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扎根基础,面向需求,建设特色鲜明的农药学科 华中师范大学农药学国家级重点学科发展回顾
发布时间:2019-08-15     作者:山东先达农化股份有限公司
扎根基础,面向需求,建设特色鲜明的农药学科
华中师范大学农药学国家级重点学科发展回顾

1 前言
      华中师范大学农药学科是在已故著名有机磷农药化学家张景龄先生的带领下逐步发展起来的。1958年至1962年期间,张先生在前苏联碦山基洛夫化工学院留学深造,跟随著名化学家阿尔布佐夫学习有机磷化学,1962年获得副博士学位后回国,开始筹建有机磷农药研究室。1982年,经当时的国家教委批准,正式成立华中师范大学农药化学研究所和有机合成化学研究所(两块牌子一套人马),张景龄先生担任首任所长。在张先生的带领之下,华中师范大学的农药学科发展迅速,在有机磷农药化学基础理论和新品种研制、产业化及应用推广等方面取得了一批重要的科研成果,先后为国家研制开发了9个有机磷农药新品种和一个农药增效剂,并全部实现了工业化生产。其中,他主持研发的水胺硫磷和甲基异柳磷两个有机磷杀虫剂,先后在仙桃农药厂、沙隆达集团等国内数十家农药企业投产,市场应用已有40多年,为我国农药工业及农业生产做出了巨大贡献,创造了巨大的经济效益和社会效益,先后获得国家技术发明奖、国家科技进步奖等5项国家级科技奖励。由于这些品种的成功研制和产业化,华中师范大学农药研究得到了同行的广泛认可,成为我国农药研发的重要基地之一。需要指出的是,甲基异柳磷是一个全新化合物,实际上是一个创制的新品种。但由于当时我国并没有实施专利制度,因而无法进行专利保护。水胺硫磷虽然是文献已知的化合物,但在国外并没有实现商业化。水胺硫磷在实现工业化时,张先生带领研究团队在合成工艺上取得了多项创新,如果当时有专利制度的话,也是完全可以取得生产工艺专利的。水胺硫磷和甲基异柳磷属于高毒有机磷化合物,尽管这两个品种已于2018年被全面禁止生产,并将于2020年被全面禁止使用,但是它们对中国农业生产和中国农药工业发展所做的突出贡献将永远载入史册!

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张景龄生前指导研究生(右一刘钊杰、右二站立者张景龄、右三贺红武)



      1991年,张先生的助手、刘钊杰教授接替张先生担任农药所所长。由于在有机磷化学研究方面的重要影响,华中师范大学早在上世纪七十年代就成为国内首批有机化学硕士学位授权点。张先生本人也于1990年被国务院学位委员会授予有机化学专业博士生指导教师资格,他在世的时候,一直努力争取有机化学博士学位授予权,但遗憾的是,这个愿望直到他去世也未能实现。刘钊杰教授担任所长后,将学科建设的方向转向了农药学,并在1993年获得了农药学硕士学位授予权。此后,联合中国农业科学院植物保护研究所,于1998年成功获得了农药学博士学位授予权,成为继中国农业大学和南开大学之后,国内第三个农药学专业博士学位授权单位。农药学博士学位授权点的获批是华中师范大学农药学科发展史上的一个重要里程碑。如果没有该博士学位授权点,后来的发展也就无从谈起,自然也就无法获得国家级重点学科。


       2002年,学校为了加强资源整合,推动学科建设,将农药化学研究所、化学系与分析测试中心合并,组建了化学学院。学院成立后,就确立了“以点带面”的学科建设思路,就是以农药这个点为中心,通过做大做强农药这一个特色方向,带动其他相关学科的发展。2003年,成功获得了有机化学博士学位授权点,实现了张先生的梦想。与此同时,在教育部科技司和学校领导的大力支持下,《农药与化学生物学教育部重点实验室》获得正式立项建设,并在2004年6月通过实验室建设计划论证,2006年10月通过建设项目验收并正式对外开放,2008年和2013年两次顺利通过运行评估,评估专家组对实验室的研究特色给予了充分肯定。可以说,教育部重点实验室的立项建设是我校农药学科发展史上又一个重要的里程碑,它对我校农药学科的发展壮大起到了极其重要的推动作用,依托这个平台不仅吸引汇聚了一批充满活力的中青年学术骨干,学校也因此把农药和化学学科列为重点建设学科,投入了大量建设经费,还专门新建了一栋15000平米的重点实验室大楼,使得重点实验室拥有了非常先进的仪器设备条件和研究环境。与此同时,湖北省对我校农药学科也给予了很大支持,省科技厅于2003和2008年依托我校先后建设了《湖北省农药工程技术研究中心》和《湖北省农药残留与农产品安全检测技术研究平台》。2015年,省发改委又依托我校建设了《绿色农药湖北省工程研究中心》。2007年,农药学科被成功增列为国家级重点学科,标志着我校农药学科建设进入国家队的序列,开始迈上了一个新台阶。2010年我校获批化学一级学科博士学位授予权,2012年获得化学一级学科博士后科研流动站,2014年化学和植物保护两个一级学科均被批准成为湖北省重点学科,2018年获得植物保护一级学科博士学位授予权,《智能生物传感技术与健康国际联合研究中心》获得科技部立项建设,实现了国家级科研平台的突破。

       经过几代人的努力,华中师范大学已经发展成为我国农药学领域具有重要影响的教学、科研与人才培养基地,赢得了良好的学科声誉。我是1988年进入华中师范大学化学系学习的。在大学学习期间,张景龄先生的先进事迹就对我产生了重要影响。1992年本科毕业后,我被免试保送到南开大学元素有机化学研究所攻读农药学专业硕士研究生,一年后获得提前攻读博士学位的资格,师从我国著名农药化学家杨华铮教授。1997年7月获得农药学专业博士学位后,我回到了华中师范大学农药化学研究所任教,2002至2014年期间担任化学学院院长,自2003年农药与化学生物学教育部重点实验室立项建设起,一直担任实验室主任至今。今年是建国70周年,中国农药工业协会开展“铿锵脚步—新中国成立70周年农药行业发展纪实”征文活动,邀请撰文。借此机会,结合自己多年从事农药教学科研以及学科建设管理的经历,回顾一下华中师范大学农药学科的发展历程,谈谈自己的体会。

       通过近六十年的发展,我校农药学科逐步形成了“扎根基础、面向需求”的学科建设指导思想。“扎根基础、面向需求”的意思就是:学科建设一方面要立足于国家重大需求,从重大需求中提炼基础科学问题,通过问题导向不断凝练学科方向,形成自身特色,占领国际学科前沿;另一方面要围绕学科方向,组织多学科交叉的人才团队,构筑创新研究平台,围绕从重大需求中凝练出的基础科学问题开展系统深入的基础研究,产出具有实际应用价值的科技成果,满足经济主战场的现实需求。

2  国家重大需求是学科建设的根本驱动力
       上世纪六、七十年代,我国农业生产中大量使用的是ddt、六六六等有机氯农药,这类农药的环境毒副作用已经引起了人类社会的高度关注,很多国家先后禁止使用有机氯农药。因此,研制开发新型高效的杀虫剂以替代有机氯杀虫剂是我国当时的农业生产所面临的一项重大而又迫切的国家需求。在上世纪五十至七十年代,有机磷化学是有机化学学科的国际前沿和热点领域之一,而有机磷农药又是有机磷化学研究领域里的一个最活跃的研究方向。因此,张景龄先生1962年从前苏联留学回国后,将当时的国际学科前沿与国家重大需求进行有机结合,筹备建立了农药化学研究室,开展有机磷农药研究,很快就成功研制开发了新农药水胺硫磷和甲基异柳磷,先后在全国数十家农药企业实现了工业化生产,成为取代有机氯杀虫剂的年产万吨级的大品种,为解决国家重大需求做出了突出贡献。华中师范大学也由此成为国内重要的农药研发和人才培养基地,同时也成为国内从事有机磷化学研究的重镇。

       长期以来,我国新农药的研制主要依靠仿制跨国公司的过专利期品种,严重阻碍了我国农药行业的发展。出口产品也以原药为主,成为跨国公司的原料提供商,在国际市场上没有自己的品牌。特别是加入wto以后,跨国公司的专利产品大量进口,对我国农药市场形成巨大冲击,长此下去,必将威胁我国农药行业的发展和农业生产安全。因此,改变我国农药的仿制现状,建立起我国自主的农药创制研究体系,创制出具有自主知识产权的农药新品种,成为我国农药产业发展面临的关键挑战。针对这一现实需求,学院把农药创制研究确立为农药学科的主攻方向,组建了一支由化学、生物学、计算机科学等不同学科背景人员组成的学科队伍,通过协同创新,先后成功创制出了绿酰草膦、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个具有自主知识产权的农药候选新品种,并全部完成了产业转化,部分化合物有望在近年内取得登记。此外,还有多个高活性候选化合物已经进入深入评价阶段,显示出良好的产业化开发价值。这些创制品种的研发为提升我国的新农药创制能力做出了重要贡献,农药分子设计也因此成为我校农药学科的一大特色,受到了国内外同行的广泛关注。

       近年来,滥用传统高毒农药所带来的食品安全问题引起了社会的高度关注,“毒生姜”、“ 毒韭菜”等事件导致人们谈农药色变。针对这一重大社会需求,学院积极引导分析化学学科的老师开展农药残留分析检测新方法和新技术研究,先后研发成功多项高效高灵敏的农药残留检测技术,并在实际应用中进行推广,取得了广泛的社会影响。2008年,时任湖北省科技厅厅长王延觉(后调任教育部科技司司长)亲自带队到我校调研,并依托我校农药学科建设了《湖北省农药残留与农产品安全检测技术研究基础平台》,投入300万元建设经费,目标就是为解决湖北省特色农产品农药残留问题提供技术支撑。学院相关教师通过努力,针对茶叶、脐橙等湖北特色农产品研发了多种农药残留检测技术,并开发了多种开展农产品农药残留现场检测的试剂盒,较好地满足了产业发展需求。

3 系统深入的基础研究是产生原创性科技成果的源泉
       农药创制是一项涉及化学、化工、生物、农业、环境、信息等多学科的交叉集成系统工程。根据新农药创制必须要进行多学科交叉集成的特点,学院对化学学科的布局进行了系统规划,不仅大大拓展了农药学科的研究领域,而且还极大地完善了我校农药学科的学科体系。我校的农药研究最早是从有机合成开启的,在2000年以前,我校农药学研究基本上只限于农药合成化学,涉及的教师也基本上限于有机化学专业。为了构建多学科交叉集成的现代农药学学科体系,学院充分发挥《农药与化学生物学教育部重点实验室》和《湖北省农药工程技术研究中心》这两个省部级平台的汇聚作用,以农药学国家级重点学科为主干学科,整合化学、生命科学、环境科学以及计算机科学等相关学科资源,形成了涵盖“分子设计—绿色合成—化学生物学—环境毒理学”的完整新农药创制体系。与此同时,积极引导相关学科教师主动围绕农药开展研究工作,使得教师们不仅发挥了各自的专业优势,享受到主动参与农药学科建设的红利,而且还由此加强了农药学科的研究实力,深化了学科内涵,拓展了学科领域。

       基于合成—筛选的随机发现是开展新农药创制的传统模式,但这种模式显然已经不能适应时代发展的要求。利用多学科前沿技术的交叉集成,开展基于靶标结构的农药分子设计逐步成为当代农药创制的主流研究模式。为此,通过多年的努力,农药学科组建了一支具有化学、分子生物学、结构生物学、生物信息学以及计算机科学等多学科背景的新农药创制研究团队,建立了面向绿色农药分子设计的计算化学生物学技术平台。正是由于拥有了这个功能强大的技术平台,新农药创制效率大幅度提高,特别是2013年以来,利用这个平台先后创制出了十多个性能优异的高活性候选化合物,其中6个化合物实现了成果转化进入新农药登记,其他化合物也正在开展深入评价,有望在近期陆续实现转化。这个技术平台自2016年正式上线后引起国内外同行的广泛关注,先后有70多个国家的研究人员在使用这个平台,产生了较好的影响。

       分析化学是开展农药残留检测研究的核心支撑学科。在2000年以前,我校分析化学学科基础非常薄弱。在学院的积极引导下,分析化学学科的教师主动参与到农药学科的学科建设,大力发展农药残留分析检测以及生物分析研究,先后引进了包括千人计划专家在内的一批学术带头人和学术骨干,分析化学学科的实力得到显著提升,在基于生物传感技术的农药残留分析、农药靶标蛋白质组学、植物质谱成像研究方面逐步形成了自身特色和优势,先后获得多项国家自然科学基金重点和国际合作项目资助。2018年,科技部批准我校建设《智能生物传感技术与健康国际联合研究中心》,实现了国家级研究基地的突破。

       农药的环境污染近年来引起了人们的高度关注。2012年,学院引进了著名环境化学家、中国科学院院士赵进才教授,成立了环境化学研究所,开展农药的环境污染控制技术研究。在赵院士的带领下,环境化学研究所已经拥有了一支包括1名国家杰出青年基金获得者和3名“青年千人”在内的高素质研究团队,发展了多种环境纳米材料,建立了多个农药品种的深度氧化技术,为农药生产中的废水处理以及土壤中农药污染物处理提供了技术选择。目前,该团队也正在积极和相关企业合作,力争实现技术的产业化和实用化。


4 开展广泛的产学研合作是获得良好学科声誉的根本途径
       张景龄先生在创立农药学科之初就一直非常重视产学研合作。通过开展广泛的产学研合作,不仅实现了科技成果转化,创造了显著的经济效益和社会效益,而且还赢得了良好的学科声誉,推动了学科的可持续发展。

       农药学科与湖北仙隆化工股份有限公司(原湖北仙桃农药厂)之间的产学研合作堪称典范。水胺硫磷和甲基异柳磷都是最早在仙桃农药厂实现产业化的。仙桃农药厂通过与我校农药学科的合作,从一个作坊式的集体企业发展成现代化的国家级高新技术企业,曾一度成为全国农药行业20强。我校农药学科与仙桃农药厂之间的产学研合作还进一步推动了我校与仙桃市政府之间的校地全面合作,从1988年起,华中师范大学就开始向仙桃市派驻科技副市长(一直到2005年人选均从化学学科产生),1996年与仙桃市政府共建华中师范大学仙桃学院(后改制为仙桃职业学院)。2003年,湖北省科技厅批准我校与湖北仙隆化工股份有限公司共同组建《湖北省农药工程技术研究中心》。2005年,湖北省经济委员会又批准依托我校农药学科建立《湖北省中小企业农药共性技术推广中心》。2009年,湖北省省委组织部将我校农药学科与湖北仙隆化工股份有限公司的合作研究团队列入“湖北省重点产业创新团队计划”给予重点支持。2010年,仙桃农药厂被湖北宜化集团收购。



       为了响应国家创新创业的号召,加快成果转化,我们联合南开大学与山东先达农化股份有限公司,于2016年初成立了先达农化创新研究院,试图在产学研合作模式上开展一些新的探索,为打通科技成果转化的最后一公里积累经验。先达农化创新研究院是我国农药领域的第一家基于全新模式的产学研协同创新体,不仅在产学研合作机制上进行了大胆创新,实现了优势资源共享,实现了创新链和产业链的精准对接,推动了实验室基础研究成果向市场化实际应用的快速转化,促进学术研究成果从书架走向货架,有效激发象牙塔内技术人员的潜力,促进高校人才培养质量和社会服务能力的提升。与此同时,也有利于大幅度提升企业的自主创新能力,为企业参与国际竞争、推动中国智造走向世界提供强有力的智力支撑。研究院成立的短短三年内,不仅推动了创制除草剂喹草酮的登记工作进展,而且还成功创制出了两个新候选化合物,有望解决我国水稻、小麦这两种大宗粮食作物田的抗性杂草防治的重大技术难题,其中防治水稻田抗性稗草和抗性千金子的候选化合物已经启动登记,防治小麦田节节麦、野燕麦等抗性禾本科杂草的候选化合物也将在年内或明年初启动登记。正是由于成立了创新研究院,通过体制机制创新,在产学研合作过程中,双方实现了无缝对接,最后一公里被彻底打通。一方面,企业将市场需求及时反馈给学校,并迅速获得了市场针对性强的成果和技术利来国际唯一网址的解决方案,大幅度提升了企业的核心竞争力。另一方面,学校通过企业及时掌握了最真实、最迫切的市场需求,通过发挥自身在基础研究和多学科交叉的优势,组织团队协同攻关,快速研发出具有市场开发价值的成果,并实现了快速转化。


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2016年1月山东先达农化创新研究院正式成立

       随着我校农药学科基础研究水平的不断提升,学科的社会影响也不断扩大,学科辐射面也更加广阔。2008年,我们与世界农化领域排名第一的先正达公司签署正式合作协议,共同开展从天然产物发现新农药的研究。在这个合作过程中,先正达公司的研发团队与我们的研发团队定期举行电话会议,讨论研究进展,先正达公司的研发团队还每年到学校举行一次双边研讨会。通过与先正达的合作,我们不仅学习了解了国际领先农化企业的研发模式,而且还有效推动了我校农药学专业研究生的培养,促进了人才培养质量的提高。最近,双方又在共同探讨启动第三期合作项目,围绕基于靶标结构的农药分子设计这个大方向,发挥各自研发优势,力争创制出全新机制全新骨架的农药新品种。

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2008年与先正达签署正式合作协议


5 结束语
       学科方向、人才队伍、研究平台是学科建设的三要素。其中,特色鲜明的学科方向是学科的灵魂,高素质的人才队伍是学科的关键,先进的研究平台是学科的支撑。出人才和出成果是学科建设的核心目标,学科建设必须为经济转型和产业升级提供创新人才和科技成果支撑。习近平总书记在2016年的全国科技创新大会上强调,科技创新必须坚持“三个面向”,即面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求。当然,我们在围绕国家重大需求开展学科建设的时候,必须要清楚的是,需求不是一成不变的。相反,需求是随着产业的发展而不断变化的,要根据国家重大需求的变化及时调整学科方向。此外,搞清楚“需求在哪儿?什么才是真正的需求?明天的需求是什么?”是极其重要的!越是重大的需求,单靠单一学科的手段是无法解决的,因此及时吸收国际学科前沿技术、开展多学科协同创新对解决重大需求是至关重要的。

       农药是关系到粮食安全、食品安全、生态安全的重要战略物质。农药分子虽小,却关系天大。当前的中美贸易冲突再次表明,在关键领域实现自主创新是建设世界科技强国的前提和基础。绿色农药973首席科学家、中国工程院院士钱旭红教授在2008年提出了将我国建设成为下一个世界农药科学中心的梦想,这也是我们全体农药人的梦想,是中国梦的农药篇。我坚信,只要全体农药人不忘初心,牢记使命,坚持政产学研协同创新,这个梦想就一定能够在不久的将来成为现实!

农药生产定点企业,国家重点高新技术企业,已通过iso9001\iso14001\ohs18001三个国际体系认证,是亚洲咪唑啉酮类除草剂、环己烯酮类除草剂、异噁草松及烯酰吗啉生产厂家

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公司主要从事安全、高效、低毒、环境友好型除草剂的研发、生产及销售,同时兼营杀菌剂、医药及农药中间体。
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