寻找作物代谢调控的“金钥匙”

2017-02-15 10:37 来源:科技日报 刘志伟 我有话说
2017-02-15 10:37:41来源:科技日报作者:刘志伟责任编辑:赵清建

  2月10日,获知自己用近20年心血研发的调环酸钙及其代表产品——立丰灵获农业部药检所正式登记证,并成为该品种国内首获原药和制剂双登记的产品,中国农业大学张军教授特别兴奋。

  我国政府已提出,到2020年要初步建立资源节约型、环境友好型、病虫害可持续治理的农业技术体系,力争实现农药使用总量零增长。张军说,立丰灵的成功获批,也表明了我国植保产品的转型步伐正在加快。

  一个试验错误中的偶然发现

  “野生植物比人工栽培农作物的抗病抗逆性强得多,这主要是我们的农作物经过长期驯化,抗逆性减弱了!”张军说,植物抗逆诱导研究就是要激活和强化作物本身的抗逆性,使其具有抵御病虫害和寒冷、酷热、干旱等各种逆境的强大能力。

  上世纪九十年代中,从日本东京大学留学回国到中国农业大学任教的张军博士利用传统药剂稻瘟灵的抗逆诱导属性,通过合理配伍,开发了一种广谱高效的植物抗逆诱导剂—“移栽灵”。张军与湖北移栽灵科技公司合作,把这项技术推广到大江南北,20年来被广泛应用于水稻等大田作物及园艺作物。

  2000年,在海南三亚热带作物资源研究所农场的一次试验中,张军在已经开始拔节的水稻上喷施了调环酸钙和各种药剂的组合,发现本来打算用于抑制节间伸长的药剂,却出现了促进节间伸长的意外效果,令他产生了极大的好奇心。经过查阅大量文献,并反复验证,终于搞清了这种反常现象的生理机制,并发现了调环酸钙促进穗分化的重要性质。

  在湖北移栽灵公司的支持下,张军经过多年的重复试验,逐渐完善了利用调环酸钙实现水稻倒伏化学控制的应用基础研究——水稻抗倒伏化学控制新技术诞生了。他给这个药剂取了一个好听的名字——“立丰灵”,取意立而不倒,丰产增收之意。

  得到袁隆平院士支持

  水稻要在高产的基础上再高产,必须有较大的生物产量,也就是说至少是中秆甚至高秆。要生产口感上佳的大米,也需要使用高秆品种。但随着秸秆高度增加,倒伏的风险也越来越突出,抗倒伏成为水稻超高产的一大难题。

  水稻要抗倒伏,基部节间就要“短、粗、硬”,而上部节间要长。然而,传统水稻抗倒伏剂要缩短基部节间,必须在出穗前第40天左右施用。此时恰逢稻穗开始分化,施用抗倒伏剂会严重阻碍幼穗发育。而如果等到穗发育后期施用,虽然不影响穗发育,却又错过了抗倒伏作用的最佳期。

  张军博士从代谢机制上巧妙地解开了这个难题。他研发的新型抗倒增产剂利用调环酸钙对赤霉素具有抑制和保护双重效应的原理,在不显著降低株高的前提下,有效地缩短并强化了水稻基部节间,塑造穗下节和上部叶片的理想形态。最难得的是,这个产品可以提前启动水稻生殖生长,促进小花和穗粒发育,最终达到抗倒和增产的双重目的。

  2009年1月19日,张军的抗倒伏新技术得到袁隆平院士的青睐,国家杂交水稻工程技术中心与湖北移栽灵公司签署密切合作协议,抗倒伏新技术被纳入杂交水稻产业创新联盟。

  张军与袁隆平院士科研团队合作攻关,经过两年在超级早稻、中稻和晚稻的抗倒伏试验示范,取得了令人振奋的效果。在农业部全国农技推广中心主持下,“立丰灵”又历时3年,在国内14个省、2万多亩田地里进行了试验示范。从统计分析情况看,正确使用新型抗倒增产剂不仅可以抗倒伏,还能使每亩水稻增产5%—15%。这一科研成果先后获得了湖北、湖南两省的科技进步奖二等奖。

  一场农业生产革命的开始

  植物抗逆诱导和植物生长调节的一个重要途径,就是利用代谢过程中产生的一些小分子化合物,对细胞中特定的受体蛋白或酶蛋白进行正向或者负向的调控。换句话说,植物中有很多小分子的“信号物质”,它们就像一把把钥匙,巧妙地控制着植物代谢的方向。

  张军博士一直在寻找这把“金钥匙”。他告诉科技日报记者:“立丰灵”的主要成分调环酸钙就是一个非常好的调节物质,它通过模拟植物代谢调控的关键信号物质,来实现对植物初生代谢和次生代谢的广泛调控。它是植物体内一种氧化酶的抑制剂,可以抑制赤霉素生物合成而抗倒伏,可以对许多农药起到保护剂和增效作用,还是一种高效的抗逆诱导剂。

  它能大幅度提高植物的光合作用能力,具有控制营养生长和促进生殖生长的双重效应,同步提升植物源库活性,同时提高农产品的产量和品质。也就是说,它让植物就像吃了“补品”一样,产生的能量和营养物质大大增加,各方面能力都明显增强。

  张军介绍说,这种药剂不仅用量少,而且半衰期短,在土壤中能够快速降解。在最终收获的时候,无论是农产品当中,还是种植的土壤当中,几乎检测不到调环酸钙的踪影。这项新型调控技术不仅可以应用于水稻,还可以应用于果树、蔬菜、马铃薯等多种大田和园艺作物。

  发展绿色环保的植物生长调节剂,在促进丰产的同时增进果实品质,一直是农业科研追求和发展的目标。张军满怀激情地说:这是一场新农业生产革命的开始,他希望全国有更多的农业专家和农技人员参与其中,推进优质高效环保型的农业发展,一起唱响“在希望的田野上”。

[责任编辑:赵清建]

WAP版|触屏版

光明网版权所有

光明日报社概况 | 关于光明网 | 报网动态 | 联系我们 | 法律声明 | 光明员工 | 光明网邮箱 | 网站地图

光明网版权所有

立即打开