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防治赤霉病不再难 全套疗法助小麦“戒毒”

来源:科技日报2021-12-01 09:37

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  伴随着晴好天气,江苏全省秋粮水稻已基本收割完毕,全年粮食生产有望再获大丰收。而稻麦轮作的江苏省,夏粮小麦收成也撑起了粮食丰收的半边天。

  “江苏粮食质量安全的最大风险之一来自于镰刀菌毒素对小麦的污染,我们历时近20年研发的小麦镰刀菌毒素污染风险形成机制及管控关键技术,破解了毒素发现难、控制难的问题。”近日,江苏省农业科学院农产品质量安全与营养研究所首席科学家史建荣研究员告诉记者,应用了他们研发的毒素控制关键技术,大幅降低了毒素污染程度,解决了小麦丰收带毒的产业难题,成果获得2020年江苏省科学技术奖一等奖,相关技术累计推广4070万亩,新增产值50.9亿元。

  毒素污染是小麦质量安全重大风险

  小麦是我国重要粮食作物,年产量约1.3亿吨。每年五六月间,长江中下游的江淮麦区就迎来小麦收获的时节。

  正常的小麦麦穗金黄,籽粒饱满,黄中透白。但是,堪称小麦“癌症”的世界性真菌病害——赤霉病,在江苏许多地方造成麦穗干枯,籽粒空瘪,收到的籽粒也因为带有毒素而存在食品安全重大风险。

  近年来,受全球气候变化和农作物耕作制度改变的影响,我国小麦赤霉病发病范围危及长江中下游甚至向黄淮麦区持续扩大、频率不断增加、危害逐步加重。据统计,2010年以来,我国小麦赤霉病从偶然暴发到连年暴发,尤其在长江中下游麦区重发、频发,每年赤霉病造成的直接经济损失超百亿元,已严重影响到我国粮食安全和人畜食用安全。

  江苏省农业科学院农产品质量安全与营养研究所刘馨博士介绍说,小麦赤霉病是由镰刀菌侵害引起的,染病小麦不仅大幅减产、甚至绝收。“镰刀菌还会产生呕吐毒素、玉米赤霉烯酮、伏马毒素等160余种毒素。”刘馨说,食用病麦会发生眩晕、发烧、恶心、腹泻、流产死胎等急性中毒症状,严重时会引起出血,影响免疫力和生育力。某些镰刀菌毒素还会诱发肝癌、食管癌,各国都制定了严格的限量标准,限制其在食品中的含量。

  精准识别毒素成为风险管控关键

  过去,小麦镰刀菌毒素污染管控面临着三大瓶颈难题:镰刀菌毒素种类多、结构复杂难识别;产毒菌群特征不清、毒素污染规律不明;药剂筛选靶标不聚焦、关键控制点难确定。

  史建荣告诉记者,他们确立的思路是,从建立高通量多毒素筛查技术入手,探明毒素污染发生规律,明确关键控制点,研发减毒关键技术,建立控病减毒协同的全程管控体系,为解决小麦毒素污染防控与监管这一产业难题提供关键技术支撑。

  首先,他们要解决如何快速发现毒素的检测难题。通常科研人员采集到带病小麦样品进行毒素检测时,需要从样本中提取毒素,利用液相色谱—质谱联用设备,并与镰刀菌毒素的标准物质进行比对,才能判断样本中含有哪些毒素,有多大含量。

  经过研究,他们发明了镰刀菌毒素标物制备与高通量精准识别关键技术:研制出具有完全自主知识产权标准物质8个,打破了国外垄断,其成本仅为国外的20%—30%;创建了基于功能化多壁碳纳米管、石墨烯合金前处理的多毒素精准筛查技术,实现33种毒素同步检测,灵敏度提高10倍;为了满足快速、无损检测的监管需求,项目团队研制出现场无损检测设备,分分钟就可以判断小麦中毒素是否超标。

  10年采集建库探明污染形成机制

  经过连续10年、抽样检测2万余份,项目团队建立了全国小麦镰刀菌毒素污染数据库。首次揭示我国小麦镰刀菌毒素污染风险消长规律,明确江淮麦区是毒素重发、频发区,呕吐毒素和玉米赤霉烯酮是污染江苏小麦的主要风险。

  “我们监测了40年间产毒镰刀菌种群演变规律,发现江苏省产毒镰刀菌以3ADON化学型为优势菌群,该种群产毒力最强,并偏好稻麦轮作。”成果主要完成人徐剑宏研究员介绍道,据此,他们揭示了江苏毒素高污染形成的菌源基础,为精准管控提供明确靶标。

  在明确产毒菌群的基础上,科研人员又发现,花期、收获前期高湿度环境是毒素重发生的核心诱因。生产上常用的防病药剂多菌灵及其复配剂控毒效果差,某些杀菌剂甚至会刺激镰刀菌产毒。因此,锁定扬花期控病减毒协同、收获后毒素监管为关键控制点。

  找到江苏麦区“头号毒源”后,项目团队对症下药,筛选出多种高效抑菌控毒药剂,并研发出丙硫戊唑醇新药剂“乐麦宝”,大面积推广应用表明,使用“乐麦宝”可以减毒75%,用药量减少10%。

  同时,他们以解构镰刀菌毒素毒性功能位点为导向,研发出毒素降解菌剂,对染病的小麦籽粒进行处理,毒素降解率达95%,为污染小麦后续处理提供有效技术。

  目前,该技术体系已经被制定为国家农业行业标准发布,有效保障了江苏乃至全国小麦产品质量安全。(张 晔)

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