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盯上“卡脖子”难题 山东农大学生团队研发绿色农药制剂

发稿时间:2024-11-28 16:34:00 来源: 中国青年报客户端

  中青报·中青网记者 邢婷 通讯员 赵伟烨

  一提到农药,或许有很多人首先想到的关联词是“有毒”。然而,对于山东农业大学植物保护学院博士研究生张涛来说,农药中却蕴藏着他创新创造的梦想。

  一路前行,一路成长。张涛主动走近农药,学习农药知识,在老师指导下,率领团队研发出多酚类植物源壳层缓释农药,攻克了缓释农药稳定差的“卡脖子”难题,连续两年夺得中国国际大学生创新大赛金奖。

  “我们以科技创新为耕耘之犁,深植于农业的沃土,赋予农业以科技的羽翼,让绿色农药制剂的梦想在充满希望的田野上绽放光彩。”对于未来,张涛充满信心。

  立志研发绿色农药制剂

  “没有农药,粮食安全就无从谈起。”在大学第一学期结束,面临第二次选择专业的机会时,张涛毫不犹豫地选择了与农药相关的专业。

  在专业课程学习过程中,张涛逐渐认识到,不能只满足于专业知识的学习,必须把理论学习和实践探索结合起来。

  “一直以来,学院非常注重鼓励我们进入实验室开展科研锻炼,也正是通过在实验室的实操,加深了我对农药的兴趣和向往。”张涛说。

  在大二开学之初,张涛主动联系了学院教师刘峰,提出要进入实验室,在老师和师兄师姐们的指导帮助下参与实践锻炼,深入学习农药制剂加工技术等方面的知识。

  通过科研实践的不断学习和探索,张涛逐渐认识到传统农药在使用过程中往往存在稳定性差和易降解等问题,缓释农药作为一种新型农药制剂,具有持效期长、能保护农药有效成分等优点。

  “我国市面上销售的缓释农药为什么这么少呢?”带着疑问,张涛利用寒暑假,深入企业一线实习调研,探寻答案。

  在济南、德州、济宁等多地的缓释微囊生产企业实习过程中,张涛发现缓释微囊生产过程繁琐、效率不高,同时存在稳定差的问题,这成为制约缓释微囊发展的“卡脖子”难题。

  “通过校内实验室科研锻炼、校外企业实习等经历,我更加坚定了研发高效、绿色、稳定的缓释农药的念头。”张涛说。

  “从0到1”,刻苦钻研实现突破

  怀揣着“为实现缓释农药的重大飞跃而努力奋斗”的梦想,本科毕业后的张涛选择读研深造,继续跟着刘峰老师开展更深入的科学研究,不断丰富自己的知识体系。

  在科学研究的道路上,“从0到1”,并非一蹴而就。

  “我知道,要想解决缓释微囊稳定性的问题,首先要从根本上找到影响其稳定性的原因。”在研究生学习过程中,张涛曾尝试了上千次的配方筛选。

  然而,受限于囊壳形成过程是极其微观且持续变化的过程,张涛的一次次尝试如同“大海捞针”,期间也做了很多“无用功”。

  “能不能将囊壳的微观形成过程实现宏观可视化呢?”在探讨的过程中,刘峰老师的指导给了张涛新的思路。

  通过不断查阅文献和调整优化实验方案,张涛利用普通的小玻璃瓶成功开发出了界面演化模型。

  “将该模型与微囊形成相关联,这样‘囊壳’就被放大了10000倍。由此,我们找到了影响微囊稳定性的关键因素:界面穿梭效应。”根据这一发现,张涛成功开发出多种减弱界面穿梭效应的手段,解决了缓释微囊稳定性的大难题。

  张涛在实验室对幼苗进行病虫害防治。(图片由本人提供)

  随后,张涛将提高缓释微囊稳定性的方法应用到植物源壳层缓释农药上,最终成功研发出了一种多酚类化合物壳层缓释农药。经检测,这种壳层的年降解率可以达到100%。

  “多酚类壳层通过配位反应形成,能够极大缩短微囊加工时间,提高生产效率,还能在病虫害侵害位点精准释放农药,大大提高了农药的利用率和对病害的防治效果。”张涛自豪地说。

  走向生产一线,让创新成果转化落地

  “近年来,学院守正创新、多措并举,积极鼓励、引导学生创新创业的氛围愈加浓厚。”张涛说。

  当植物源壳层缓释农药的研究成果和技术趋于完善时,张涛偶然收到了课题组邹楠老师的电话:“你想不想参加创新创业大赛?”“非常想!正需要一个机会将我们的技术和成果向社会展现和推广。”张涛毫不犹豫地向邹楠老师表达了自己的想法。

  就这样,在邹楠的带领下,他们组建了“干大事”群,踏上了前往中国国际大学生创新大赛(2023)的征程。虽长路漫漫,终不负前路灿灿。只是当时谁也未曾想到,他们真的干成了一件“大事”,拿到了学校首个研究生创意组国赛金奖。

  “科技创新成果只有走出实验室,走向生产一线,才能真正实现创新创造的价值。”之后,张涛开始思考如何把科研成果转化为实际应用。

  在刘峰和邹楠的指导下,张涛邀请了来自植物保护、制药工程等不同专业的学生,组建了“植此一剂”团队。

  “我们团队成员各有所长,有的擅长材料化学、有的精通化学合成、有的则对农业应用有着深入的理解。在大家的努力下,我们逐渐摸索出了一套提高缓释微囊生产效率和应用效果的方法,搭建了植物源壳层缓释农药的从实验室到生产一线的‘路’与‘桥’。”张涛说。

  2023年8月,张涛团队成立了山东卫植化工科技有限公司,并将所有的核心技术凝炼成了植物源壳层原液产品。应用此产品,可缩短加工时间超70%,极大提高了企业生产效率。

  张涛看到中国国际大学生创新大赛(2024)产业命题发布后,带领团队来到山东先达农化股份有限公司。此前,这家公司发布了新型农药微囊囊壳材料的研发与应用命题,要求开发可降解且稳定的壳层。看到已有的生产线后,张涛非常激动,“这正是我们需要的生产线,只需要把高温固化过程去掉,其他任何地方都可以不动!”回到学校后,张涛及时向老师做了汇报,组织团队根据企业需求开展了攻关,最终在材料、增稳和工艺三方面均给出了解决方案。

  “应用植物源壳层原液产品,每批次的缓释微囊的生产时间由原来的6小时缩短至1.5小时,而且经第三方检测,产品质量全面符合国家标准。”山东先达农化股份有限公司有关负责人对张涛团队研发的产品高度赞赏。

  目前,张涛团队研发的缓释微囊产品已在山东省泰安市岱岳区良庄镇等地推广应用,对根结线虫病和花生叶斑病的防治效果均达到了90%以上。

  带着这些成果,张涛参加了中国国际大学生创新大赛(2024),团队一路披荆斩棘,最终夺得产业命题赛道国赛金奖,实现了学校在产业命题赛道的首金突破。

  “创新是人类进步的源泉,青年是创新的重要生力军。希望你们弘扬科学精神,积极投身科技创新,为促进中外科技交流、推动科技进步贡献青春力量。”学习了习近平总书记给中国国际大学生创新大赛参赛学生代表回信,张涛倍感振奋、备受鼓舞。

  “我们相信,在不久的将来,缓释农药产品将会更加广泛地应用于农业生产中,为企业发展和农民生产带来实实在在的效益。”张涛坚定地说。

责任编辑:纪佳琦