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我国第一个微生物杀蚊剂
  文章来源: 发布时间:2004-10-10 【字号: 小  中  大   

张用梅 微生物学家。1937年12月生于湖北省鄂城,1963年毕业于武汉大学生物系。现为中国科学院武汉病毒研究所研究员,博士生导师,1990年度国家有突出贡献中青年专家。在杀虫菌资源、分类、生物学特性、杀虫毒素、杀虫病理、遗传、杀虫剂研制、生产和应用的广泛领域中取得九项获奖成果(三项国家级成果和六项部委级成果)。其中获全国科技大会奖1项、国家科技进步奖二等奖1项。在国内外首次建立用PAGE分析苏云金杆菌酯酶型快速鉴定其亚种的方法。在C3-41杀蚊剂的研究中,多项指标达到世界领先水平。主编《球形芽孢杆菌及其杀蚊原理和应用》专著。另参加撰写《微生物防治害虫》、《苏云金杆菌》两本专著。发表论文70篇。

提起蚊虫,令人厌恶。它传播着各种疾病,使全世界半数以上的人口受到它传播的疾病的威胁,每年数亿人口受蚊媒疾病的折磨,其中几百万人被夺去生命,因此它是人类生存和健康的大敌。

人类与蚊虫的斗争可追溯到古代,然而那时人们没有找到有效的手段消灭蚊虫。直到上世纪40年代,发明了DDT化学农药,它能有效地杀灭蚊虫,使蚊虫传播的疾病得到了有效控制。1956年世界卫生组织(WHO)制定了采用化学农药灭蚊达到全球消灭疟疾的规划。到1966年将此计划推向高潮,组织1亿户进行室内喷洒DDT和六六六近7万吨。这一举动虽然在某些国家和地区暂时达到了目的,但带来了巨大隐患:其一、蚊虫对杀虫剂产生了抗性,化学农药杀蚊不灵了;其二、造成了对环境的严重污染。实施上述计划的结果,并不能消灭疟疾。随后WHO组织多国学者致力于微生物灭蚊的研究,并于1977年国外发现了对蚊虫毒效很高的苏云金芽孢杆菌以色列亚种,进而将此细菌开发出第一个微生物杀蚊剂。

我凭借长期从事细菌杀虫剂研究的科学积累和经验,决心研制我国自己的微生物杀蚊剂。但是我国从事此领域的研究比国外起步晚25年,怎么办?我们敢字当头,奋起直追,在追赶中立足于“超”。在科技竞赛中我们经历了一段艰苦、务实的微生物杀蚊剂研制过程,攻破了一道道科技难关。

首先,最基本也是最关键的问题是要有自己的优良生产菌种。菌种来源的惟一途径是从我国大自然界中去寻找获得。为此,我和同仁们去外地出差时,都要把采集死虫和土壤样品列入工作内容,做科研的“有心人”。我们常常委托本所兄弟研究室的同事,在外地工作之余给我们采集样品。我们采集样品的足迹遍及半个中国,收集样品上千个,分离出菌种数千株,历时16年。功夫不负有心人,第一个优良的球形芽孢杆菌菌株1985年问世,第二个优良的苏云金芽孢杆菌1997年得到。这两株菌的杀蚊毒力是国外同类菌株毒力的2-3.5倍,其杀蚊活性处于世界领先水平。

第二个关键技术是发酵工艺及发酵水平。球形芽孢杆菌在发酵中往往不能同步成熟,学术上称做发育同步性能差,当时国外文献报道只有48-72%的同步率。同步率低导致杀蚊活性不高。为了提高生长发育的同步率和提高发酵液的杀蚊效价,我们课题组花了两年时间攻关,从100多个发酵培养基的配方中,筛选到一种配方其同步率达95-98%,用此配方发酵可得到杀蚊效价很高的发酵产物,从而攻克了生产工艺中的一个技术难关。加上成套工艺的完善,使我们的发酵水平跃居世界领先水平。我们的发酵液杀蚊效果是法国巴斯德研究所的10倍,是俄罗斯专家指导马来西亚的同类产品的12倍。在上述菌种分离和筛选及发酵工艺攻关中,刘娥英副研究员做出了突出的贡献。

第三个难关是蚊虫产生抗药性问题。广东东莞市某镇连续9年大量在野外应用球形芽孢杆菌制剂灭蚊后,有一年突然给我打来电话,他说:“张老师,你们今年生产的产品质量很差,杀不死蚊幼虫,请你们来现场处理和解决问题。”我回答说:“产品质量绝对没有问题,可能蚊虫产生了抗药性。”用户对我的回答不相信,也不满意。我立即运送另一类微生物杀蚊剂给用户,同时派人到现场考察问题。经研究、测试,果真蚊虫对球形芽孢杆菌产生抗性达2万多倍!

实践中出现的问题正是科研要攻克的难题。要解决这个难题涉及到方方面面。应从“矛”和“盾”两个侧面入手。一方面要研究出对抗性蚊虫有效的菌种,另一方面应弄清蚊虫的抗药性机理,要弄清蚊虫抗性的遗传学背景。为此,我带领研究生用基因工程方法改良杀蚊菌,孙钒博士将另一类细菌的杀蚊毒素基因,单个或多个基因转至球形芽孢杆菌中,使后者不仅表达自身的杀蚊毒素,又表达外来的杀蚊毒素,基因工程菌含有多种杀蚊毒素,“众箭齐发”抗性蚊虫,提高了杀灭抗性蚊虫的效果。同时我们还从自然界筛选新的菌种,经过本组袁志明研究员的努力,筛选出对敏感蚊虫和抗性蚊虫均有效的新的球形芽孢杆菌菌株。袁研究员还与法国巴斯德研究所和巴西学者开展合作,初步弄清了蚊虫的抗性机理,证明球形芽孢杆菌的单一杀蚊毒素只作用于蚊幼虫特殊的单一位点,蚊虫抗性基因为隐性基因,抗性蚊虫与敏感蚊虫杂交后,使其抗性消失等,这为制定防治抗性蚊虫的策略提供了重要依据。

另外,我们还研究了野外防治蚊虫(特别是抗性蚊虫)的应用技术,采用不同类型的微生物杀蚊剂的轮用,有效地杀灭了抗性蚊虫,收到了良好效果,用户十分满意。深圳市应用我们研制的实验微生物杀蚊剂产品和登记产品,15年来常用不衰,杀蚊效果十分理想。

20年来,我们的研究团队在微生物杀虫剂领域中,曾承担世界卫生组织有关研究课题3项,国家重点攻关1项,国家自然科学基金3项,国际合作项目2项。我们不断探索,勇于创新,在此领域中取得了突破性进展,曾获得国家科技进步奖二等奖k项,中国科学院科技进步奖二等奖1项,湖北省自然科学奖三等奖k项。我们撰写了国内外第一本球形芽孢杆菌专著,发表论文近60篇。

由于我们研究工作成就突出,引起了世界同行学者的关注。法国、丹麦、巴西、马来西亚、德国及美国等国的同行学者主动要求与我们合作。世界卫生组织的专家来我所评价完成WH0项目进展时曾说:“很高兴知道你们分离出对蚊虫高毒效的菌株,而且将此菌用于生产和应用,球形芽孢杆菌只有在中国进行了大量生产和实质性应用,这是我们WHO的光荣!”由此可见,在研究成果转化成产品并取得理想灭蚊效果方面,我们已走在世界前列。我们的应用成果被WHO总结报告所肯定(WHO,1996)。1993年在美国召开的“媒介生态学会议”上,法国和德国的学者在其学术论文中,将我们分离的球形芽孢杆菌C3-41菌株防治蚊虫的毒效与世界上同类菌株进行了比较试验,结果C3-41菌株列为第一名,该菌是世界上最优菌株毒力的3.5倍,他们文中的结论是“C3-41是最有潜力的杀蚊菌株”。

2001年,我们研制的我国第一个球形芽孢杆菌杀蚊剂已获登记上市。至今我们已生产近1000吨产品,在我国15个省40来个县市应用于灭蚊,应用面积累计约15000公顷,使数以千万计的人民免受蚊虫的危害。产生了显著的社会效益和经济效益。上世纪80年代末,我国南方爆发蚊虫传播的登革热病,仅海南省就连续两年每年应用我们研制的微生物杀蚊剂25吨,阻止了该病的蔓延,保障了人民生命安全和身体健康。同期的河南洛阳市,原来每年用于蚊虫防治需30万元,有一年采用我们的产品灭蚊,只用了两万元,使蚊虫防治达标。应用我们的产品后,市区可以不挂蚊帐,人们也不会受到蚊虫的叮咬。

我们防治蚊虫的战略是放在“治本”上。也就是说,把蚊虫扼杀在“摇篮”之中。我们研制的杀蚊剂用于孳生地蚊幼虫(孑孓)的控制,把蚊虫消灭在成蚊起飞之前。我们研究工作的指导思想是,在追赶国际水平中立足于超越国际水平。20年来的艰苦奋斗,不断探索,勇于创新,使我们的研究工作跻身于世界之林,总体上达到世界先进水平,我们的实验室已成为世界上从事微生物杀蚊的几个著名的实验室之一。

撰稿人:张用梅

点评:

张用梅研究员长期从事细菌杀虫剂研究,为研制我国自己的微生物杀蚊剂,带领他的研究组从选择优良的生产菌种开始,历经16年,足迹遍及半个中国,收集样品上千个,分离菌种数千株;在攻克关键技术--发酵技术与发酵水平时,从一百多个发酵培养基配方中筛选出最佳配方,还从“矛”和“盾”两方面入手解决了蚊虫抗药性问题,最终研制出高效的微生物杀蚊剂。他们的成功是凭着“做科研‘有心人’的精神”,长期坚持不懈、艰苦奋斗、一步一个脚印地攀登而获得的。

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