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潜心农业微生物研究,践行微生物农业产业——建院60周年农业科技先进工作者刘波先进事迹
发布时间:2020-11-07 22:11
来源:院办
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刘波,男,中共党员,1957年出生,福建惠安人,博士,二级研究员,博士生导师;1988年进入福建省农业科学院工作,2009年8月至2017年2月任福建省农业科学院院长。获中国青年科技奖(1992)、全国优秀留学回国人员奖(1996)、省级优秀专家(1997)、省“五一”劳动奖章(1999、2010),享受国务院政府津贴(1997),入选国家“百千万”人才第一、二层次管理(1997)和福建省杰出科技人才(2009)。

  

长期从事微生物生物技术与农业生物药物、芽胞杆菌系统发育、微生物资源、设施农业等的研究与推广应用,主持国际合作(中德合作、中美合作、中以合作)、国家自然科学基金、国家973前期项目、国家863项目、省科技重大攻关项目等150多项科研课题的研究工作;研究成果获各级成果奖30多项,其中国家科技进步奖二等奖1项(排名第3),省科技进步奖一等奖1项(主持)、农业部中华农业科技奖一等奖1项(主持)、省科技进步奖二等奖6项(主持);获授权专利50多件、软件著作权3件;发表论文600多篇,出版科学著作20本,11篇论文获全国和省学会优秀论文奖;制定省地方标准3项;研发的农业微生物菌剂产品累计推广应用达1000万亩。

甘为人梯、奖掖后学,科技队伍不断壮大

刘波博士在长期的科研实践中,始终坚持把人才培养、创新团队建设放在重要位置。多年来,通过国际合作、人才引进、国内高校联合培养等方式,组建了一支有14位博士、10位硕士的科技创新团队,培养了一批青年英才、学科骨干力量,有4人晋升为研究员、9人晋升为副研究员。团队成员里,1人荣获中国青年科技奖(2011),1人入选“中国科协第三届青年人才托举工程”(2017-2019),5人获得国家自然科学基金项目,2人获得福建省杰出青年科学基金项目。为我省乃至我国建立了一个充满朝气、勇于创新的具有相当知名度的从事农业微生物和微生物农业研究的科技队伍。

驰而不息、久久为功,潜心芽胞杆菌资源研究

芽胞杆菌在农业、工业、医药、环境等有着重要的作用,农业微生物菌剂(生物农药、生物肥料、饲用益生菌、污染降解剂等)90%由芽胞杆菌生产加工而成。多年来,刘波博士系统地进行了我国不同生态类型的芽胞杆菌资源挖掘,引进国际标准菌株。采集了国内外不同生境土壤16000余份,分离保存芽胞杆菌46000余株,引进模式菌株260余种。深入开展了新疆维吾尔自治区、台湾省、福建省武夷山、陕西省陕北地区和台湾地区芽胞杆菌资源多样性分析。对200种芽胞杆菌和100种疑似新种进行了全基因组、物质组、脂肪酸组、酶学组测定,目前已经完成了240多种芽胞杆菌的基因组测序,占全球世界已知芽胞杆菌的15.8%。发现了芽胞杆菌新种资源140株,发表芽胞杆菌新种16种。建立了全球最大的芽胞杆菌专业资源库,出版了《芽胞杆菌》专著5卷(中国芽胞杆菌研究、芽胞杆菌分类学、芽胞杆菌生物学、芽胞杆菌脂肪酸组学、芽胞杆菌基因组学(印刷中))。

勇攀高峰、敢为人先,秉持科技创新的时代精神

揭示了芽胞杆菌“内生抑菌”的作用机理。成功构建了芽胞杆菌绿色荧光蛋白基因(gfp)转化体系,首次证明了短短芽胞杆菌为植物内生生防菌,侵入植株根、茎、叶而内生定殖提升抑菌效果,发现了短短芽胞杆菌对尖孢镰刀菌的抑菌物质--羟苯乙酯,出版了专著《尖孢镰刀菌生物学及其生物防治》,阐明羟苯乙酯破坏尖孢镰刀菌菌丝顶端区域导致菌丝消解的抑菌机理,提升了我国在该领域的研究水平。

探明了芽胞杆菌“挥发性物质抑菌作用”新机制。筛选出11株产挥发性物质的芽胞杆菌;明确菌株产生的挥发性物质(5-甲基呋喃醛、苯乙醛、棕榈酸、甲基环戊烯醇酮等)对靶标病原菌(炭疽病菌、枯萎病菌、青枯病菌、大肠杆菌等)的抑菌率为70~90%。证实了产挥发性物质的芽胞杆菌非接触性抑菌作用,提出了生防菌在土壤和植物内生环境下产挥发性物质的抑菌作用新机制。

发现了芽胞杆菌“致弱作用”抑菌新途径。首次发现了蜡状芽胞杆菌ANTI-8098A对青枯雷尔氏菌的致弱现象:区分出生物致弱与物理致弱、化学致弱、继代致弱的差异性,明确了青枯雷尔氏菌phcA基因突变对芽胞杆菌抑菌物质的敏感性导致其致病力丧失的作用机理,出版了专著《青枯雷尔氏菌多态性研究》,阐明生防菌对青枯雷尔氏菌防治的新机制--致弱机理,为作物青枯病的免疫抗病产品和植物疫苗的研发开辟新途径。

建立了芽胞杆菌“生物藕合机理”杀虫毒素修饰的新方法。克隆了Bt高毒力杀虫新基因(cry2Ab30),发现了该基因的昆虫中肠新受体和活化新位点;利用基团偶联剂实现了杀虫毒素与阿维菌素(或化学农药)的藕合,形成单体双毒素新型结构的生物农药BtA,与靶标害虫受体蛋白的结合力提高73%,提高杀虫速率、扩大杀虫谱、克服害虫抗性;出版了英文专著《Biotechnological Development of GCSC BtA as a New of Biocide(新型生物农药BtA的研发)》,藕合机理的提出为提高生防菌剂的使用效果、克服害虫抗药性提供了新方法。

提出了芽胞杆菌“双向酶活调节”果蔬保鲜新机制。筛选到对龙眼、枇杷、荔枝、莲雾、十字花科蔬菜、马铃薯、番茄等果蔬及种苗采后病害防控微生物--短短芽胞杆菌FJAT-0809-GLX,证实了其对龙眼等果蔬致腐酶(POD和PPO)抑制作用及对防御酶(SOD)保护作用的“双向酶活调节”新机理;研发的微生物保鲜剂对龙眼等保鲜效果达87%以上,延长保存期2倍以上,对种苗处理储运腐烂率下降90%,为同等条件下保鲜保质措施之冠。为果蔬微生物保鲜剂研发提供了新机制。

创新了“微生物发酵床”动物养殖新模式,研发了原位发酵床、异位发酵床、低位发酵床、饲料发酵床、集装箱发酵床等养殖装备,应用于猪、牛、羊、鸡、鸭、鹅的养殖上;出版了我国第一部微生物发酵床专著《微生物发酵床零污染养猪技术的研究与应用》。阐明了发酵床微生物组作用、养殖废弃物消解以及动物病原防控的机制;编制了“微生物发酵床大栏养猪技术规范”,进行了养殖污染微生物治理,实现零排放;出版了专著《异位发酵床微生物组多样性》,异位发酵床技术被选为2018年农业部十项重大引领性农业技术在全国推广。

提出了作物青枯病“植物疫苗”研发思路,建立了青枯菌弱株系构建技术体系,创立了“细菌色谱”的植物疫苗效价指数,研发出我国首个植物活菌疫苗的--青枯病“植物疫苗”,田间应用保护率达85-95%,为植物病害防治开辟了新途径。


提出了“整合微生物组菌剂”的研发方法,在中国农业科学上发表了“整合微生物组菌剂的提出、研发与应用”,利用微生物发酵床,结合污染治理,建立了“发酵床基质配方、氮素连续流加、翻耕好氧发酵”的微生物组生产技术体系,建立了质量标准检测体系,生产出整合微生物组菌剂包含了1800多种微生物,含量达200亿/克以上,保存了丰富的有机质;微生物含量多,肥效高,成为首个用于防治作物连作障碍、土传病害、土壤修复的微生物组菌剂研发案例,在生产上应用取得良好效果。

不忘初心、牢记使命,坚持科技服务“三农”

坚持把农业科研成果应用于田间地头,毫不保留的将先进农业科技成果传授给农民和农业企业。与厦门江平公司、广西汉和公司、东莞保得公司等企业合作,进行芽胞杆菌产品研发,合作研发了17个功能性芽胞杆菌生物农药、生物肥料、生物基质等产品,进行大面积推广应用。研发的异位发酵床技术,是养殖粪污资源化利用的一种典型技术模式,具有成本低、操作简单、无污染、无排放、无臭气等优点,很好地满足了农业农村部重大引领性农业技术的形成一揽子综合技术解决方案。该技术于2014年由福建省农业厅率先发文在我省推广,并成功入选2018年十项重大引领性农业技术,在全国进行推广。

    建立了“微生物菌剂研发与应用国家地方联合工程研究中心”、“海西农业微生物菌剂国际科技合作基地”、“东南区域农业微生物资源利用科学观测实验站”、“福建省农业生物药物工程研究中心”等科研平台,组建了芽胞杆菌、生物基质、微生物发酵床3个“生产性工程化实验室”,研制出芽胞杆菌生防菌剂液体耗氧发酵装备、微生物液体厌氧发酵自动化生产系统、功能性生物基质(肥料)全自动生产系统等。设计建造了年产10万立方功能性生物基质生产装备;为企业技术装备进步提供技术保障。

我国农业形态发展由传统农业,陆续发展为化学农业、生态农业、绿色农业、有机农业、现代农业;微生物农业是近年来国际上发展起来的由微生物参与的农业生产形态,刘波博士领导的研究团队拓展出“微生物农业”,将动物-植物-微生物纳入农业生产系统,走生态循环,污染防控,环境保护,食品安全,优质高效的农业发展道路。团队探索出的微生物农业模式包括(1)温室大棚水-肥-菌一体化基质栽培模式,(2)微生物发酵床林下养殖模式,(3)微生物调水智能化水产养殖模式,(4)种养结合全程机械化陆地生产模式;涵盖了生态农业、绿色农业、有机农业、现代农业发展的关键技术。

在福州郊区宦溪镇降虎村建立了“生态循环微生物农业”示范基地,研发出适合于高效轻简、适合于农民投资的“水肥菌一体化基质栽培系统”、“智能轻简天然流水结合微生物调控设施养鱼系统”、“微生物发酵床笋鸡共生系统”,受到农民欢迎与接受。

拓宽合作渠道、探索合作模式,积极开展国际科技合作

刘波博士的国际合作始于1992年,在国家人事部非教育系统出国人员留学基金的支持下,前往德国波恩大学植物病理研究所进行博士后研究,于1994年回国。1995年前往美国密歇根大学和佛罗里达大学做访问学者。从1996年到2008年,在国家外专局的支持下,刘波博士每年前往德国1-3个月合作研究,并邀请德国波恩大学沈功恰(SENGONCA)教授访问中国。目前,创新团队与德国波恩大学、瑞典农业大学、美国农业部园艺实验室等机构建立了合作关系。

刘波博士的国际合作发展经历了3个阶段:第一个阶段1992-1995年,该阶段为国际合作关系建立阶段,通过在德国波恩大学从事博士后研究和在美国密执根大学和佛罗里达大学访问学者,建立了与德国波恩大学和美国佛罗里达大学的国际合作关系。第二阶段1996-2001年,该阶段为联合申请项目阶段。建立了“中德生防合作研究实验室”,与波恩大学沈功恰(SENGONCA)教授一道,申请到德国科学基金(DFG)和国际合作项目(GTZ)-“中国东南部柑橘粉虱生物防治技术的研究与应用”(1995,50万马克)、“生物农药BtA的研制及其在中国东南部蔬菜害虫的防治应用”(2000,50万马克),德方提供了实验设备和工作用车,并得到国家外专局20多个项目的资助以及科技部、国家基金委10多项目资助。第三个阶段2002-2008年,该阶段为联合招收博士生阶段。与德国波恩大学联合招收植物病理学科博士研究生,刘波博士被聘为德国波恩大学博士生导师,招收了3名博士生,在德国学习1年,回到国内的“中德生防合作研究实验室”进行3年的研究,而后,再回到波恩大一年进行博士论文的写作和答辩。目前,已有2名研究生通过了博士论文的答辩,获得了波恩大学博士学位。

从1992到2008年的16年间,申请到聘请国外教授来华讲学和派遣出国培训项目共计52个,与德国、瑞典、美国等建立了国际合作关系。聘请国外教授来华合作研究20人次,派遣创新团队研究人员24人次前往德国波恩大学出国培训,6人次前往瑞典斯德哥尔摩农业大学学习,2人次美国佛罗里达大学做访问学者。通过国际合作与出国培训,与德国波恩大学合作建立了“中德生防合作研究实验室”,与美国农业部佛罗里达园艺试验室合作建立了“中美园艺植病生防合作研究实验室”。

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