农业生物药物微生物制剂产业化关键技术研究及其在生态农业中的应

农业生物药物微生物制剂产业化关键技术研究及其在生态农业中的应内容摘要：

疫病， 芽孢杆菌（ SP2）防治作物青枯病、淡紫拟青霉菌（ SP3）防治作物线虫病，木霉菌（ SP4）防治作物根腐病、生防功能铜绿假单胞菌（ SP5）防治 作物 枯萎病等土传病害， 开展功能菌株微生物学特性、抗病机理和发酵工艺技术研究，进行猪粪有机肥生产生物肥药关键技术、药肥生物防治功能及田间应用技术研究。 猪粪 有机肥 来源与福建光华百斯特生态农牧发展有限公司结合，生物肥药生产技术与福建福农生化有限公司结合，生物肥药功能测定和应用示范与厦门如意集 团有限公司 结合。 III、 免疫 抗病接种剂 植物疫苗 的 农业生物药物 关键技术的研究与应用 : 利用 转座子（ TN5） 插入方法构建青枯雷尔氏菌形成无致病力菌株（ SP6） ， 克隆和导入无毒基因（已发现）构建 尖孢镰刀菌 无致病力菌株 (SP7)，从大丽轮枝菌（ Verticillium dahliae）中获得的免疫蛋白 研制植物疫苗。 TN5 插入体系的建立、转化菌株筛选与致病性测定、转化后菌株的生物学特性研究、无致病力菌株抗病机理研究、制剂发酵技术研究、对茄科 、瓜类和豆类作物的 种苗控病特性的试验。 尖孢镰刀菌无毒基因的寻找（已经找到）、 尖孢镰刀菌无毒基因的克隆、无毒基因带 GFP 质 粒的构建、尖孢镰刀菌无毒基因转化体系的建立、转化后菌株的生物学特性研究、菌株致病性研究、带无毒基因尖孢镰刀菌侵染作物 种苗的研究、带无毒基因尖孢镰刀菌控制 作物 枯萎病的研究、制剂发酵技术研究。 构建 真菌免疫蛋白基因工程菌株 （ SP8） ， 开展真菌免疫蛋白结构与功能 、 抗病机理及靶标互作 、 蛋白质生物农研究开发类项目 4 药的研究。 三 种植物疫苗的种苗接种试验于田间防病试验示范。 植物疫苗生产技术与福建福农生化有限公司结合，植物疫苗应用示范与厦门如意集团有限公司结合。 （ 3）需求分析 亚热带果蔬 茄科作物 如辣椒、番茄、马铃薯、茄子，瓜类如西瓜、苦瓜、甜瓜，豆类如大豆等，都是高附加值农产品，具有巨大的出口创汇的潜力。 这些果蔬 的土传病害 （疫病、青枯病、枯萎病、线虫病和根腐病） 发生严重，交叉感染，病原菌监测困难，化学农药使用量大但化学防治效果不佳，造成严重的农药残留，利用生物防治技术是发展方向。 随着人们对环保和健康的关注，高效、高毒的有机磷农药的使用在各国都受到不同程度的限制。 高效、低毒、低残留是农药产业的发展方向，主要包括两大类 ——高效、低毒的化学农药和生物农药，所以生物农药的发展前景广阔。 2020 年 111月 ，中国生物化学农药及微生物农药制造行业规模以上企业实现累计工业总产值 95 亿元，比上年同期增长了 %；实现累计产品销售收入 86 亿元，比上年同期增长了 %；实现累计利润总额 亿元，比上年同期增长了 %。 2020 年 111 月，中国生物化学农药及微生物农药制造行业规模以上企业累计实现主营业务收入比上年同期增长 %；累计实现利润总额比上年同期增长了 %。 虽然当前国内的农药市场上仍然存在一些阻碍生物农药行业发展的因素，但就长期来看，国家政策扶持逐步带动农民收入增长；行业整合起 步，优势企业将脱颖而出；高毒农药削减，为生物农药腾出巨大空间；国际农药产业向中国转移；生物农药的发展前景不可限量，近几年会保持一个相对平稳、快速的发展态势。 20202020 年行业增长速度基本上比较稳健， 2020 年收入将达到 亿元；2020 年利润可达 亿元（中投顾问发布的《 20202020 年中国生物农药市场投资分析及前景预测报告》） ， 表现出良好的增长性。 亚热带果蔬土传病害（作物疫病、青枯病、枯萎病、根腐病和线虫病） 在部分地区事实上已成为农业生产上最主要的制约因素，包括从台湾引进的新品种也面 临着同样的问题，严重影响着这些农作物的产量提高和出口创汇，每年造成重大的经济损失。 随着绿色农业和有机农业的兴起，集约化农业生产亟需应用作物抗性和建立无病种苗生产基地的手段治理有害生物的发生，而这些非化学性防治措施得以有效实施的前提是必须对目标区域和有害生物发生的疫情种类进行快速而准确的检测和监测。 重要作物重大病害可持续控制和减少化学农药过量使用造成的农 产品 污染是我国粮食安全生产和生态环境保护的长期任务 ， 培育抗性品种和发展生物农药是实现这一目标的有效 措施。 近年的研究表明，诱导植物免疫抗性已成为绿色植保的新途径。 当 植物 受到外界刺激和逆境条件下，能通过调节自身的防卫和代谢系统产生 免疫 反应，植物的这种防御反应或免疫 抗性反应 可以通过效应子 诱导 产生。 利用效应子使 植物 产生免疫 抗性， 可以 使 植物延迟或减轻病害的发生和发展 ， 减少化学农药使用量，降低农产品残留。 植物免疫诱抗剂 研究 发展迅速， 几家大的国际农化公司已经相继开发了商品化的植物抗病诱导剂 , 如美国 Eden Bioscienes 公司的 Messenger、 Redox Chemicals 公司的 Oxy、 Morse 公司的 KeyPlex、瑞士先正达公司的 Actigard、日本化药公司的 NCI、韩国旭化学公司的 Chitosan 等，部分产品已经投入生产。 国内也开展了免疫蛋白的大量研究，如疫霉菌（ Phytopththora spp.）、链格孢菌 (Alternaria spp.)、木霉菌 (Trichoderma spp.)等真菌产生的蛋白效应子能诱导水稻、烟草、棉花和玉米等作物获得系统抗性。 真菌蛋白效应子是一类新的植物免疫蛋白资源，该类蛋白能诱导多种植物获得广谱抗性，减轻病害发生，大幅度减少田间化学农药使用量，是实现绿色植保、保障食品安全的有效措施之一。 众所周知生物农药对于 保证农产品质量安全和生态环境安全，提高人民生活水平质量具有重要的积极意义，同时生物农药的发展契合了目前全球化学工业发展的几大主要理念 ——低碳经济理念、循环经济理念、清洁绿色化经济理念。 我国生物农药的研究与生产已经初具规模，目前全国有 30 余家研究机构，在研发水平上与世界水平相当，其中发酵技术已处于世界前沿。 全国约有 240 多家生研究开发类项目 5 物农药生产企业，年产量约 12 万吨，销售额占农药销售总额的 5%左右。 目前，国内生物农药登记的品种 80 多个，产品 2500 多个，在品种和规模上与发达国家地区差距不大。 其中，以农用抗生素为代表的 井冈霉素、浏阳霉素等一批我国拥有自主创新的生物农药新品种已经形成规模，并在农作物上大面积使用多年， Bt(苏云金杆菌 )杀虫剂原药、井冈霉素原药的制造水平分别与美国和日本相当。 尽管我国生物农药生产与研究具有较好的基础，但是生物农药的应用与发达国家和地区及现代农业发展要求相比差距甚大，如目前我国生物农药的使用比例约在 3%5%，而发达国家已达到 20%以上。 但是 生物农药良好生态与安全性能并不被市场认可，业界人士认为主要因素有：一是推广应用力度不够；二是价格高、效果慢而且广谱性较差；三是剂型较少且质量不稳定。 最核心因 素是生产成本较高，市场接受度不够，从而影响生产企业经济效益和生产积极性。 因此作为生态安全具有低碳概念的生物农药，它的发展应与目前风能、太阳能、秸秆锅炉、电动汽车等具有节能减排概念的产业一样享受国家实质性优惠政策，方能有效地促进我国生物农药加速发展。 国家可以在以下方面给予支持：一是研究开发过程的支持，在国家各项科技奖励基金中，对于农药行业应偏重于生物农药，在新品种、新工艺、新剂型的开发上给予优先重点考虑，在评审过程中涉及到生物农药的应给予较高的评分，从国家层面上扶持和鼓励相关机构加快生物农药的创新与产业化。 二 是生产过程中的支持，在生产过程中涉及到生物农药的装置，国家统一制订规范与政策，在水、电、汽、税收等方面给予一定优惠，从而提升生物农药与化学农药在价格上的竞争优势，有效降低生物农药的生产成本。 三是应用过程中的支持，不仅要在应用推广、建立示范试验区等方面加大力度，更为直接的支持是给予销售和应用生物农药的经营者和农民一定的补贴。 基于上述，鉴于生物农药安全低碳效应，生物农药的生产与应用具有非常重要的意义，未来的发展需要依靠国家层面上实质性政策支持，同时调整研究思路，降低生产成本，稳定产品质量和效果。 不仅利于食品安全 、环境保护，同时也利于农业结构调整、农产品出口和增加农民收入。 有理由相信通过政策的支持和国家经济的快速发展的拉动，我国生物农药的发展前景一片光明。 2．项目主要创新点及预期获得的发明专利等知识产权情况 （ 1）项目主要创新点 1） 研究内容之一 亚热带果蔬土传病害分子监测，首次在国内外建立 茄科的辣椒疫病菌 分子标记（ MP1） 、 番茄镰刀菌枯萎病菌 分子标记（ MP2） 、茄子枯萎病菌 分子标记（ MP3） ，马铃薯青枯病菌 分子标记（ MP4） ，瓜类的西瓜、苦瓜和甜瓜枯萎病菌 分子标记（ MP5） 、豆类的大豆疫霉 病菌 分子标记（ MP6） 及 茄科青枯病菌 分子标记（ MP7） 等亚热带果蔬 重要 土传病害 快速检测与监测技术，并获得特异 分子检测基因及其检测方法的授权国家发明专利，研制具有自主知识产权的重要 土传病害 病原菌快速检测技术，为重要植物病害控制提供技术支撑；开创性地多位点开发重要 土传病害 病原菌分子检测的特异靶位点，不仅从病原菌的保守基因序列（真核生物 rDNAITS、原核生物 1623s rDNA、rasrelated protein， Ytp1 基因 ），特异基因序列位点（ SCAR、 gyrb 基因）开发特异检测引物，而且还从病毒外壳蛋白获得病毒特异的免疫 学检测，使得重要植物病原菌的快速分子检测特异性增强，获得更特异的检测。 创新点： 研制具有自主知识产权的重要植物病原菌快速检测技术， 开创性地多位点开发植物病害病原菌分子检测的特异靶位点。 2）研究内容之一 生物肥药 新型微生物农药关键技术的研究与应用：筛选 芽孢杆菌（ SP1）防治大豆疫病， 芽孢杆菌（ SP2）防治作物青枯病、淡紫拟青霉菌（ SP3）防治作物线虫病，木霉菌（ SP4）防治作物根腐病、生防功能铜绿假单胞菌（ SP5）防治香蕉苦枯萎病等土传病害，利用原位发酵猪粪生产生物肥药 ，使得微生物菌株在生物肥料的基质中得以有 效的保存，同时，在使用时 生物肥药协助微生物在土壤中的定殖，克服了以往生物农药保存期短和田间定殖能力差的弱点 ， 形成鲜明的生物肥药创新点。 创新点：生物肥药克服了生物农药保存期短和田间定殖能力差的弱点。 研究开发类项目 6 3）研究内容之一 植物疫苗 种苗抗病接种剂关键技术的研究与应用 : 利用分子生物学方法， TN5插入方法构建青枯雷尔氏菌形成无致病力菌株（ SP6） 作为茄科种苗接种剂防治青枯病 ； 克隆和导入尖孢镰刀菌无毒基因（已发现）构建无致病力菌株 (SP7)作为组培苗接种剂防治枯萎病 ； 优化原核和真核表达系统，构建真菌免疫蛋白基因工程菌株 （ SP8） ，研制免疫蛋白新农药防治疫病； 研制 出新一代生物农药 植物疫苗 ，推进植物疫苗实用化的创新研究。 创新点：利用分子生物学技术 构建植物病原 菌 无致病力菌株 和真菌免疫蛋白 ， 研制实用化的 新型生物农药 植物疫苗。 （ 2）预期获得知识产权情况 预期获得知识产权 15个发明专利， 10个实用专利 ，形成 10个企业标准和操作规程、原创 5项成果、创新 5个新产品。 描述如下 ： I、 亚热带果蔬土传病害分子监测 关键技术 ：有望获得作物 枯萎病菌分子检测引物及其检测方法 、 一种大豆疫霉根腐病菌分子检测引物及其检测试剂盒 、 辣椒疫病菌的分子检测引物 及其用法 三个以上的专利。 II、生物肥药 新型微生物农药关键技术的研究与应用： 有望 筛选 芽孢杆菌（ SP1）防治 作物 疫病， 芽孢杆菌（ SP2）防治作物青枯病、淡紫拟青霉菌（ SP3）防治作物线虫病，木霉菌（ SP4）防治作物根腐病、生防功能铜绿假单胞菌（ SP5）防治 重要土传病害 枯萎病 五 个以上发明专利，生物肥药的制备技术四个以上实用专利。 III、植物疫苗 种苗抗病接种剂关键技术的研究与应用 : 利用分子生物学方法 TN5插入方法构建青枯雷尔氏菌形成无致病力菌株（ SP6）和克隆和导入尖孢镰刀菌无毒基因，尖孢镰刀菌无毒基因的克 隆与转化体系的建立两个以上发明专利。 植物疫苗的制备技术可获得两个以上实用专利。 植物疫苗的制备技术可获得两个以上实用专利。 真菌免疫蛋白是项目申请单位首次从真菌中分离的活性蛋白，其氨基酸序列和碱基序列与过敏蛋白不同，是新的蛋白效应子。 相关研究已经获得 3项中国发明专利。 本研究涉及的蛋白效应子是从大丽轮枝菌和葡萄孢菌中获得的两个新免疫蛋白，分子量分别为 17KDa和 80KDa，通过本项目研究，有望获得免疫蛋白工程菌株，申请国家发明专利。 另外，前期研究证明，大肠杆菌表达的免疫蛋白能引起烟草细胞凋亡，活性氧产生，过氧化氢 等植物抗病早期信号反应，诱导烟草 PR蛋白积累及抗病相关基因转录水平提高（如 PAL， NPR1等），木质素和胼胝质含量增加，说明该免疫蛋白具有诱导植物抗病的功能，通过系统研究有望获得新功能蛋白专利。 二、现有工作基础与优势 1． 项目主要研究技术内容的国内外发展现状与趋势，国内现有技术基础 （ 1）亚热带果蔬土传病害分子监测 技术国内外发展现状与趋势 作物土传病害是一种毁灭性病害，该病初侵染源来自病株或带菌土壤，病原菌的孢子在土壤中可存活多年。 该病传播主要通过土壤，具有很强的传染性，一旦进入无发病的地区则扩散蔓延难以控制，而且难以根除，国内外学者虽然经过多年研究和治理，但至今仍无十分有效的办法控制土传病害的为害。 然而，在种植前对土壤或发病植株进行早期病原检测、对病菌毒性组成（生理。