重大技术装备研制和重大产业技术开发专项.doc
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1、重大技术装备研制和重大产业技术开发专项项目资金申请报告项 目 名 称:生物农药高毒力菌株筛选及产业化技术研究项目申报单位:福建省农业科学院生物技术研究所(盖章)项目负责人:蓝江林 博士、 林营志 博士联 系 人:蓝江林 电 话:13860676510、87848933项目主持单位:福建省农业科学院福 建 省 发 展 改 革 委 员 会 二五年十一月1目 录一、项目概要 1二、研制开发的目的和意义 2三、国内外相关技术发展概况和趋势 6四、前期研制开发情况 12五、主要研制开发内容和考核目标 16六、项目组织实施方案 21七、项目承担单位简介. 32八、技术经济分析和社会经济效益分析 35九、项
2、目资金预算安排、资金来源与落实情况与申请预算内资金的理由 37十、环境影响评价. 39十一、项目申报单位签章 40十二、项目主持单位审核并盖章 40ii一、 项目概要项目名称生物农药高毒力菌株筛选利用与菌种资源基因库的建设。项目建设单位福建省农业科学院生物技术研究所。项目建设内容生物农药行业菌种基因资源库以具备用于生物农药前景的微生物菌种资源收集、整理、安全保藏、共享和利用为主要目标,通过田间采集、分离、诱变等方式收集整理用于生产生物农药的微生物菌种;通过分子标记和脂肪酸结合传统方法鉴定菌株的分类地位;并采用冷冻干燥、低温冷冻和冷藏等方法对菌株进行良好安全的保藏;建立一个计算机信息管理管理系统
3、对菌种的收集、保藏、筛选和产业化应用前期研究进行全程管理;建立系统规范的研究体系确定菌株的潜在价值,并对初筛后认为有前途的菌株进行前期培养条件研究,并从中筛选克隆具备生物农药应用前景的基因,作为高毒力生物杀虫剂和生物杀菌剂的生产工程菌株,成为华东地区最大的生物农药微生物资源收集、保存、鉴定、利用中心,为我省生物农药产业发展提供菌种资源可持续的保障。菌种基因资源库建成后将不断收集整理生物农药菌种资源,通过转让形式向我省乃至国内外生产企业和研究机构提供优质菌株,促进生物农药资源的高效共享和持续利用,在菌株及其专利基因的转让过程中创造社会效益和经济效益。项目经费预算项目预算投资350万元。用于生物农
4、药高毒力菌株筛选与菌种资源基因库的建设。 申请省预算内资金150万元。 承担单位自筹资金200万元。第40页二、 研制开发的目的和意义1. 项目建设背景所谓农药,即凡是用来保护和提高农、林、牧、渔业生产,以及用于环境卫生的药剂,可分为化学农药和生物农药两大类。生物农药是指利用活的有益的菌体、病毒颗粒或微生物的代谢产物,以防治农林病、虫草害和卫生病虫害的药剂。生物农药与化学农药相比,它有以下优点:(1)与传统农药比,生物农药具有更低的哺乳毒性。(2)传统杀虫剂具有广谱活性,而生物农药仅对靶标害虫有效,不会对有机体如鸟类和昆虫以及哺乳动物造成危害影响。(3)生物农药用量少,分散快,可以避免环境污染
5、。随着社会的进步和科技的发展,人们已意识到农业生产过程中施用化学农药和化学肥料造成的危害及其严重程度,它污染环境、致使农产品质量下降,危及食品安全、影响人体健康。食品安全、人体健康、环境保护已成为举世瞩目的大问题,控制全球化合物生物积聚的呼声越来越强烈,欧洲经济委员会正在就取缔目前使用的15种化合物进行谈判,新制定的法规(1996年的食品质量管理条例,劳动者保护标准,农药再登记规定)限制化学农药的使用。我国政府已将食品安全和农副产品的无公害化生产加工技术列入重要的议事日程,制定了一系列加强食品安全、保障人体健康、实施环境保护政策和措施。要求实施无公害农业,大力发展生物农药和生物肥料,减少化学农
6、药和化学肥料使用量,采取切实可行的措施和办法,调整农产品结构,大力发展绿色食品和有机食品生产,向市场提供更多更好的绿色食品和有机食品,以满足人们的需求。加入WTO后,农产品国际贸易的市场壁垒(关税壁垒)已经打破,“绿色壁垒”、“技术壁垒”高筑,对农产品质量提出新的要求,区域性市场保护能力越来越低,农产品贸易的准入是以价格和质量为前提,农产品质量实际上反映了各国科学技术的实力,WTO成员国都在提高农产品检测的质量标准,在公平竞争原则下,设置国际贸易的门槛。目前许多国家已宣布,没有绿色产品或绿色环境标志商品的出口在数量上和价格上受到限制,无公害技术已成为世界农产品贸易的关键,加强无公害化农业的实施
7、,降低农产品的农药残留量,提高农产品质量,是农产品参与国际竞争的基础。微生物农药将为我国绿色农产品保驾护航,冲破“绿色壁垒”,使之在竞争激烈的国际市场占有一席之地。绿色食品和有机食品生产的关键技术是依赖于高防效、无公害、无残留的生物农药及其生化农药的研制和应用。生物农药的研制和应用是发展无公害农业的基础,是发展绿色食品和有机食品的技术保障,已成为世界各国研究的重点。为此各国政府投入大量的人力、物力、财力开展生物农药的研制和应用工作。从农业部1999年统计资料看,我国生物农药(包括生物杀虫剂、生物杀菌剂等)产量占农药总产量不足10%,生物杀虫剂的使用量占杀虫剂总用量不足1.8%,与1992年国际
8、环发大会决议提出的2000年达到60%的要求相距甚远。目前我国生物农药菌种研究处于国际同等水平,但生物农药产业化的工艺研究较为落后,进行生物农药工程技术开发的单位不多,生物农药研发和应用水平低。生物农药技术和生物农药产品是我国今后研究开发的重点。2. 建设必要性分析(1) 生物农药是发展现代健康农业的重要基础生物农药研发是食品安全、人体健康、环境保护的需要。进入21世纪,食品安全、人体健康、环境保护成为举世瞩目的大问题,国际市场上“绿色壁垒”高筑,对农产品品质提出新的要求。我国政府已将食品安全和农副产品的无公害生产加工技术列入重要的议事日程。福建省政府高度重视“餐桌污染”问题,并提出了一系列解
9、决办法和措施。化学农药残留对环境和人类健康构成严重威胁的问题,已到了非解决不可的地步。解决“餐桌污染”问题,实施农副产品无公害化生产,应从低毒、无残留的新型农药入手。因此,生物农药是我国今后农药发展的重点。生物农药研发是发展绿色食品和有机食品的需要。随着社会的进步和人们生活水平的提高,人们对绿色食品和有机食品的需求量越来越大。绿色食品和有机食品生产的关键技术,是依赖于高防效、无公害、无残留的生物农药及其生化农药的研制和应用。生物农药的研制和应用是发展无公害农业的基础,是发展绿色食品和有机食品的技术保障,已成为世界各国研究的重点。生物农药研发是发展农产品国际贸易的需要。加入WTO后,农产品国际贸
10、易的市场壁垒已经打破,“绿色壁垒”、“技术壁垒”高筑,在国际贸易中对农产品品质提出新的要求。各国在同一市场条件下公平竞争,无公害技术成为世界农产品贸易的关键。加强无公害农业的实施,降低农产品的农药残留量,提高农产品质量,是农产品参与国际竞争的基础。(2) 生物农药菌种资源的是生物农药的研发基础生物农药菌种保存即是指为满足生物农药研究及其产业化需要,保存相关菌种基因资源,包括生物农药菌种资源收集、保存、评估及利用,是一项跨学科课题的重要基础工程,涉及到分类学、遗传学、分子生物学、生物工程等不同领域,需众多专家学者共同参与,成立专门机构,长期开展工作。生物农药的研发无一不是从菌种资源出发开始研究,
11、因此,出发菌株资源在很大程度上影响着生物农药研发的进度和研究效果。菌株的匮乏对研发产生严重的束缚作用,长期来,行业内各部门各自为战,大量的菌种采集和保存工作占用了生物农药研发的大量人力和物力。生物农药微生物菌种资源的搜集、保存、评估及利用是未来生物农药研发的重要基础,目前世界上许多国家都把品种资源作为开发生防农药的基础来抓。发展中国家如印度、泰国等投人大量资金来进行本国微生物菌种资源的调查与鉴定,而发达国家如日本、美国等则在全球范围内搜集土样、虫样,然后再把开发出的产品推销到样品来源国。生物农药行业菌种资源的丰富程度对该行业发展起着至关重要的作用,菌种资源是生物农药创新研发的核心基础之一。(3
12、) 生物农药行业菌种资源库的建立可有力促进生物农药的发展我国生物农药研发与应用的要求相距甚远。这和生物农药的实际使用效果尚不能满足要求是分不开的,可利用菌株的欠缺就是其中的一个重要原因。我省地处亚热带地区,气候高温多湿,微生物种类繁多,菌种资源极为丰富。为了开发利用微生物资源,促进生物农药研究,有必要在福建建立生物农药研发相关微生物的菌种库和基因库。建设生物农药行业菌种基因资源库,也是生物农药商业化的重要一环,无论是专利的认证,还是菌种资源的转让,都离不开菌种基因资源库的中介参与作用。更重要的是,通过生物农药行业菌种基因资源库及其筛选评价体系和菌株应用前期研究平台技术的建设,通过对生物农药来源
13、菌株进行广泛的收集、鉴定、保存和利用研究,可大大促进生防菌株的资源共享,借助丰富的微生物种质资源选育出对生物农药产业有重大效益的优良菌种,提升我国生物农药研发水平,推动我国绿色农业乃至有机农业的迅速发展。三、 国内外相关技术发展概况和趋势(1) 生物农药的主要发展及其国内外市场状况生物防治与化学防治相比,具有安全、持久、效果好、成本低的特点,基本上可归纳为三大技术体系:传统生物防治、本地天敌的自然保护与利用、微生物农药的产品化。随着生物防治的推广应用,微生物农药研究与生产逐步成为生物防治的支柱产业。尽管生物农药在我国具有较悠久的历史,在国际上享有较高的声誉,但我国生物农药的研究、开发、生产和应
14、用都还存在着许多突出的问题和困难,研究开发的基础性工作并不扎实,产品的作用机理、毒理学、残留和环境等行为的研究仍不深入、不全面。 由于微生物农药具有许多优点,因而引起许多国家的重视,投入大量人力和物力进行开发和研究。在微生物农药迅速发展的过程中,全球性大型化学农药公司和生物技术公司也纷纷投以巨资发展微生物农药。生物农药的国内外市场状况为: 国际市场1992年“世界环境与发展大会”的第21条决议指出“要在全球范围内控制化学农药的销售和使用,到2000年生物农药的产量将占农药总量的60%”。在微生物农药迅速发展的过程中,国际上新型生物技术公司,如:Mycogen公司、Ecogen公司等应运而生,全
15、球性大型化学农药公司和生物技术公司,如:美国的杜邦公司和孟山都公司、德国的拜耳公司、瑞士的汽巴嘉基公司、丹麦的Novo公司、日本的住友公司等也纷纷投以巨资发展微生物农药。据美国环保局统计,上世纪80年代初,苏云金芽孢杆菌杀虫剂的销售额仅50006000万美元,预计本世纪初可达80亿美元。随着经济的不断增长,人们对生存质量要求的提高和环保意识的增强,社会要求农业部门生产出更多更好的绿色食品和有机食品,而农产品无害化生产是以发展生物农药为基础的,可以预见,生物农药的需求量将呈现大幅度增长趋势。 国内市场我国已将发展生物农药和绿色食品列入中国21世纪议程。我国是农业大国,农药需求量大,目前我国农药的
16、使用总量达150万吨制剂,其中生物农药仅占1.8%。从省内市场看,生物农药仅从现在的1.5%上升到10%(国外为60%),全省生物农药需求将达3400吨/年(全省农药使用总量40000吨/年),销售额约1.7亿元/年。全国生物农药的需求量按同一比例将达102000吨/年,年销售额50亿/年左右,为满足人们提高生活质量的要求和应对国际贸易的需要,今后我国将大力发展无公害农产品,向国内外市场提供量足质优的绿色食品和有机食品,因此必须进一步调整农药使用结构,减少化学农药的使用,增加使用生物农药,生物农药市场前景十分广阔,成为我国今后发展的重点。(2) 生防农药的研发热点 菌种资源收集、鉴定与保存目前
17、世界上许多国家都把品种资源作为开发生物农药的基础来抓。发展中国家如印度、泰国等投人大量资金进行本国微生物菌种资源的调查与鉴定;而发达国家如日本、美国则在全球范围内搜集土样、虫样,进行菌种资源的调查和鉴定,再此基础上研发出新型产品,推销回样品来源国。 菌种的基因工程改造 目前主要有两种方法:一种是把Bt经过改造,使之能与另一种根际微生物融合,这样,就可使喷洒的Bt制剂在植物根部附近大量增殖,从而使植物不受虫害威胁,尽管Bt对绝大多数生物无毒无害,但它对养蚕业是一个威胁,而转基因微生物对环境的危险性评估也较为复杂;另一种方法是把Bt进行改造,使生产出来的毒蛋白晶体能进人另一无任何毒副作用的杆状菌体
18、内,这不仅可防止Bt的毒性外泄,又可以大大延长药效。 抗虫抗病基因克隆用于生物农药的微生物之所以能抗虫抗病,主要是由于其在代谢过程中的产物对有害生物有选择性杀伤作用。克隆代谢产物相关基因,并转入作物种,可提高作物的抗虫抗病能力。目前,转Bt毒素基因的抗虫棉已在大田中使用,效果良好。(3) 生物农药菌种资源的主要种类可用作生防农药的微生物种类非常丰富,进行深人研究的主要有如下几大类: 芽孢杆菌类目前Bt苏云金杆菌类已发现30多个亚种,大部分已能投人工业化生产,主要用于防治农林害虫,近年来在防治蚊虫方面的研究也引起了重视。BS球形芽孢杆菌类也已发现十几个亚种,主要用于防治蚊蝇等卫生害虫,部分已小规
19、模投产。 病毒类NPV(核型多角体病毒)类专一性性较强 目前已发现几百种,在国外投人应用的有l0种左右,在我国实现工业化生产的只有棉铃虫NPV病毒杀虫剂,这个项目的开发已列入我国的“火炬计划。CPV(质型多角体病素)类全世界共发现几十种,在美国、日本已经开发。包涵体病毒目前已发现几十种,部分已在美国注册。 真菌类目前研究最多的真菌是白僵菌和绿僵菌。目前在林业虫害防治中起着重要作用,已成为重要中国南方林区的重要常规手段之一。(4) 菌种基因资源库的建设现状微生物资源可以包括其菌种、遗传和代谢产物及其生态组成,与动物、植物资源相比,又具有多样性、易变性、生长快等特征。生命科学研究、预防医学的研究、
20、生物技术及其产业的研发、食品科学的研发等都是建立在微生物资源基础之上,生物农药的研究也不例外。鉴于微生物菌种资源的重要性,国内外相继建立了众多的微生物资源保藏库。 国外微生物资源保藏库国外发达国家微生物菌毒种资源库建立的很早,有的已达近100年历史。发达国家的菌种保藏中心具有相对的独立性和相当强的研究力量及研发部门,除了稳定的资金支持外,还有一支基础较好的研究队伍,共享和管理机制健全。储藏的微生物资源较丰富,而且信息量大,不但可提供微生物资源,很多还可提供技术服务。国际菌种保藏联合会(WFCC)由62个国家的464个菌种保藏管理机构组成。此外,目前国际确认的专利培养物保藏机构(IDA)有28个
21、。表2-1 国外典型培养物保藏机构 我国微生物资源保藏库我国微生物资源库,虽然有的建立也较早,但由于资金和管理机制等问题,发展一度缓慢,目前国家积极加大资金投入,很多领域的微生物保藏库开始发展壮大,资源品种、数量和信息量开始加速提高,并开始实现共享。目前主要有以下微生物资源库(见表2)。中国微生物界最大的菌种保藏组织是中国微生物菌种保藏管理委员会(CCCCM),其下属中国科学院微生物研究所、中国科学院武汉病毒研究所、中国农业科学院土壤肥料研究所、轻工业部食品发酵工业科学研究所、中国医学科学院皮肤病研究所、卫生部药品生物制品检定所、中国医学科学院病毒研究所、中国医学科学院抗菌素研究所、四川抗菌素
22、工业研究所、华北制药厂抗菌素研究所、农业部兽医药品监察所、中国林业科学院林业研究所,目前已经联合建立了我国第一个统一数据结构的国家级菌种保藏数据库中国微生物菌种目录数据库,它适合我国微生物学界、医学界的科研人员在寻找微生物菌种时使用,该库可在网上进行查询。BCRC (Bioresources Collection and Research Center)台湾生物资源保存及研究中心(食品工业发展研究所)。BCRC主要从事农业、应用微生物、细胞生物技术、基因工程、菌种保藏方法、工业微生物、食品科学、发酵、分子生物学等方面的研究。该保藏中心保存有细菌4541株,真菌3069株,酵母1564株,质粒4
23、51株,动物细胞356株,植物细胞20株,细菌病毒180株,重组DNA宿主217株。菌种保藏方法主要采用冷冻干燥保藏、冷冻保藏、液氮保藏、移接保藏、硅胶保藏等。该中心保藏的菌种可出售。表2-2 我国主要的菌种资源库列表1. 发展趋势预测(1) 食品和健康的需求将有力推进生物农药的研发可以预见,随着社会的进步和科技的发展,以及人们对生存质量要求的提高,环保意识的增强,社会要求农业生产部门提供更多更好的绿色食品和有机食品,而农产品无害化又是以发展生物农药为基础。市场需求量扩大是生物农药发展的动力,可以相信在各国政府的重视和科学家的努力下,今后生物农药技术的应用领域将进一步扩大,其技术的水平将得到进
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