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姜道宏教授:发掘微生物潜力,植物疫苗保障作物健康
近期,2023未来农业产业发展大会在陕西杨凌成功举办。大会邀请多位院士专家作主旨演讲。其中,姜道宏教授报告主题为《植物疫苗保障作物健康》,现分享如下。
姜道宏,华中农业大学教授,农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室主任,现代农业产业技术体系岗位科学家。
2011年获国家杰出青年科学基金资助,先后入选长江学者特聘教授岗位,万人计划科技创新领军人才、农业部农业科研杰出人才等人才计划等。致力于利用微生物与植物免疫及植物病害生物防治研究,目前主持国家重点研发项目和国家自然科学基金重点项目。
他首次发现了真菌DNA病毒和真菌负链RNA病毒、发现了真菌病毒存在细胞外侵染阶段和昆虫传播介体,改变了对真菌病毒多样性和生态学特性的传统认知,引领了国际真菌病毒学的发展;提出了“植物疫苗”理念和“分裂营养型”微生物概念,开辟了有益微生物资源挖掘新途径,为作物病害生物防治奠定了重要理论基础。
他在PNAS、Mol Plant、ISME J等学术期刊上发表论文240余篇,H指数52,连续3年入选爱思唯尔中国高被引学者榜单。2018年获湖北省自然科学一等奖。应邀在Annu Rev Phytopath上发表年评论文,在中国植物病理学会年会、国际植物病理学大会、国际微生物学会联盟、美国植物病理学年会、英国植物病理学会理事长年会等国内外学术会议上做特邀报告。
杨凌,中国农业的起点就在这里,后稷也在这里教民稼穑,开启了我们的农耕文化,因此我在此分享感到诚惶诚恐。
分享之前,我想说:以后,微生物农业、微生物的商机是非常大的,微生物无所不在,微生物无所不能,希望大家多关注微生物。
今天很高兴,见到了韩贵清院士,他曾提出“要将论文写在大地上”,我们今天在此谈论未来的农业,坚持这一科研精神也是非常重要的事情。
今天就植物健康作以下分享。
如今,人类提出了一个口号叫做“One Health”,称之为“一个健康”或者“全健康”,包括了土壤健康、环境健康、植物健康、动物健康以及人类健康。
其中,植物在当中起到至关重要的作用。植物提供给我们粮食,提供给我们赖以生存的氧气。保护植物,有助于消除饥饿、减少贫困,也有利于保护生物多样性和环境,并促进经济发展。正因如此,联合国粮农组织在2020年的时候就把每年的“5月12日”定为“国际植物健康日”,以引起大家的重视。
现在都知道,农田里有三个要素,一是作物,二是有害生物群,三是环境。
庄稼的品种好,但是否能够达到该品种的理论生产值?本应亩产千斤的水稻在农田里至多生产800斤,其中就存在环境的影响。有害生物群会破坏植物,拮抗菌、固碳菌等非有害生物以及光、温、气、水、肥等非生物因子组成的环境因素也会产生影响。针对植物的病虫害,过去和现在采用的方法都是对症用药,这就导致了植物的一生从播种到成熟存在极大的问题,即需要大量药物投用、破坏环境,才能获得我们所需要的食物。针对此,只有通过提高作物综合抗病能力,才能实现优质、高产、高效。
生物农药尚有不完美的地方,因此就是要创制一种新的理念、新的技术、新的方法来控制植物的病害。
需要告知各位的是,病原物有两个特性,一是致害特性,它会破坏植物生长,使得植物减产、农产品不合格;二是它生长于植物,会激发植物产生抗病反应。那么,如何阻止它破坏植物,如何利用它激发植物抗病反应,这就是需要研究的事情。
当植物病原物丧失了致病力,但仍然可以在植物上生长时,它就有可能成为有益微生物。那怎么样去获得没有致病力但仍可以在植物上生长的微生物呢?大概有两种途径:第一个是从田间植物上分离和筛选植物病原物无致病力菌株,第二个是利用基因编辑等技术获得植物病原物无致病力菌株。
核盘菌DT-8菌株便是从田间植物上筛选而来。实验发现,它不会引起油菜腐烂,因此判断它是没有致病力的菌株,进而就可以把它作为一种有益微生物,用到植物上去。
尽管DT-8菌株不会破坏植物,但它仍然能够在油菜叶片表面或叶组织内、根部组织内、茎秆皮层细胞内进行生长,且在生长过程中会激活油菜生长和抗病相关的代谢途径。同时,如果用DT-8菌株处理油菜种子,菌株就能随着种子萌发在幼苗上生长,促使油菜抗病(菌核病)。如此,我们就能利用DT-8创制植物疫苗,全程保护植物健康。
植物疫苗与人和动物的无致病力(减毒)活疫苗类似,都可以在保护对象体内生长,但作用机制不尽相同。
植物疫苗有五大优势,一是对作物生长发育没有副作用;二是可以提高作物综合抗病能力,减少化学农药的使用;三是促进生长、养分高效,降低化肥使用;四是在植物体内生长,全程保护作物健康;五是诱发病原物致病力衰退,长时以往农田里就不会有强致病力的菌株,生产效益会更加持久。
就应用情况而言。目前应用于油菜的产品是“绿油宝”,利用它拌种,就能实现播种和防病一体化,让油菜健康生长。根据数据对比,植物疫苗的防治效果比化学农药的效果要好一些;在花期用无人机喷洒形成对照的数据显示,植物疫苗的用量也比化学农药要少一些。
应用于小麦的产品则是“绿麦宝”。植物疫苗应用于小麦,能够促进小麦生长、旗叶增大,抗赤霉病的能力增强,麦粒中DON毒素含量降低,产量增幅可达14.1%,效果优于农药。
产品“绿稻宝”则是在水稻上使用,能够促进水稻增产、增强广谱抗病(稻曲病、稻瘟病等)的能力,水稻产量增产可达7%以上。根据对照,在相同肥力或低氮的条件下,植物疫苗处理的水稻生长态势都显著优于对照组,这意味着植物疫苗可以实现降低化学农药和化肥使用的同时,保护黑土地、保证生产。
总而言之,植物疫苗保障作物健康,可以实现增产增效,可以显著降低化学农药和化肥的使用,实现绿色生产。这一点非常重要,未来的农业肯定是绿色的。另外,植物疫苗防病理念可以为作物病害绿色防控提供新的理论、新的技术和新的产品。希望感兴趣的企业家可以投资该领域,使得我们未来的农业更加绿色、更加富有朝气。
注:文中如果涉及35斗记者采访的数据,均由受访者提供并确认。
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