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她用环境安全为农药“做体检”,让“绿色”铺满田野

来源:中国科普网 作者: 发布时间:2021-11-05 18:17:15 浏览次数: 【字体:

10月的最后一个周末,刚刚获颁“2021年江苏省最美科技工作者”的卜元卿像往常一样,奔波在一个苏南城市的长江口、内湖口,一次次提取排入长江、太湖的水质,检测是否有农药等有毒有害污染物……

识别环境中的有毒有害污染物,特别是农药,并评估它们对生态环境的影响;照料蜜蜂、鱼、鸟等环境生物,判断农药对它们的影响;建立农药环境安全测试技术,评估农药生态风险,为农药的登记上市提供环境依据,几乎填满了这位生态环境部南京环境科学研究所研究员所有的时光。

十余年来,她和团队创建了微生物农药环境风险评价和安全使用技术体系,完善了农药环境生物毒理学测试方法与标准体系,并用环境安全评价引导农药企业科技创新,走绿色发展之路。

“如果没有农药,一旦遇到有害生物传播的重大疫情将难以控制,不仅农业安全会受巨大影响,生态安全、健康安全甚至国家安全也会受到威胁。但想用好农药,并不容易,中国作为农药生产和使用大国,一定要有自己的关键核心技术。”

放眼未来,卜元卿也正在挑战人类对污染物的认知,为环境新污染物“鉴定”身份,追踪溯源。

生态环境部南京环境科学研究所研究员卜元卿在青海调查蜜源地用药情况。卜元卿供图

了解农药对环境生物的影响,首先要当好“驯兽员”

走进生态环境部南京环境科学研究所“国家环境保护农药环境风险与污染控制重点实验室”,便与蜜蜂、蚯蚓、斑马鱼、溞、鹌鹑等生物不期而遇。

卜元卿的工作之一,就是在农药上市前,研究这些环境生物通过取食、接触农药后的中毒反应,判断农药是否具有毒性,是否会影响生态系统,为农药登记上市提供环境安全性和生态风险评价依据。

要验证农药对环境生物是否有毒副作用,首先要会照料这些特殊的小生命,减少外界因素对它们的干扰,以判断供试药物的影响。

“有段时间做蜜蜂幼虫毒性试验,一开始我们按照国际通行准则做,但发现空白对照组蜜蜂存活率也很低,试验结果很不理想。我们不断向国内外养蜂学专家请教,通过试验反复测试饲料配方、饲料温度、加料顺序、移虫装置、培养装置等,终于摸索出一套方法,最终将蜜蜂幼虫巢外存活率提高到97%以上,试验可重复性和可靠性大大提高。”在卜元卿看来,要掌握这些环境生物的生命密码,首先要让这些充满野性的小生命听话,这既要有足够的耐心,也要有“独门法器”。

做蜜蜂半田间试验时,要观察农药喷洒后对蜜蜂个体和蜂群的毒性,但活泼的蜜蜂可不会对打扰它们清静的人客气,蜇人是常有的事。

如何让蜜蜂淡定如常?“此前,有研究者用二氧化碳麻醉昆虫,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为蜜蜂量身定制了麻醉箱,通入二氧化碳麻醉蜜蜂,这样就能方便地观察蜜蜂个体健康、群落数量、幼虫发育等情况。

如今,卜元卿带领团队自主研发的蜜蜂群体麻醉法、蜜蜂自动收集装置、陆生生态模拟装置等一批配套设备和方法,在农药生态毒理学研究和农药登记评价管理中发挥了重要作用。

生态环境部南京环境科学研究所研究员卜元卿在跟踪观察农药对捕食性天敌-瓢虫的毒性试验。科技日报记者 金凤 摄

起草我国首部微生物农药登记管理环境技术标准

“微生物农药的物种资源丰富、不易产生抗药性、环境残留低,是最具潜力和价值的化学农药替代产品。”卜元卿一边说,一边拿出一本《中华人民共和国农业行业标准(微生物农药环境风险评价试验准则)》(NY/T3152.1-2017)。这是我国首部微生物农药登记环境评估技术标准。

“与化学农药使用后会不断降解不同,微生物农药可能会在环境中增殖,还可能具有传染性,做风险评价就是要发现农药在什么样的条件下具有最大危害。”

作为《准则》的主要起草者,卜元卿回忆,当时微生物农药标准在国内没有参照,要靠科研团队一点点摸索测试和评估方法。

球孢白僵菌是我国主要的真菌微生物农药品种,但当时几乎没有它对非标生物的毒理学研究,由于缺乏基础数据标准,制订的难度极大。

“以蜜蜂为例,蜜蜂在不同生长期、在不同环境条件下对球孢白僵菌侵染的抵抗和响应能力都不同,要摸索出最坏场景不是容易的事。”

那段时间里,卜元卿和同事们要不断穿梭于蜂箱和实验室之间,已经不记得被蜜蜂蛰过多少次,顶着红肿的脸,她和同事们终于发现了蜜蜂和球孢白僵菌最敏感的生长期、最合适的巢外生长环境。

“26摄氏度、空气湿度达75%时,蜜蜂在接触球孢白僵菌时会死亡,在湿度达95%时,蜜蜂死亡时体表还会伴有菌丝体。这意味着,在高湿地区和季节,施用球孢白僵菌要防范对附近蜂场和蜜蜂放牧的风险。”

就是用这样的笨功夫,一个一个试验的摸索,团队建立了细菌型、真菌型、病毒性微生物农药对不同环境生物毒性的物种敏感性、染毒途径和条件、暴露时间、生物毒性评价终点等,最终制订了微生物农药对环境生物毒性测试标准方法。

生态环境部南京环境科学研究所研究员卜元卿在跟踪观察蜜蜂急性接触的毒性试验。科技日报记者 金凤 摄

用环境绿色安全评价农药风险,用好“一票否决权”

“创制一款农药,从研发到上市大约需要10年,耗费10亿美金,农药登记评审决定了研发多年的药物能不能上市。在我国,对于有充分数据证实的具有危及环境、健康或农产品安全的农药采取一票否决制,这对我们工作的要求非常高,不能出一点差错。”

如何让企业巨大的研发投入不付诸东流,又能确保农药使用后对生态环境安全?卜元卿的方法是,为农药“做CT”,帮企业完善产品。

卜元卿在评估一家国外企业创制的芽孢杆菌农药时发现,该产品对溞类和鱼类毒性特别大,“跟企业沟通后,我们发现产品中含有很高比例的尿素,企业将尿素作为助剂成分为芽孢杆菌提供氮源,但是尿素却对水生生物具有毒性。最终企业根据我们的试验数据调整了产品配方,降低了毒性风险。”卜元卿认为,他们必须从环保角度为企业把好关,提建议排除隐患、降低风险。既不能一刀切,也不能留置风险。

事实证明,用环境安全评价的视角将生态风险前置,不仅利于环保,也会带来广阔的市场前景。

卜元卿课题组曾联合江西一家业内大型企业开展球孢白僵菌菌剂创制研究和环境安全使用技术推广示范,双方在江西、安徽、广西、湖北等南方8省(区)采集了64株来自松毛虫和家蚕的球孢白僵菌,通过生物测定、ISSR遗传结构分析,筛选得到了既对家蚕低毒、又有商品开发价值的松毛虫专化性菌株。

随后,企业自主创制10余个新母药和新制剂,获得农药登记证,并在江西、安徽等地水稻二化螟、稻纵卷叶螟、番茄烟粉虱、林木松沫蝉、林木柳毒蛾等虫害防治中大规模使用。

用前沿科技识别新污染物,做好“环境侦探”

相较于看得见的危险,那些看不到闻不到却无处不在有毒有害污染物更像是一个个幽灵,挑战着人类的认知和防御能力。

2014年起,卜元卿带领团队利用生物效应导向分析、质谱技术等先进方法,尝试识别环境中对生物和人类有毒有害的污染物。

“最初我们只是利用靶向分析技术建立农药多残留分析方法,但农药在不同的环境条件下会产生不同代谢产物,而大多数代谢物没有标样,传统的靶向分析技术就无法识别。”为突破非靶向环境污染物全组分检测技术,卜元卿团队找到了国内质谱仪器研发公司,成立联合研发中心,一方负责仪器开发,一方负责应用研究,目前建立了近4000种污染物数据库,并且将污染物与污染源对应,开发出了环境污染物精准溯源软件和应用技术。

目前,该技术已经在内蒙古呼伦湖、浙江台州和江苏无锡等地应用,在COD、高锰酸盐指数等水质指标异常解析、污染物溯源等方面取得较好效果。

“现在我们正在扩大和完善数据库及功能,探索利用机器学习等AI方法建立农药等重点行业特征污染物指纹,我们希望能够给每一家企业都做一张‘身份证’,实现污染物的科学精准管控。”

如今,卜元卿仍需每周有2-3天要到野外调研、勘察、采样、监测,发现、甄别环境新污染物,持续研究农药的环境安全性,提及这份工作的意义,她略显羞涩地说,“其实我做的都是芝麻大小的事,但做多了也许能变成一瓶芝麻油。”

终审:甘肃省科协站群管理员
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