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湖北省农科院喻大昭团队获中国专利金奖特荣

来源:科技日报 2015-12-11 20:48:33 标签: 喻大昭 农科院
大量使用化学农药造成环境和农产品污染,影响农产品出口,同时导致有害生物抗药性,从而使其更加猖獗危害。生物农药的开发应用是解决上述问题的有效途径之一。

原标题:湖北省农科院喻大昭团队获中国专利金奖特荣
 

根据《中国专利奖评奖办法》的规定,国家知识产权局和世界知识产权组织决定授予“蒽醌衍生物作为防治植物病害农药的应用”第十七届中国专利金奖。这是湖北省农业科学院喻大昭研究员团队继获2014年度国家科技进步二等奖之后,又获一项国家级奖项殊荣。

大量使用化学农药造成环境和农产品污染,影响农产品出口,同时导致有害生物抗药性,从而使其更加猖獗危害。生物农药的开发应用是解决上述问题的有效途径之一,植物源农药是生物农药开发的一个重要方向。我国植物种类繁多、资源丰富,植物源农药开发具有很好的物质基础。喻大昭研究员认为,植物天然次生物在植物体中广泛存在,植物病原菌的寄主范围是植物和病原物协同进化的结果,异源植物的某些次生物质可能是另外一些作物抵御病原物侵袭的屏障,这些异源植物次生物也就可能用来开发为农药从而应用于农作物病虫害防控的实际。基于该理论,喻大昭研究员及团队另辟蹊径,以粮食、经济、蔬菜作物的白粉病、霜霉病、稻瘟病、灰霉病、烟草花叶病毒病等为靶标,采用活性跟踪法,从34科63种植物中分离纯化得到大量具有杀菌活性的次生物,在高通量筛选的基础上,国内首次发现了天然蒽醌化合物对植物病原菌具有活性,申请并获得国内发明专利。该类物质的杀菌活性的发现,丰富了农用杀菌活性物质库。

当发现活性物质后,喻大昭团队研究了蒽醌类活性化合物结构与活性之间的关系,该研究一方面可以明确决定活性的最关键的基团,另一方面可以该物质为先导化合物进行结构改造从而衍生获得更高活性的物质。通过研究,喻大昭团队发现不同天然蒽醌化合物对植物病原真菌的生物活性具有较大差异,蒽醌化合物分子结构中羟基的存在是其具有活性的前提,甲氧基的位置与活性高低关系密切;并发现蒽醌化合物之间具有协同增效杀菌作用。该研究为有效提高天然蒽醌类化合物杀菌剂活性奠定了理论基础。同时,也为产品质量控制提供了保障。
    除明确了蒽醌类化合物具有杀菌剂,还要探明蒽醌化合物为什么和如何起杀菌作用的。喻大昭团队通过组织病理学染色机理研究表明,蒽醌类化合物抑制白粉病菌分生孢子萌发和附着胞形成,使附着胞畸形,不能产生吸器。利用基因芯片方法发现,蒽醌类化合物大黄素甲醚在喷施作物后,作物受药部位的抗菌硫堇蛋白表达量显著提高。喻大昭指出,象白粉病这类易产生抗药性的病害,一般作用位点单一的化学药剂在大田使用几年后,防治效果就开始下降,即病原菌对该药剂产生了一定程度的抗药性。而喻大昭团队通过连续测定15代白粉菌对药物的敏感性显示,病原菌在大黄素甲醚的选择压力下的敏感性并未发生变化,不存在抗药性风险。上述结果表明天然蒽醌类化合物杀菌机理不仅是对植物病原真菌有直接抑制作用,同时还能激活植物主动免疫系统。该研究为植物抗病诱导剂的开发提供了新的思路;大黄素甲醚是白粉菌抗药性产生而失效的化学杀菌剂的理想替代产品。

尽管蒽醌化合物活性很高,但这些物质是从大黄、虎杖等蓼科植物中直接提取获得,含量极低且难溶于水,工业化生产和应用存在困难,成为一大瓶颈。喻大昭团队通过多次探索,研究出了超声萃取三级连续提取、浓缩工艺,该工艺可一次性从大黄素甲醚含量在0.1%以下植物原料中制成含量达8.5%的母药,从而大大提高了蒽醌化合物的提取效率,成功克服了难获得高含量蒽醌化合物这一难题;通过创新制剂加工工艺,添加无机助溶剂,使蒽醌化合物完全溶于水而实现剂型水剂化,从而攻克了蒽醌化合物因水溶性极差难制成水剂制剂又一工艺难题。蒽醌化合物制成水剂剂型,既保证活性充分发挥,又大幅提高了杀菌效果,还避免了使用有毒有机溶剂,保证了制剂的环境友好和低毒特性,符合当前绿色环保时代需求。

以该专利为基础,以蒽醌类化合物大黄素甲醚为标记物,通过创新提取和制剂工艺,喻大昭团队自主创制了0.5%和0.1%大黄素甲醚水剂,8.5%大黄素甲醚母药等系列蒽醌类杀菌剂产品,并于2008年在内蒙古清源保生物科技有限公司实现产业化生产。天然蒽醌化合物杀菌剂具有质量稳定、高效、广谱、持效长、低毒、低残留、环境友好、病原菌产生抗药性风险低等特点,防病效果优于常用化学杀菌剂,被列入国家星火计划重大项目推广产品,并获欧盟ECOCERT有机认证,显著提高了我国农产品国际贸易竞争力,是国内外植物源杀菌剂的新标杆,推动了我国植物源农药开发与应用的技术进步。此外,天然蒽醌化合物杀菌剂的生产原料可在沙漠、贫瘠土地种植,推动了贫困地区农村产业结构调整,带动植物源农药原材料种植业发展,为农民致富提供了新途径。

目前,天然蒽醌类化合物杀菌剂产品在山东、湖北、湖南、云南、天津、内蒙古等省市广泛用于果蔬真菌病害的防治,并远销意大利、以色列、韩国、印度、菲律宾等国家,累计应用面积达2116万亩,创造经济效益43亿元。

相关链接  喻大昭,湖北省农科院院长,研究员,国家小麦产业技术体系岗位科学家。1982年大学毕业后一直从事农作物重大病虫害综合防控技术研究,曾赴日本神户大学、荷兰瓦赫宁根大学、英国伦敦大学进行学习访问,获荷兰瓦赫宁根大学博士学位。因在小麦白粉病的流行规律和综合防控技术研究上成绩突出,于1992年和1996年分获湖北省科技进步二等奖,1998年获国家科技进步三等奖。在我国首次发现和创制了天然蒽醌类植物源杀菌剂——大黄素甲醚,显著促进了我国植物源农药产业的发展,于2008年获湖北省技术发明一等奖;2014年度国家科技进步二等奖“新型天然蒽醌化合物农用杀菌剂的创制及其应用”的第一完成人。

(杨立军 王新华) 


 

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