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    生物技术新突破,合肥跃出新“黑马”

    2024-1-12 21:19 家庭周报

    核心提示:

    /官春强(安徽)

    前言

    合肥是一匹新发展起来的科技“黑马”,以中国科学技术大学和中科院合肥研究院两个“大腕”支撑起了安徽高新科技的半边天。但是近几年在我国生物技术领域,合肥跃出了一位学生身份的“黑马”,她就是安徽农业大学生科院2018级的吴菲和他的团队。

    她们有多“黑”呢?一个小剧透:作为本科生的她和他的团队,史无前例的在生物技术研发和应用,获得两项国家级最高奖和一项银奖;近十项省部级奖励;申请了7项发明专利,已经授权五项;在JCR一区上发表论文3篇;毕业时直接以攻读博士学位方式保送到著名的浙江大学。更重要的是它们的技术不是停留在实验室和论文,而是已经与当地的一家公司合作,产品已经进入市场应用。怎么样?够“黑”吧?但这仅仅才是部分成就呢!

    研发创新,寻找答案

    “黑马”善敏思,冰雪梅花香。作为生物类专业的学生,吴菲在大一学习专业课程之外,就频繁阅读与专业相关的文献与科普资料,敏感的意识到了一个学科领域的困境,就是生物技术近些年在全世界发展的如火如荼,但是在民以食为天的农业领域应用,却发展迟缓。据统计,全世界的植物病害每年带来的直接经济损失高达数千亿美元,其中70%80%是由植物真菌病害引起,而且由于种植者长期依赖化学农药防治植物真菌病害,带来了严重的食品安全、环境生态和抗药性等问题。

    “既然大家都知道生物防治病害有众多优点,能够避免化学农药带来的各种危害,但是始终不能解决使用条件苛刻、防治效果缓慢等现实难题,严重影响生物防治技术的推广应用。那么我们能否研制更好的生物农药,用于降低植物真菌病害带来的损失呢?”带着天真的疑惑,吴菲和其他同学一起,去请教生命科学学院张应烙老师。

    张应烙老师听到来意后,特意从繁忙的教学与科研工作中抽出时间,与这几个求知欲爆棚的学生进行长时间的交谈,客观的大家一起讨论生物技术的现状与未来。又对大家讲述了一个极具启发意义的小故事:自然界中的白蚁对食物发酵技术的掌握,孢子逐渐形成,比人类的出现早了3200万年,虽然直径只有几微米的菌丝,合适的温度和湿度能够生长出粗壮的子实体,鸡枞菌就是白蚁培植的极品美味。鸡枞菌是一类与大白蚁亚科昆虫共生的著名美味食用菌,野生鸡枞菌对生长条件的要求极其苛刻,必须依赖地下的白蚁巢而生.......

    就像农民种的庄稼会受到致病菌危害一样,白蚁种的作物(鸡枞菌)也会受到致病菌的危害,自然界中的培菌昆虫在面临致病菌群威胁时,他们能够利用其共生菌产生的次生代谢产物来遏制危害性真菌,实现和谐共生,这个现象给了我们灵感。我们可以从真菌中筛选目标菌株,让培菌昆虫共生菌成为微生物农药的新来源”在讨论中,吴菲说出了自己的意见。

    在张应烙老师的指导下,吴菲和同学们将研究方向转向了独特的特境微生物资源。随后大家经过大量的调研和分析,黑翅土白蚁共生菌最终成为团队的实验对象。

    在老师的带领下,大家历经几个月,数千公里的跋涉,吴菲团队成员到安徽、江苏、浙江等地采集样本,对黑翅土白蚁体表、肠道、蚁巢进行全方位解剖并筛选目标菌株,运用LC-MS、核磁共振等技术对菌株次级代谢产物进行追踪分离鉴定,最后通过培养条件优化与代谢工程等手段进行产量提升,进行活性成分分离和菌剂开发工作,最终明确了黑翅土白蚁共生菌的多样性并建立了活性菌种库。经过无数个夜以继日的努力,也经过了无数次的失败和改正,终于保存了120株具有优良性状的菌株,从中分离到27个抗菌活性物质。

    我们首次从白蚁共生菌中获得了大黄素甲醚,这是截至目前文献记载产量最高的,填补微生物源高产大黄素甲醚的市场空白,为我国具有自主知识产权的高活性农用杀菌剂提供了一条新型制备途径。吴菲自豪的说,同时实践中,我们从白蚁巢中获得了一株应用效果极佳的芽胞杆菌,对植物真菌病害防效显著,具有极大的市场应用前景。

    吴菲和团队成员没有自满,听取了合作企业安徽国壬生物公司的建议,在研发大黄素甲醚这样科技附加值高的生物技术的同时,将活体微生物制剂技术纳入更高研究方向。终于历经多年创新性的研发成功百粉五号生防菌悬浮剂,成为有文献记录以来,世界上首次实现活体菌株有机、安全、速效、无抗药性防治病害的生物技术她所在团队陆续在JCR一区上发表3篇论文,申请了7项发明专利,已经授权5项。

    脱颖而出,崭露头角

    “黑马”出茅庐,惊艳四海客。从202010月启动,到20217月完赛的第十一届全国大学生电子商务“创新、创意及创业”挑战赛(以下简称“三创赛”)全国总决赛,在云南工商学院成功举行。大赛由全国电子商务产教融合创新联盟主办、云南工商学院承办的三创赛是由教育部、财政部批准,从2009年开始举办的全国性学科类科技竞赛。旨在激发大学生的科学探索兴趣与创新创业潜能,培养大学生的创新意识、创意思维、创业能力以及团队协同合作和拼搏精神。

    在历时10个月的比赛期间,全国有1000多所高校举办了校级选拔赛,31个省、市、自治区及澳门特别行政区分别举办了省级赛,最后在云南工商学院举办全国总决赛。本次大赛全国报名参赛团队高达96567支,直接参赛师生约一百万人,为历届参赛队伍和人数最多。国家省市自治区各级教育、财政、商务、经济等各界专家学者出席会议。

    全国总决赛从32个省级分赛区选拔出185支优秀团队。经过两天的激烈角逐,共评出特等奖15支团队,一等奖30支团队,二等奖60支团队、三等奖80支团队和四项单项奖。

    其中由安徽省国壬生物科技有限公司和安徽农业大学联合组成的“绿林豪杰”团队脱颖而出,参赛项目:生物菌剂克抗性,粮安天下举义旗。以创新性、实用性、安全性和发展性等突出的优势,获得第十一届“三创赛”全国总决赛特等奖。

    这是全国唯一获得全国总决赛特等奖的生物技术项目,也是安徽省唯一获得全国总决赛特等奖的团队,并且本技术被评为全国总决赛最佳创新奖,四位指导老师被评为全国总决赛最佳指导老师。

    这届大赛竞争十分激烈,即便是三创大赛安徽赛区的选拔赛,安徽全省就有57所高校、5928支团队参加了本次大赛。由于疫情原因,采用会议线上答辩、赛场实时直播和评委现场评审的方式进行评选,最终由安徽省国壬生物科技有限公司和安徽农业大学联合组成的“绿林豪杰”团队,从技术立项、菌株筛选、新物质提取、研究升级、试验示范、理论创新、实践创新、制剂创新、技术合作,实践应用、社会反馈等扎实的理论研究和实践应用创新,获得评委们的一致好评,获得省级特等奖和最佳指导老师奖,顺利晋级全国总决赛。

    “习近平总书记反复强调“绿水青山就是金山银山”,为了永葆绿水青山,我们团队积极响应国家绿色防控的号召,以课题组多年的微生物靶标菌科研成果为基础,利用靶标菌迅速地靶向裂解某种病菌细胞壁的作用机理,有效解决了传统化学农药有毒性、易产生抗药性等痛点。实现病虫害防治达到有机、安全、速效、无抗性的目的,逐步构建大环境生物屏障,永葆绿水青山和人民群众的健康需求。”“绿林豪杰”团队队长吴菲自豪的说。

    “这几年我们已经顺利进行科技成果转化,百粉五号靶标生防菌,是目前唯一能够有机、安全、速效、无抗性的防治灰霉、白粉等真菌病害的生物活菌技术。我们的目的就是实现绿色防控,健康作物,健康人类,开启绿色防控的新时代!”

    脱颖而出的“黑马”,并不是只有辛苦、努力、善学、勤问就能实现的,必须先有崇高的理想和精准的方向,才是坚实的基础啊!

    披荆斩棘,再折桂冠

    “黑马”踏征途,一骑绝尘远。“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛,是由共青团中央、中国科协、教育部、全国学联等共同主办的全国性大学生学术实践竞赛。自1989年首届竞赛举办,“挑战杯”竞赛始终坚持“崇尚科学、追求真知、勤奋学习、锐意创新、迎接挑战”的宗旨,在促进青年创新人才成长、深化高校素质教育、推动经济社会发展等方面发挥了积极作用,在广大高校乃至社会上产生了广泛而良好的影响,被誉为当代大学生科技创新的“奥林匹克”盛会。

    竞赛发展得到党和国家领导同志的亲切关怀,江泽民同志为“挑战杯”竞赛题写了杯名,李鹏、李岚清等党和国家领导同志题词勉励。很多竞赛获奖者成为教授、博士生导师、长江学者、国家重点实验室负责人等,也有人获得国家科技进步一等奖、中国十大杰出青年、中国杰出青年科技创新奖、中国青年五四奖章等。

    2020年开始举办的第十七届“挑战杯”,以“科创先行,强国有我”为主题。竞赛从最初的19所高校的300多人参加的小竞技,发展到这届竞赛,全国共有2000多所高校的200多万大学生参加校级竞赛的史无前例的规模。

    本届竞赛组委会克服了疫情和参赛者众多等诸多因素影响,本着公平公正的原则,经过各省级比赛、全国初评和复审,最终有1260件作品进入全国终审决赛,在20223月,第十七届本届“挑战杯”竞赛完美收官。最终以吴菲为团长,由安徽农业大学和安徽省国壬生物科技有限公司共同申报的《防治植物病害的“青霉素”——白蚁共生菌来源的新型特境微生物杀菌剂研究》,一路披荆斩棘,荣获第十七届“挑战杯”全国总决赛特等奖,这也是唯一一项微生物杀菌剂研究的特等奖。

    说起这场比赛,吴菲和她的队员们都落下了眼泪,“这场比赛我们准备了434天,从院赛、校赛、省赛一直到国赛,我们团队仅省赛就有17轮打磨,国赛有14轮打磨,一百余次深化学术成果,资料进行无数次的完善和路演,保存了一百多个课件。我们也深刻的体会到台上十分钟,台下十年功的辛苦了。”吴菲介绍道:“因为我们是史无前例的技术发明,我们不仅要做基础理论研究,明示作用机理,还要完成外出采集标本、市场调研数据、田间追踪试验数据,以及与几位指导老师一起研究讨论等大量的工作。最恼火的是由于疫情我们出行十分困难,我们经常因为诸多原因吃不上饭,熬夜赶时间,我和队员都经常带病坚持工作,这一年半的时间我们几乎把命都拼上了。”

    吴菲轻轻地抹了抹眼泪,继续说“因为我们做的是史无前例的研发与应用,每次路演评委老师都能提出新的问题,我们不仅请自己学校老师指导,更恳请其他高校的老师给予指点,还多次与合作企业的技术人员探讨实践应用,大家集思广益完善存在的不足。每一次我们都坚持尊重实践、追求更好、不破不立的态度,也记不清楚开了多少次的讨论会。我们也深知科研没有捷径,最笨也最实用的办法就是夜以继日的挤出一切时间来做实验完善和数据,脚踏实地努力钻研,把论文写在祖国的大地上,向培养我们成长的党和国家汇报成果。”

    是的,吴菲团队向社会、向国家上交了一份满分的成绩,这项特境微生物资源的生物农药新技术,是世界上首次实现了有机、安全、速效、无抗药性的绿色植保理念,为替代化学农药,实现人类和环境健康,找到一种新途径,将极大的推进绿色农业发展。

    这匹“黑马”为植物保护领域,开辟了一条新的道路。

    高歌猛进,捷报频传

    “黑马”甘伏枥,奋蹄征程远。在张应烙、史玲玲等几位老师的谆谆教导下,吴菲团队的科研成果的不断涌现,为了让科研成果实实在在的为农业服务,而不让成果停留在论文里,团队成员主动与安徽国壬生物公司的技术人员一起,到田间地头调查百粉五号使用数据,及时发现问题和完善不足之处,终于使科研成果被全国各地的种植户广泛应用。

    近些年,设施栽培的草莓和瓜果蔬菜等农作物,主要有三个难以解决的问题,一是在秋季、冬季、春季容易爆发白粉病和灰霉病等真菌病害,喷洒化学农药容易农残超标,且由于连续采摘,没有间隔期。二是如果遇到连阴天,设施内湿度大,更由易诱发病害,化学农药容易产生药害而由于不敢喷洒,眼看农作物受害。三是由于保护地栽培的作物连续使用化学农药,很多病害已经产生抗药性。因此市场亟需一项能够同时解决这几个问题的技术。

    百粉五号生防菌新技术的出现,是有文献记录以来,第一个有机、安全、速效、无抗性的防控白粉灰霉病的独家生物活菌技术。在研发和应用过程中呈现4大特点,一是有机:产品通过国家有机投入品认证,无需间隔期可以边喷洒边采摘。二是安全:使用安全,所有作物的所有生长期皆可使用,对花叶果茎等都没有伤害。环境安全,对空气、水体、植物、昆虫、动物和人类没有危害。三是速效:产品对白粉病和灰霉病等真菌病菌,几小时即可迅速发挥作用。四是无抗药性:本品作用机理是溶解病菌细胞壁,长期连续使用病菌也不会产生抗性。特别是对化学制剂产生抗药性的病害,效果尤为显著。

    凭借这些独到的技术优势和完善的理论数据,吴菲率领团队成员,又纷纷斩获第六届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛,全国总决赛银奖;第七届全国植物生产类大学生实践创新论坛报告,全国总决赛三等奖;中国生命科学创新创业大赛(2021,创新创业类),全国总决赛二等奖等多项国家级大奖,另外还获得省部级奖项近十个。

    其中最耀眼的是202151-5日,由国际园艺学会主办,中国园艺学会草莓分会协办的第九届世界草莓大会的表现。世界草莓大会在意大利米尼市和中国盐城同步隆重举办,世界草莓大会每四年举办一次,是全球最高级别草莓盛会,是世界各国交流草莓生产技术、经营理念和发展经验最重要的会议,也被称为“草莓届的奥运会”。

    本届世界草莓大会组委会对世界各国分会选送的最新科研成果进行综合评比,其中由吴菲团队代表安徽省国壬生物公司和安徽农业大学,向大会组委会选送的百粉五号,以其通过有机投入品认证、使用安全、作用速效、无抗药性,能够在全生长期防治草莓白粉和灰霉等病害优势,被第九届世界草莓大会组委会评为“金奖”。这也是第九届世界草莓大会组委会唯一评选的农业投入品类”金奖”。

    由于吴菲和团队这匹“黑马”的优异表现,被《中国教育报》《中国青年报》《安徽青年报》《安徽电视台》等新闻媒体,作为青年典型广泛报道,

    20228月,吴菲代表团队,被共青团中央、全国青联、全国学联、全国少工委共同授予“第十三届青少年科技创新奖”

    虽然获奖不代表未来,但是能够让我们记住许许多多和吴菲一样的“黑马”,在兢兢业业工作中付出的艰辛汗水和取得的成就的认可。这不仅是在勉励他们再接再厉,更是在激励我们向榜样学习,为实现美丽的中国梦而努力。

       作者简介:官春强,中国土壤学会会员,中国植物学会会员,中国诗歌学会员,安徽省作家协会会员。多篇文章见于国内各大报刊,作品多有获奖。