重慶大學基因工程研究中心主任夏玉先,在生物農藥研究領域碩果纍纍...

2021-01-09 上遊新聞

重慶大學,夏玉先教授正在指導師生進行實驗。

夏玉先

夏玉先,重慶大學基因工程研究中心主任、重慶市殺蟲真菌農藥工程技術研究中心主任、重慶聚立信生物工程有限公司首席科學家,教育部「新世紀優秀人才」獲得者。

2000年從英國巴斯大學博士畢業後,他回國創建了重慶大學基因工程研究中心,帶領團隊研製出國內首個獲得國家登記的真菌殺蟲劑。

如今,他又成功研製出廣譜、微毒、高效的真菌類生物農藥——金龜子綠僵菌CQMa421,並在全球首次實現真菌生物農藥的規模化生產。

稻花香裡說豐年,聽取蛙聲一片。這是詞人辛棄疾描述的「世外桃源」。農村娃出身的夏玉先,窮其一生,便是為了守護著美麗的綠色田園。

要實現這個夢想,註定一生「與害蟲為敵」。這些蟲,讓全世界都頭疼。比如蝗蟲,以及對水稻危害最大的稻飛蝨、稻縱卷葉螟、二化螟等。

和這些害蟲鬥爭20多年後,夏玉先研製出金龜子綠僵菌CQMa421(以下簡稱「生物農藥421」)。因為只殺害蟲不殺益蟲且對人畜無害,被媒體譽為「可以喝的生物農藥」。

生物農藥421去年在重慶實現了規模化生產,美國、德國等發達國家的農藥生產巨頭紛紛派人來重慶打探——中國人是怎樣解決世界性難題的?

兩次在「最風光」時轉型

夏玉先出生於四川資中的一個農民家庭,是個地地道道的農村娃。大多農村娃都想跳出「農門」,但他卻不同,從小的夢想就是搞農業。1981年,高考填報志願時,他為此還和父親「幹了一架」。

「你自己都是農民,還看不起農民嗦?」把父親懟了回去之後,他考入四川農業大學林學專業。

從四川農業大學畢業後,夏玉先被分配到南充地區林業科學研究所。1986年,20多歲的他就被指定主持國內第一個選育柏木良種的科研項目。

一個初出茅廬的小夥子有啥資格主持這個大項目?這中間有個小故事。

當時,在南充林科所,很多高工都搞不懂柏木育種。申報項目時,國家林業局的立項評審專家提出質疑:既然林科所沒人懂柏木育種,那怎麼能把這麼大個項目放到這?情急之下,有人突然想起:「剛分配來的小夥子不就是搞林業的嗎?叫他來回答!」本是死馬當活馬醫,但讓人沒想到的是,夏玉先對專家們的問題對答如流。最終,項目拿下來了,夏玉先理所當然地成為了項目主持人。

僅僅搞了兩年,夏玉先便決定轉行。因為他發現,柏木育種太慢了,「搞一個雜交品種出來,可能一輩子都看不到效果」。

他又考取西南農業大學(現西南大學)讀碩士研究生,轉學農學,搞棉花育種。當時,國內多數省區都在發展輕紡業,棉花自然也成為四川最主要的經濟作物之一。碩士畢業後不到兩年,夏玉先便成為四川年輕的棉花專家。他研製出一種棉花專用浸種劑,浸泡過後的棉花種子不僅出土快,而且長得壯、根系發達,更適宜四川春來早、氣溫反覆的氣候。他研製的浸種劑大受歡迎,得到大面積應用。

可是,夏玉先決定再一次轉型。因為他發現,四川根本不適合種植棉花!「雖然現在棉花專家吃香,但到自己40歲時,也許四川都不會有人種棉花了!那時怎麼辦?」事實證明,夏玉先的決定是正確的,如今在四川已經鮮有人種植棉花了——這是後話。

這一次,夏玉先選擇了昆蟲病原微生物學。在當時,這還是個冷門學科,但夏玉先卻認為,它是未來發展的方向。

1995年,作為西農講師的夏玉先,成功申請到國家自然科學基金項目,重點研究真菌是如何進入昆蟲體的。值得一提的是,當年西農總共拿到5個國家自然科學基金項目,5個項目申請人當中,夏玉先是僅有的一名講師,獲得的資助額卻是最高的。

第二年,32歲的夏玉先被破格晉升為副教授。

留學英國卻毅然回國

「昆蟲體壁最主要的成分就是幾丁質和蛋白質。」夏玉先作了一個形象的比喻,幾丁質好比「鋼筋」,蛋白質好比「水泥」,它們共同形成昆蟲的外殼,可以有效阻擋細菌、病毒侵入昆蟲體內。但是,當真菌接觸到昆蟲體壁後,它就會開始「打洞」,分泌蛋白酶和幾丁質酶「消融」昆蟲體壁,從而進入昆蟲的血液、脂肪體、肌肉組織並吸取昆蟲體內的營養,最終導致昆蟲死亡。

在承擔國家自然科學基金項目的過程中,夏玉先發現,英國巴斯大學在昆蟲病原真菌學領域的學術水平最高。於是在1996年,受中英友好獎學金資助,他到了巴斯大學做訪問學者,師從國際著名昆蟲病理學家基思·查利(Keith Charnley)和分子生物學家約翰·克拉克森(John Clarkson),在他們的指導下攻讀生物化學專業博士學位。

當時,夏玉先的研究課題是病原真菌如何利用昆蟲體內營養。從專業角度講,這是一項難度極高的研究,很多學者都不願觸及。

「舉個例,當病原真菌進入昆蟲體內之後,昆蟲體內的一些水解酶活性會增加。真菌和昆蟲都可能分泌這些水解酶,那麼,這究竟是誰分泌的?論證起來很困難。」夏玉先解釋說。

經過深入分析研究,夏玉先提出了可行的技術路線,並找出病原真菌「吞噬」昆蟲體內營養的機理,這讓導師查利很意外。他直接跑到院長那裡,興奮地告訴院長,有個中國學生非常優秀,希望能把他留下來。

可夏玉先已經早有打算——回國發展,到重慶大學籌建基因工程研究中心,建立生物學學科。

大家都願意往國外跑,為啥夏玉先要回國?

夏玉先認為,回國後自己的發展會更好——英國沒蝗蟲,中國蝗災嚴重,這是研究的基礎;英國優秀人才多,重慶相對少,這是發展的空間。

綠僵菌成就「生物治蝗」

2000年,夏玉先加入重慶大學,籌建基因工程研究中心,發展生物學學科。新辦一個學科不是一件容易的事兒,如果按部就班採用傳統方式,出路渺茫,必須走出一條新路子。

2001年,夏玉先以蝗蟲防治研究引資,在重慶大學的支持下引入了市場化運營機制,成立了重大生物科技有限公司,由企業與大學一起進行研發,由企業推進成果的產業化。

當年他共申請了國家自然科學基金、國家「863」計劃等國家和省部級項目7個,沒想到「百發百中」,全部都獲得立項支持。

2003年,夏玉先團隊成功研製出殺蝗綠僵菌產品。這是我國第一個獲得國家登記的真菌殺蟲劑,被同行認為是中國真菌生物農藥領域的一個裡程碑。

時至今日,夏玉先都忘不了我國北方蝗災的觸目驚心。一次在白洋澱施藥,他們頭一天拍出來的照片還是一望無際的麥地,僅過了一天,由於蝗蟲「大軍壓境」,整個麥地一下子被吃光了,連一點兒葉子都不剩。這也讓他倍感任務艱巨,「蝗情如軍情」,研製並推廣使用一種綠色高效的生物農藥,刻不容緩。

在農業部進行項目答辯時,評審專家曾詢問過夏玉先,他研製出來的殺蝗綠僵菌,要用9-10天才能把蝗蟲徹底殺掉,如果在這之前蝗蟲就起飛了怎麼辦,作物不是仍然要遭殃嗎?

面對專家的詢問,他卻給出了自己的答案:小麥正在灌漿時,化學農藥是不能施用的,否則麥子就毀了,但生物農藥可以照打不誤。因為生物農藥是利用生物活體或其代謝產物,殺滅或抑制農作物害蟲的製劑,具有安全、不汙染環境等特點。所以,施用生物農藥完全可以在蝗蟲起飛前將其制服,將蝗災扼殺在搖籃之中。

山東一個植保站站長很是不解:以前施用化學農藥,農田裡到處都能看到死蟲。現在施用生物農藥,的確殺死了蝗蟲,為什麼往往看不到死蟲?

原來,這種生物農藥只殺蝗蟲,卻把蝗蟲的天敵保留了下來。蝗蟲感病後就變得很虛弱,還沒有死亡就會被天敵吃掉,死亡後的屍體也會被天敵吃掉,這保全了生物食物鏈。而且,如果蝗蟲死後沒有被天敵吃掉,從它的屍體上可以再長出綠僵菌,繼續對其他蝗蟲產生威脅。

2006年以後,殺蝗綠僵菌在北方10省主要蝗區開展規模化應用,防蝗率高達70%—90%。自此以後,我國大規模蝗災發生頻率和面積極大減少。

也是在夏玉先的帶領下,僅僅9年,從無到有,重慶大學就拿到了博士點。

轉戰水稻 成功研製生物農藥421

2006年,夏玉先將目光瞄向了一個新的領域——對付水稻「兩遷害蟲」稻飛蝨和稻縱卷葉螟。

最初,夏玉先按照國際上慣有的方法,針對一種蟲研發一種綠僵菌,兩種害蟲就研發兩種菌。3年後,他研發出了兩種綠僵菌製劑,分別用來防治稻飛蝨、稻縱卷葉螟。

但是,問題來了。農民不是害蟲和農藥專家,常常認不準害蟲,買化學農藥時也時常買錯。買一次沒有殺掉蟲子,買兩次還沒有殺掉蟲子……一來兩去,農民就急了。

「生物農藥不能這麼搞!能否選一種殺蟲微生物菌株,殺死水稻全生育期會遭遇的全部重要害蟲,而且還能像『長了眼睛』一樣,辨別出害蟲與益蟲?」夏玉先想。

夏玉先的研究思路開始轉變。他又花了兩年時間,從1000多種菌株中,選出廣譜殺蟲的優良菌株——金龜子綠僵菌CQMa421。

與化學農藥致害蟲「猝死」不同,這種真菌生物農藥是讓害蟲「慢性中毒」至死。真菌生物農藥看似殺蟲慢,但它把害蟲的天敵——蜻蜓、蜘蛛、青蛙等保留了下來,它們仍然會吃掉一些害蟲。而且,施用生物農藥421之後,即便害蟲沒有立即死亡,也會像生了病一樣,既不動彈,也不吃作物。因此,農作物不僅不減產,有時反而會增產。此外,生物農藥421不僅可以用於水稻,還可以用於其他很多作物,比如茶葉、蔬菜、水果等等。

更重要的是,夏玉先的研究成果,還顛覆了人們對於「農藥=毒藥」的認知。他研製出的綠僵菌油懸浮劑,是灰綠灰綠的液體,即便一口下肚,也不會有何不適。原因是,它的生產原料僅僅是食用油和大米。

在農業部支持下,從2011年起,生物農藥421開始在湖北、湖南、廣東、廣西、四川、貴州、重慶、江西、海南等水稻主要產區的數千畝、近100個試驗點得到試驗和應用示範。

前不久,生物農藥421被農業部認定為水稻三大害蟲防治推薦用藥。全國農業技術推廣服務中心還將在重慶等8地對該產品展開田間示範。

如今,54歲的夏玉先仍在積極開發新藥。這位喜歡研讀古詩詞的科學家,最大的心願就是他的生物農藥能夠被廣泛應用,讓辛棄疾描述的那種「世外桃源」,在這個地球上處處可見。

背後的故事>>>

資本 技術 實現規模化生產

2015年8月,重慶大學B區校園。

正在一棟樓的房頂栽種水稻的夏玉先,迎來了兩位客人:博恩集團董事長熊新翔和副總裁魏開慶。

兩位客人至今記得,夏教授實驗室的陳設很是簡陋。他們坐下來談話,發現竟然有3把椅子都壞了。但是,作風平實的夏教授更顯個人魅力。僅談了3次,在第一次見面後的第2個月,雙方就籤訂了合作協議——由博恩集團對夏玉先團隊所在的重慶聚立信生物工程有限公司進行天使投資,在涪陵區建全球首個規模化真菌生物農藥生產基地。

實現真菌生物農藥的規模化生產,卻是一個世界性難題。

因為,全球登記在冊的真菌生物農藥有200多種,但絕大部分廠商只能小規模生產。即便是國際著名的生物農藥巨頭,至今都還是採用小作坊式手工生產,每次的產量以公斤計算。而生產規模上不去的直接結果就是,生物農藥的價格居高不下。

在這種情況下,夏玉先自行組織研發出了全固態發酵生產設備,並在去年9月投產。這種大規模生產降低了聚立信的生物農藥的生產成本,以至於和傳統化學農藥差不多。

在聚立信的生產車間,重慶日報記者看到,這裡擺放著5個封閉的不鏽鋼大罐子。「目前,我們已實現了規模化生產,生物農藥年產量達3000噸,包括油懸浮劑和顆粒劑兩類產品。全部建成達產以後,可達到年產2.8萬噸。」夏玉先說。

正是這一個個封閉的罐子,對丹麥諾維信、美國艾麗絲達、德國拜耳等國際農藥巨頭產生了巨大吸引力,他們紛紛跑到重慶「探秘」,甚至希望高價購買。

然而,夏玉先的回答只有兩個字:「不賣。」

為師之道

重在培養學生科學素養

在重慶大學生命科學學院研三學生劉微眼裡,導師夏玉先是個對學術要求很嚴苛的人,任何一篇論文,不論是實驗數據還是圖片,他都是以在學術期刊發表的水平來要求,為了一個實驗數據,要求多次重複驗證,論文反覆修改十幾次,也不是什麼稀奇事。

「我對學生的要求是比較嚴。因為嚴格,還有學生把我告到校長那裡去了。」夏玉先笑著說。

在夏玉先看來,培養學生,是要培養他們的科學素養,而不是把他們培養成論文生產流水線上的操作工。為此,每當他有研究生入學,第一次談話,他就會對學生提出「四個一」的殷切希望:培養一種精神,練就一身技藝,掌握一種方法,寫出一篇以上好文章。

「為什麼要讀研究生?很多學生入學之後都沒想清楚。」他直言不諱地說,作為導師,他希望自己的學生通過在校學習,從親身經歷中,或者從周圍老師、同學、朋友的身上,學到一種終身受益的奮鬥精神,練就一身過硬的技藝,掌握一種高效的學習和做事方法。有了這三個「一」,最後一個「一」也就水到渠成。

來源:重慶日報

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