿色农业发展趋势,对农产品获得有机认证以及拓展出口贸易具有积极推动作用。”葛蓓孛解释道。
此外,相较于化学农药,生物农药存在见效慢、成本高的难题。对此,葛蓓孛团队通过利用新兴技术并创新规模化生产工艺,降低其生产成本。
葛蓓孛团队通过合成生物学技术,采用遗传改造手段,构建高效生产底盘菌,大幅提升了活性物质产量,成功将生产成本从每瓶二十几元降至十几元,获得农民的青睐,实现大面积推广应用。
然而,生物农药的使用并非旨在完全取代化学农药,而是要构建二者“优势互补”的协同体系,以形成更为科学、可持续的植物保护方案。“近年来,消费者对绿色、有机农产品需求的持续增长,越来越多的种植园区开始采用生物农药来替代或减少化学农药的使用。这一转变不仅降低了农产品中的农药残留风险,还显著提升了果品品质,增强了农产品在市场中的竞争力,进而帮助种植园区实现更高的销售价格和更大的经济效益。”葛蓓孛表示。
随着生物防治产品和技术在农业领域的应用价值日益凸显,葛蓓孛的团队在生物防治领域也取得了两项重要的创新成果,分别是武夷菌素和植物生长调节剂NKZ-259。
据葛蓓孛介绍,这两项创新成果的研发都源于土壤中的有益微生物-链霉菌,它产生的次生代谢产物具有杀菌、杀虫、促进植物生长等作用,是生物农药研发的巨大资源宝库。
“武夷菌素是由链霉菌产生的微生物次生代谢产物,从武夷山土壤样本中分离纯化获得的,既能直接抑制病原菌生长,又能激活植物的诱导抗性,可以有效防治植物的真菌病害,如白粉病、灰霉病、菌核病等,田间防治效果能达到85%以上;植物生长调节剂NKZ-259也是链霉菌产生的次生代谢产物,能够调节植物的生长,具有一定的促生作用。同时,可以提高植物抗旱、抗寒、抗盐碱能力,抵御逆境对植物造成的损害。”据悉,武夷菌素的创制过程中涉及高产菌株的选育、发酵工艺的优化,制剂加工工艺的研发等,相关研究成果曾获得中国植物保护学会科技进步奖二等奖,广西科技进步奖二等奖等;在植物生长调节剂NKZ-259的推广过程中,还发现其具有一定的抗病毒效果,具体的作用机制还在研究中。
随着生物防治研究的深入,不少生物农药应运而生,但仍有部分公众停留在“谈药色变”的认知误区,甚至有部分人会把“打农药”的蔬菜粮食与“不好”“非绿色原生态”等负面评价等同起来。面对这种情况,葛蓓孛解释,我国将农药按毒性分为剧毒、高毒、中等毒、低毒、微毒五级,蔬菜生产中已经禁止使用剧毒、高毒农药(如甲胺磷、对硫磷),优先推广使用低毒、微毒药剂。现代绿色农药的研发也遵循“高效、低毒、环境友好”原则,通过科技创新不断提升农药的安全性。
“因此,在科学用药、规范使用的前提下,采用化学农药生产的蔬菜完全符合食品安全标准,消费者可以放心食用。”葛蓓孛说。
植物保护是乡村振兴的“科技引擎”,发挥提质增效,激活产业价值;同时为生态赋能,打造绿色品牌;还能振兴人才,具备培育新型农人的重要功能。
植物保护技术通过“绿色防控保产量、智慧管理提质量、生态融合创价值”等方式,正在为农业进行“科技赋能”,这不仅是农业现代化的必由之路,更是端牢中国饭碗和实现共同富裕的核心支撑。
当前,跨学科交融趋势的势头强劲,植物保护研究也加入了人工智能、大数据、基因编辑等前沿技术融合的行列。在智能监测、精准施药、新药物研发、生物制造、抗性育种等领域迸发出新活力,给农业发展带来新的变革。
在智能监测方面,图像识别与深度学习的结合,为病虫害监测装上“智慧眼”。借助无人机、卫星遥感、田间摄像头等设备采集海量图像数据,训练深度学习模型,可精准识别不同作物上的病、虫、草害种类、危害程度,甚至预测其迁飞及流行趋势。
在精准施药环节,利用大数据分析病虫害发生规律、气象条件、作物生长阶段等多源数据,构建精准施药决策模型,实现农药按需精准投放。决策模型可以精准计算出每个地块所需的农药种类、剂量和施药时间。同时,整合风速、风向、温湿度等气象实时及预测数据,运用专业模型模拟药剂漂移轨迹与扩散范围,指导调整施药高度、速度等参数,有效避免药害发生。这样,既能提高防治效果,又能减少农药使用量,降低环境污染。
在新药物研发上,人工智能技术通过虚拟筛选和分子设计,从庞大的化合物库中快速找出潜在的农药活性成分,加速新型农药的研发进程,提高研发效率。机器学习算法能够分析化合物的结构与活性关系,预测哪些化合物可能具有杀虫、杀菌、除草效果,科研人员再对这些候选化合物进行实验验证,大幅缩短了研发周期。
基因编辑与合成生物学驱动生物育种与生物制造领域,基因编辑技术如CRISPR/Cas9 的出现,让植物抗病虫育种变得更加精准高效。科研人员可以直接对植物基因组进行编辑,敲除或修改与感病相关的基因,或者导入外源抗病虫基因,培育出具有稳定抗病虫特性的作物新品种。
合成生物学则通过设计和构建高效生物底盘,大幅提高生物农药、生物肥料等工业化生产水平,加速提升新质生产力。例如,利用微生物细胞工厂合成具有杀虫活性的蛋白或杀菌次生代谢产物,这些生物制品具有高效、低毒、环境友好的特点,为植物保护提供了绿色可持续的解决方案。
在“530 科技工作者日”到来之际,葛蓓孛分享了自己对农业科技工作者所肩负的社会责任理解。她认为,全面提升植物保护科技创新能力、产业支撑服务能力是植物保护科技工作者承担的重任。她表示,通过研发高效低毒农药,培育抗病虫品种,建立监测预警体系,集成物理防治、化学防治、生物防治等综合防控技术,减少作物产量损失,降低毒素危害,是保障国家粮食安全和食品安全的重要途径。“当前,随着植物生物安全的发展,监测外来入侵物种,科学评价基因编辑及转基因作物,有效防控重大植物疫情都是科技工作者的重要的使命担当。此外,通过示范推广和科普宣传,让农户掌握科学的方法和技术,加深公众对植物生物安全的认识,共同筑牢植物生物安全防线,为农业可持续发展和生态安全贡献力量,是每一位农业科技工作者共同追求的心愿与愿景。”
对于新一代的青年科技工作者,她认为,青年当志存高远。为自己设定短期和长期的奋斗目标,不能安于现状;要勇于尝试新的工作方式和方法,掌握新技能,不断挑战自己,提升自己的能力和价值。青年应勤于学习,因为知识和能力会随时间变化。要向经验丰富的同事、农民和朋友学习,积累经验,提升能力。此外,在科研中,要注重学习先进技术与试验设计,坚持学以致用。青年也应实干,没有捷径,只有认真做事才能取得成绩。要主动承担基础性工作,建立体系,搭建平台,为长远考虑。科研虽苦,但乐在其中。通过不断实践和思考,总结经验,提升智慧。面对挫折,要自我激励,吸取教训,勇于承担责任。希望大家都能在工作中不断进步,为农业科技创新贡献力量。
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