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          前沿科技
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          她用環境安全為農藥“做體檢”,讓“綠色”鋪滿田野

          來源:中國科普網 作者: 發布時間:2021-11-05 18:17:15 瀏覽次數: 【字體:

          10月的最后一個周末,剛剛獲頒“2021年江蘇省最美科技工作者”的卜元卿像往常一樣,奔波在一個蘇南城市的長江口、內湖口,一次次提取排入長江、太湖的水質,檢測是否有農藥等有毒有害污染物……

          識別環境中的有毒有害污染物,特別是農藥,并評估它們對生態環境的影響;照料蜜蜂、魚、鳥等環境生物,判斷農藥對它們的影響;建立農藥環境安全測試技術,評估農藥生態風險,為農藥的登記上市提供環境依據,幾乎填滿了這位生態環境部南京環境科學研究所研究員所有的時光。

          十余年來,她和團隊創建了微生物農藥環境風險評價和安全使用技術體系,完善了農藥環境生物毒理學測試方法與標準體系,并用環境安全評價引導農藥企業科技創新,走綠色發展之路。

          “如果沒有農藥,一旦遇到有害生物傳播的重大疫情將難以控制,不僅農業安全會受巨大影響,生態安全、健康安全甚至國家安全也會受到威脅。但想用好農藥,并不容易,中國作為農藥生產和使用大國,一定要有自己的關鍵核心技術?!?/p>

          放眼未來,卜元卿也正在挑戰人類對污染物的認知,為環境新污染物“鑒定”身份,追蹤溯源。

          生態環境部南京環境科學研究所研究員卜元卿在青海調查蜜源地用藥情況。卜元卿供圖

          了解農藥對環境生物的影響,首先要當好“馴獸員”

          走進生態環境部南京環境科學研究所“國家環境保護農藥環境風險與污染控制重點實驗室”,便與蜜蜂、蚯蚓、斑馬魚、溞、鵪鶉等生物不期而遇。

          卜元卿的工作之一,就是在農藥上市前,研究這些環境生物通過取食、接觸農藥后的中毒反應,判斷農藥是否具有毒性,是否會影響生態系統,為農藥登記上市提供環境安全性和生態風險評價依據。

          要驗證農藥對環境生物是否有毒副作用,首先要會照料這些特殊的小生命,減少外界因素對它們的干擾,以判斷供試藥物的影響。

          “有段時間做蜜蜂幼蟲毒性試驗,一開始我們按照國際通行準則做,但發現空白對照組蜜蜂存活率也很低,試驗結果很不理想。我們不斷向國內外養蜂學專家請教,通過試驗反復測試飼料配方、飼料溫度、加料順序、移蟲裝置、培養裝置等,終于摸索出一套方法,最終將蜜蜂幼蟲巢外存活率提高到97%以上,試驗可重復性和可靠性大大提高?!痹诓吩淇磥?,要掌握這些環境生物的生命密碼,首先要讓這些充滿野性的小生命聽話,這既要有足夠的耐心,也要有“獨門法器”。

          做蜜蜂半田間試驗時,要觀察農藥噴灑后對蜜蜂個體和蜂群的毒性,但活潑的蜜蜂可不會對打擾它們清靜的人客氣,蜇人是常有的事。

          如何讓蜜蜂淡定如常?“此前,有研究者用二氧化碳麻醉昆蟲,那是否也能用二氧化碳麻醉蜜蜂?”卜元卿和同事按照蜂匹大小為蜜蜂量身定制了麻醉箱,通入二氧化碳麻醉蜜蜂,這樣就能方便地觀察蜜蜂個體健康、群落數量、幼蟲發育等情況。

          如今,卜元卿帶領團隊自主研發的蜜蜂群體麻醉法、蜜蜂自動收集裝置、陸生生態模擬裝置等一批配套設備和方法,在農藥生態毒理學研究和農藥登記評價管理中發揮了重要作用。

          生態環境部南京環境科學研究所研究員卜元卿在跟蹤觀察農藥對捕食性天敵-瓢蟲的毒性試驗??萍既請笥浾?金鳳 攝

          起草我國首部微生物農藥登記管理環境技術標準

          “微生物農藥的物種資源豐富、不易產生抗藥性、環境殘留低,是最具潛力和價值的化學農藥替代產品?!辈吩湟贿呎f,一邊拿出一本《中華人民共和國農業行業標準(微生物農藥環境風險評價試驗準則)》(NY/T3152.1-2017)。這是我國首部微生物農藥登記環境評估技術標準。

          “與化學農藥使用后會不斷降解不同,微生物農藥可能會在環境中增殖,還可能具有傳染性,做風險評價就是要發現農藥在什么樣的條件下具有最大危害?!?/p>

          作為《準則》的主要起草者,卜元卿回憶,當時微生物農藥標準在國內沒有參照,要靠科研團隊一點點摸索測試和評估方法。

          球孢白僵菌是我國主要的真菌微生物農藥品種,但當時幾乎沒有它對非標生物的毒理學研究,由于缺乏基礎數據標準,制訂的難度極大。

          “以蜜蜂為例,蜜蜂在不同生長期、在不同環境條件下對球孢白僵菌侵染的抵抗和響應能力都不同,要摸索出最壞場景不是容易的事?!?/p>

          那段時間里,卜元卿和同事們要不斷穿梭于蜂箱和實驗室之間,已經不記得被蜜蜂蟄過多少次,頂著紅腫的臉,她和同事們終于發現了蜜蜂和球孢白僵菌最敏感的生長期、最合適的巢外生長環境。

          “26攝氏度、空氣濕度達75%時,蜜蜂在接觸球孢白僵菌時會死亡,在濕度達95%時,蜜蜂死亡時體表還會伴有菌絲體。這意味著,在高濕地區和季節,施用球孢白僵菌要防范對附近蜂場和蜜蜂放牧的風險?!?/p>

          就是用這樣的笨功夫,一個一個試驗的摸索,團隊建立了細菌型、真菌型、病毒性微生物農藥對不同環境生物毒性的物種敏感性、染毒途徑和條件、暴露時間、生物毒性評價終點等,最終制訂了微生物農藥對環境生物毒性測試標準方法。

          生態環境部南京環境科學研究所研究員卜元卿在跟蹤觀察蜜蜂急性接觸的毒性試驗??萍既請笥浾?金鳳 攝

          用環境綠色安全評價農藥風險,用好“一票否決權”

          “創制一款農藥,從研發到上市大約需要10年,耗費10億美金,農藥登記評審決定了研發多年的藥物能不能上市。在我國,對于有充分數據證實的具有危及環境、健康或農產品安全的農藥采取一票否決制,這對我們工作的要求非常高,不能出一點差錯?!?/p>

          如何讓企業巨大的研發投入不付諸東流,又能確保農藥使用后對生態環境安全?卜元卿的方法是,為農藥“做CT”,幫企業完善產品。

          卜元卿在評估一家國外企業創制的芽孢桿菌農藥時發現,該產品對溞類和魚類毒性特別大,“跟企業溝通后,我們發現產品中含有很高比例的尿素,企業將尿素作為助劑成分為芽孢桿菌提供氮源,但是尿素卻對水生生物具有毒性。最終企業根據我們的試驗數據調整了產品配方,降低了毒性風險?!辈吩湔J為,他們必須從環保角度為企業把好關,提建議排除隱患、降低風險。既不能一刀切,也不能留置風險。

          事實證明,用環境安全評價的視角將生態風險前置,不僅利于環保,也會帶來廣闊的市場前景。

          卜元卿課題組曾聯合江西一家業內大型企業開展球孢白僵菌菌劑創制研究和環境安全使用技術推廣示范,雙方在江西、安徽、廣西、湖北等南方8?。▍^)采集了64株來自松毛蟲和家蠶的球孢白僵菌,通過生物測定、ISSR遺傳結構分析,篩選得到了既對家蠶低毒、又有商品開發價值的松毛蟲?;跃?。

          隨后,企業自主創制10余個新母藥和新制劑,獲得農藥登記證,并在江西、安徽等地水稻二化螟、稻縱卷葉螟、番茄煙粉虱、林木松沫蟬、林木柳毒蛾等蟲害防治中大規模使用。

          用前沿科技識別新污染物,做好“環境偵探”

          相較于看得見的危險,那些看不到聞不到卻無處不在有毒有害污染物更像是一個個幽靈,挑戰著人類的認知和防御能力。

          2014年起,卜元卿帶領團隊利用生物效應導向分析、質譜技術等先進方法,嘗試識別環境中對生物和人類有毒有害的污染物。

          “最初我們只是利用靶向分析技術建立農藥多殘留分析方法,但農藥在不同的環境條件下會產生不同代謝產物,而大多數代謝物沒有標樣,傳統的靶向分析技術就無法識別?!睘橥黄品前邢颦h境污染物全組分檢測技術,卜元卿團隊找到了國內質譜儀器研發公司,成立聯合研發中心,一方負責儀器開發,一方負責應用研究,目前建立了近4000種污染物數據庫,并且將污染物與污染源對應,開發出了環境污染物精準溯源軟件和應用技術。

          目前,該技術已經在內蒙古呼倫湖、浙江臺州和江蘇無錫等地應用,在COD、高錳酸鹽指數等水質指標異常解析、污染物溯源等方面取得較好效果。

          “現在我們正在擴大和完善數據庫及功能,探索利用機器學習等AI方法建立農藥等重點行業特征污染物指紋,我們希望能夠給每一家企業都做一張‘身份證’,實現污染物的科學精準管控?!?/p>

          如今,卜元卿仍需每周有2-3天要到野外調研、勘察、采樣、監測,發現、甄別環境新污染物,持續研究農藥的環境安全性,提及這份工作的意義,她略顯羞澀地說,“其實我做的都是芝麻大小的事,但做多了也許能變成一瓶芝麻油?!?/p>

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