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扎根基礎,面向需求,建設特色鮮明的農藥學科 華中師范大學農藥學國家級重點學科發展回顧
發布時間:2019-08-15     作者:山東先達農化股份有限公司
扎根基礎,面向需求,建設特色鮮明的農藥學科
華中師范大學農藥學國家級重點學科發展回顧

1 前言
      華中師范大學農藥學科是在已故著名有機磷農藥化學家張景齡先生的帶領下逐步發展起來的。1958年至1962年期間,張先生在前蘇聯碦山基洛夫化工學院留學深造,跟隨著名化學家阿爾布佐夫學習有機磷化學,1962年獲得副博士學位后回國,開始籌建有機磷農藥研究室。1982年,經當時的國家教委批準,正式成立華中師范大學農藥化學研究所和有機合成化學研究所(兩塊牌子一套人馬),張景齡先生擔任首任所長。在張先生的帶領之下,華中師范大學的農藥學科發展迅速,在有機磷農藥化學基礎理論和新品種研制、產業化及應用推廣等方面取得了一批重要的科研成果,先后為國家研制開發了9個有機磷農藥新品種和一個農藥增效劑,并全部實現了工業化生產。其中,他主持研發的水胺硫磷和甲基異柳磷兩個有機磷殺蟲劑,先后在仙桃農藥廠、沙隆達集團等國內數十家農藥企業投產,市場應用已有40多年,為我國農藥工業及農業生產做出了巨大貢獻,創造了巨大的經濟效益和社會效益,先后獲得國家技術發明獎、國家科技進步獎等5項國家級科技獎勵。由于這些品種的成功研制和產業化,華中師范大學農藥研究得到了同行的廣泛認可,成為我國農藥研發的重要基地之一。需要指出的是,甲基異柳磷是一個全新化合物,實際上是一個創制的新品種。但由于當時我國并沒有實施專利制度,因而無法進行專利保護。水胺硫磷雖然是文獻已知的化合物,但在國外并沒有實現商業化。水胺硫磷在實現工業化時,張先生帶領研究團隊在合成工藝上取得了多項創新,如果當時有專利制度的話,也是完全可以取得生產工藝專利的。水胺硫磷和甲基異柳磷屬于高毒有機磷化合物,盡管這兩個品種已于2018年被全面禁止生產,并將于2020年被全面禁止使用,但是它們對中國農業生產和中國農藥工業發展所做的突出貢獻將永遠載入史冊!

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張景齡生前指導研究生(右一劉釗杰、右二站立者張景齡、右三賀紅武)



      1991年,張先生的助手、劉釗杰教授接替張先生擔任農藥所所長。由于在有機磷化學研究方面的重要影響,華中師范大學早在上世紀七十年代就成為國內首批有機化學碩士學位授權點。張先生本人也于1990年被國務院學位委員會授予有機化學專業博士生指導教師資格,他在世的時候,一直努力爭取有機化學博士學位授予權,但遺憾的是,這個愿望直到他去世也未能實現。劉釗杰教授擔任所長后,將學科建設的方向轉向了農藥學,并在1993年獲得了農藥學碩士學位授予權。此后,聯合中國農業科學院植物保護研究所,于1998年成功獲得了農藥學博士學位授予權,成為繼中國農業大學和南開大學之后,國內第三個農藥學專業博士學位授權單位。農藥學博士學位授權點的獲批是華中師范大學農藥學科發展史上的一個重要里程碑。如果沒有該博士學位授權點,后來的發展也就無從談起,自然也就無法獲得國家級重點學科。


       2002年,學校為了加強資源整合,推動學科建設,將農藥化學研究所、化學系與分析測試中心合并,組建了化學學院。學院成立后,就確立了“以點帶面”的學科建設思路,就是以農藥這個點為中心,通過做大做強農藥這一個特色方向,帶動其他相關學科的發展。2003年,成功獲得了有機化學博士學位授權點,實現了張先生的夢想。與此同時,在教育部科技司和學校領導的大力支持下,《農藥與化學生物學教育部重點實驗室》獲得正式立項建設,并在2004年6月通過實驗室建設計劃論證,2006年10月通過建設項目驗收并正式對外開放,2008年和2013年兩次順利通過運行評估,評估專家組對實驗室的研究特色給予了充分肯定??梢哉f,教育部重點實驗室的立項建設是我校農藥學科發展史上又一個重要的里程碑,它對我校農藥學科的發展壯大起到了極其重要的推動作用,依托這個平臺不僅吸引匯聚了一批充滿活力的中青年學術骨干,學校也因此把農藥和化學學科列為重點建設學科,投入了大量建設經費,還專門新建了一棟15000平米的重點實驗室大樓,使得重點實驗室擁有了非常先進的儀器設備條件和研究環境。與此同時,湖北省對我校農藥學科也給予了很大支持,省科技廳于2003和2008年依托我校先后建設了《湖北省農藥工程技術研究中心》和《湖北省農藥殘留與農產品安全檢測技術研究平臺》。2015年,省發改委又依托我校建設了《綠色農藥湖北省工程研究中心》。2007年,農藥學科被成功增列為國家級重點學科,標志著我校農藥學科建設進入國家隊的序列,開始邁上了一個新臺階。2010年我校獲批化學一級學科博士學位授予權,2012年獲得化學一級學科博士后科研流動站,2014年化學和植物保護兩個一級學科均被批準成為湖北省重點學科,2018年獲得植物保護一級學科博士學位授予權,《智能生物傳感技術與健康國際聯合研究中心》獲得科技部立項建設,實現了國家級科研平臺的突破。

       經過幾代人的努力,華中師范大學已經發展成為我國農藥學領域具有重要影響的教學、科研與人才培養基地,贏得了良好的學科聲譽。我是1988年進入華中師范大學化學系學習的。在大學學習期間,張景齡先生的先進事跡就對我產生了重要影響。1992年本科畢業后,我被免試保送到南開大學元素有機化學研究所攻讀農藥學專業碩士研究生,一年后獲得提前攻讀博士學位的資格,師從我國著名農藥化學家楊華錚教授。1997年7月獲得農藥學專業博士學位后,我回到了華中師范大學農藥化學研究所任教,2002至2014年期間擔任化學學院院長,自2003年農藥與化學生物學教育部重點實驗室立項建設起,一直擔任實驗室主任至今。今年是建國70周年,中國農藥工業協會開展“鏗鏘腳步—新中國成立70周年農藥行業發展紀實”征文活動,邀請撰文。借此機會,結合自己多年從事農藥教學科研以及學科建設管理的經歷,回顧一下華中師范大學農藥學科的發展歷程,談談自己的體會。

       通過近六十年的發展,我校農藥學科逐步形成了“扎根基礎、面向需求”的學科建設指導思想?!霸A、面向需求”的意思就是:學科建設一方面要立足于國家重大需求,從重大需求中提煉基礎科學問題,通過問題導向不斷凝練學科方向,形成自身特色,占領國際學科前沿;另一方面要圍繞學科方向,組織多學科交叉的人才團隊,構筑創新研究平臺,圍繞從重大需求中凝練出的基礎科學問題開展系統深入的基礎研究,產出具有實際應用價值的科技成果,滿足經濟主戰場的現實需求。

2  國家重大需求是學科建設的根本驅動力
       上世紀六、七十年代,我國農業生產中大量使用的是DDT、六六六等有機氯農藥,這類農藥的環境毒副作用已經引起了人類社會的高度關注,很多國家先后禁止使用有機氯農藥。因此,研制開發新型高效的殺蟲劑以替代有機氯殺蟲劑是我國當時的農業生產所面臨的一項重大而又迫切的國家需求。在上世紀五十至七十年代,有機磷化學是有機化學學科的國際前沿和熱點領域之一,而有機磷農藥又是有機磷化學研究領域里的一個最活躍的研究方向。因此,張景齡先生1962年從前蘇聯留學回國后,將當時的國際學科前沿與國家重大需求進行有機結合,籌備建立了農藥化學研究室,開展有機磷農藥研究,很快就成功研制開發了新農藥水胺硫磷和甲基異柳磷,先后在全國數十家農藥企業實現了工業化生產,成為取代有機氯殺蟲劑的年產萬噸級的大品種,為解決國家重大需求做出了突出貢獻。華中師范大學也由此成為國內重要的農藥研發和人才培養基地,同時也成為國內從事有機磷化學研究的重鎮。

       長期以來,我國新農藥的研制主要依靠仿制跨國公司的過專利期品種,嚴重阻礙了我國農藥行業的發展。出口產品也以原藥為主,成為跨國公司的原料提供商,在國際市場上沒有自己的品牌。特別是加入WTO以后,跨國公司的專利產品大量進口,對我國農藥市場形成巨大沖擊,長此下去,必將威脅我國農藥行業的發展和農業生產安全。因此,改變我國農藥的仿制現狀,建立起我國自主的農藥創制研究體系,創制出具有自主知識產權的農藥新品種,成為我國農藥產業發展面臨的關鍵挑戰。針對這一現實需求,學院把農藥創制研究確立為農藥學科的主攻方向,組建了一支由化學、生物學、計算機科學等不同學科背景人員組成的學科隊伍,通過協同創新,先后成功創制出了綠酰草膦、苯噻菌酯、氟苯醚酰胺、氯苯醚酰胺、醚唑磺胺酯、喹草酮、甲基喹草酮、吡唑喹草酯8個具有自主知識產權的農藥候選新品種,并全部完成了產業轉化,部分化合物有望在近年內取得登記。此外,還有多個高活性候選化合物已經進入深入評價階段,顯示出良好的產業化開發價值。這些創制品種的研發為提升我國的新農藥創制能力做出了重要貢獻,農藥分子設計也因此成為我校農藥學科的一大特色,受到了國內外同行的廣泛關注。

       近年來,濫用傳統高毒農藥所帶來的食品安全問題引起了社會的高度關注,“毒生姜”、“ 毒韭菜”等事件導致人們談農藥色變。針對這一重大社會需求,學院積極引導分析化學學科的老師開展農藥殘留分析檢測新方法和新技術研究,先后研發成功多項高效高靈敏的農藥殘留檢測技術,并在實際應用中進行推廣,取得了廣泛的社會影響。2008年,時任湖北省科技廳廳長王延覺(后調任教育部科技司司長)親自帶隊到我校調研,并依托我校農藥學科建設了《湖北省農藥殘留與農產品安全檢測技術研究基礎平臺》,投入300萬元建設經費,目標就是為解決湖北省特色農產品農藥殘留問題提供技術支撐。學院相關教師通過努力,針對茶葉、臍橙等湖北特色農產品研發了多種農藥殘留檢測技術,并開發了多種開展農產品農藥殘留現場檢測的試劑盒,較好地滿足了產業發展需求。

3 系統深入的基礎研究是產生原創性科技成果的源泉
       農藥創制是一項涉及化學、化工、生物、農業、環境、信息等多學科的交叉集成系統工程。根據新農藥創制必須要進行多學科交叉集成的特點,學院對化學學科的布局進行了系統規劃,不僅大大拓展了農藥學科的研究領域,而且還極大地完善了我校農藥學科的學科體系。我校的農藥研究最早是從有機合成開啟的,在2000年以前,我校農藥學研究基本上只限于農藥合成化學,涉及的教師也基本上限于有機化學專業。為了構建多學科交叉集成的現代農藥學學科體系,學院充分發揮《農藥與化學生物學教育部重點實驗室》和《湖北省農藥工程技術研究中心》這兩個省部級平臺的匯聚作用,以農藥學國家級重點學科為主干學科,整合化學、生命科學、環境科學以及計算機科學等相關學科資源,形成了涵蓋“分子設計—綠色合成—化學生物學—環境毒理學”的完整新農藥創制體系。與此同時,積極引導相關學科教師主動圍繞農藥開展研究工作,使得教師們不僅發揮了各自的專業優勢,享受到主動參與農藥學科建設的紅利,而且還由此加強了農藥學科的研究實力,深化了學科內涵,拓展了學科領域。

       基于合成—篩選的隨機發現是開展新農藥創制的傳統模式,但這種模式顯然已經不能適應時代發展的要求。利用多學科前沿技術的交叉集成,開展基于靶標結構的農藥分子設計逐步成為當代農藥創制的主流研究模式。為此,通過多年的努力,農藥學科組建了一支具有化學、分子生物學、結構生物學、生物信息學以及計算機科學等多學科背景的新農藥創制研究團隊,建立了面向綠色農藥分子設計的計算化學生物學技術平臺。正是由于擁有了這個功能強大的技術平臺,新農藥創制效率大幅度提高,特別是2013年以來,利用這個平臺先后創制出了十多個性能優異的高活性候選化合物,其中6個化合物實現了成果轉化進入新農藥登記,其他化合物也正在開展深入評價,有望在近期陸續實現轉化。這個技術平臺自2016年正式上線后引起國內外同行的廣泛關注,先后有70多個國家的研究人員在使用這個平臺,產生了較好的影響。

       分析化學是開展農藥殘留檢測研究的核心支撐學科。在2000年以前,我校分析化學學科基礎非常薄弱。在學院的積極引導下,分析化學學科的教師主動參與到農藥學科的學科建設,大力發展農藥殘留分析檢測以及生物分析研究,先后引進了包括千人計劃專家在內的一批學術帶頭人和學術骨干,分析化學學科的實力得到顯著提升,在基于生物傳感技術的農藥殘留分析、農藥靶標蛋白質組學、植物質譜成像研究方面逐步形成了自身特色和優勢,先后獲得多項國家自然科學基金重點和國際合作項目資助。2018年,科技部批準我校建設《智能生物傳感技術與健康國際聯合研究中心》,實現了國家級研究基地的突破。

       農藥的環境污染近年來引起了人們的高度關注。2012年,學院引進了著名環境化學家、中國科學院院士趙進才教授,成立了環境化學研究所,開展農藥的環境污染控制技術研究。在趙院士的帶領下,環境化學研究所已經擁有了一支包括1名國家杰出青年基金獲得者和3名“青年千人”在內的高素質研究團隊,發展了多種環境納米材料,建立了多個農藥品種的深度氧化技術,為農藥生產中的廢水處理以及土壤中農藥污染物處理提供了技術選擇。目前,該團隊也正在積極和相關企業合作,力爭實現技術的產業化和實用化。


4 開展廣泛的產學研合作是獲得良好學科聲譽的根本途徑
       張景齡先生在創立農藥學科之初就一直非常重視產學研合作。通過開展廣泛的產學研合作,不僅實現了科技成果轉化,創造了顯著的經濟效益和社會效益,而且還贏得了良好的學科聲譽,推動了學科的可持續發展。

       農藥學科與湖北仙隆化工股份有限公司(原湖北仙桃農藥廠)之間的產學研合作堪稱典范。水胺硫磷和甲基異柳磷都是最早在仙桃農藥廠實現產業化的。仙桃農藥廠通過與我校農藥學科的合作,從一個作坊式的集體企業發展成現代化的國家級高新技術企業,曾一度成為全國農藥行業20強。我校農藥學科與仙桃農藥廠之間的產學研合作還進一步推動了我校與仙桃市政府之間的校地全面合作,從1988年起,華中師范大學就開始向仙桃市派駐科技副市長(一直到2005年人選均從化學學科產生),1996年與仙桃市政府共建華中師范大學仙桃學院(后改制為仙桃職業學院)。2003年,湖北省科技廳批準我校與湖北仙隆化工股份有限公司共同組建《湖北省農藥工程技術研究中心》。2005年,湖北省經濟委員會又批準依托我校農藥學科建立《湖北省中小企業農藥共性技術推廣中心》。2009年,湖北省省委組織部將我校農藥學科與湖北仙隆化工股份有限公司的合作研究團隊列入“湖北省重點產業創新團隊計劃”給予重點支持。2010年,仙桃農藥廠被湖北宜化集團收購。



       為了響應國家創新創業的號召,加快成果轉化,我們聯合南開大學與山東先達農化股份有限公司,于2016年初成立了先達農化創新研究院,試圖在產學研合作模式上開展一些新的探索,為打通科技成果轉化的最后一公里積累經驗。先達農化創新研究院是我國農藥領域的第一家基于全新模式的產學研協同創新體,不僅在產學研合作機制上進行了大膽創新,實現了優勢資源共享,實現了創新鏈和產業鏈的精準對接,推動了實驗室基礎研究成果向市場化實際應用的快速轉化,促進學術研究成果從書架走向貨架,有效激發象牙塔內技術人員的潛力,促進高校人才培養質量和社會服務能力的提升。與此同時,也有利于大幅度提升企業的自主創新能力,為企業參與國際競爭、推動中國智造走向世界提供強有力的智力支撐。研究院成立的短短三年內,不僅推動了創制除草劑喹草酮的登記工作進展,而且還成功創制出了兩個新候選化合物,有望解決我國水稻、小麥這兩種大宗糧食作物田的抗性雜草防治的重大技術難題,其中防治水稻田抗性稗草和抗性千金子的候選化合物已經啟動登記,防治小麥田節節麥、野燕麥等抗性禾本科雜草的候選化合物也將在年內或明年初啟動登記。正是由于成立了創新研究院,通過體制機制創新,在產學研合作過程中,雙方實現了無縫對接,最后一公里被徹底打通。一方面,企業將市場需求及時反饋給學校,并迅速獲得了市場針對性強的成果和技術解決方案,大幅度提升了企業的核心競爭力。另一方面,學校通過企業及時掌握了最真實、最迫切的市場需求,通過發揮自身在基礎研究和多學科交叉的優勢,組織團隊協同攻關,快速研發出具有市場開發價值的成果,并實現了快速轉化。


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2016年1月山東先達農化創新研究院正式成立

       隨著我校農藥學科基礎研究水平的不斷提升,學科的社會影響也不斷擴大,學科輻射面也更加廣闊。2008年,我們與世界農化領域排名第一的先正達公司簽署正式合作協議,共同開展從天然產物發現新農藥的研究。在這個合作過程中,先正達公司的研發團隊與我們的研發團隊定期舉行電話會議,討論研究進展,先正達公司的研發團隊還每年到學校舉行一次雙邊研討會。通過與先正達的合作,我們不僅學習了解了國際領先農化企業的研發模式,而且還有效推動了我校農藥學專業研究生的培養,促進了人才培養質量的提高。最近,雙方又在共同探討啟動第三期合作項目,圍繞基于靶標結構的農藥分子設計這個大方向,發揮各自研發優勢,力爭創制出全新機制全新骨架的農藥新品種。

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2008年與先正達簽署正式合作協議


5 結束語
       學科方向、人才隊伍、研究平臺是學科建設的三要素。其中,特色鮮明的學科方向是學科的靈魂,高素質的人才隊伍是學科的關鍵,先進的研究平臺是學科的支撐。出人才和出成果是學科建設的核心目標,學科建設必須為經濟轉型和產業升級提供創新人才和科技成果支撐。習近平總書記在2016年的全國科技創新大會上強調,科技創新必須堅持“三個面向”,即面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求。當然,我們在圍繞國家重大需求開展學科建設的時候,必須要清楚的是,需求不是一成不變的。相反,需求是隨著產業的發展而不斷變化的,要根據國家重大需求的變化及時調整學科方向。此外,搞清楚“需求在哪兒?什么才是真正的需求?明天的需求是什么?”是極其重要的!越是重大的需求,單靠單一學科的手段是無法解決的,因此及時吸收國際學科前沿技術、開展多學科協同創新對解決重大需求是至關重要的。

       農藥是關系到糧食安全、食品安全、生態安全的重要戰略物質。農藥分子雖小,卻關系天大。當前的中美貿易沖突再次表明,在關鍵領域實現自主創新是建設世界科技強國的前提和基礎。綠色農藥973首席科學家、中國工程院院士錢旭紅教授在2008年提出了將我國建設成為下一個世界農藥科學中心的夢想,這也是我們全體農藥人的夢想,是中國夢的農藥篇。我堅信,只要全體農藥人不忘初心,牢記使命,堅持政產學研協同創新,這個夢想就一定能夠在不久的將來成為現實!

農藥生產定點企業,國家重點高新技術企業,已通過ISO9001\ISO14001\OHS18001三個國際體系認證,是亞洲咪唑啉酮類除草劑、環己烯酮類除草劑、異噁草松及烯酰嗎啉生產廠家

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