新農(nóng)科背景下植物病害檢測與綠色防控一流平臺培養(yǎng)雙創(chuàng)人才的探索與實踐

趙永田 王興娥 黃太鳳 劉莉梅 潘婷 趙宇

(黔南民族師范學院生物科學與農(nóng)學院，貴州 都勻 558000)

2019年由教育部主辦的“新農(nóng)科建設(shè)北大倉行動”提出，要通過加強創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)，培養(yǎng)一批農(nóng)科“雙創(chuàng)人才”，開啟了新農(nóng)科人才創(chuàng)新型培養(yǎng)的新變革[1]。新農(nóng)科建設(shè)是當前我國涉農(nóng)院校農(nóng)業(yè)人才培養(yǎng)體系改革的著力點，為培養(yǎng)什么樣的農(nóng)科人才指明了道路和方向。植物保護專業(yè)作為傳統(tǒng)農(nóng)科專業(yè)，其專業(yè)實踐性要求非常高，在人才培養(yǎng)的過程中難度較大[2]。培養(yǎng)的人才往往理論知識豐富，而動手能力欠缺，尤其是田間病蟲識別診斷能力弱，造成無法真正指導田間生產(chǎn)。尤其是在當前專業(yè)課總學時減少的情況下，教師一般會優(yōu)先保障理論課時，而犧牲一定量的實踐課時[3]。同時，大多數(shù)課程實驗往往是驗證性實驗，對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、開放思維較為欠缺，達不到科研素養(yǎng)的訓練，不利于培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型農(nóng)科人才[4]。面對此種情況，如何在不改變現(xiàn)有實踐課時的條件下，進一步加強學生的創(chuàng)新思維及科研素養(yǎng)值得研究與探索，對于培養(yǎng)“雙創(chuàng)人才”意義重大?；诖耍卷椖恳郧厦褡鍘煼秾W院建設(shè)的植物病害檢測與綠色防控創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐實訓基地為載體，開展植物病理學方向人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力及科研訓練的探索與實踐，以期為植物保護專業(yè)“雙創(chuàng)人才”的培養(yǎng)提供理論支持與借鑒。

1 植物病害檢測與綠色防控創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐實訓基地建設(shè)背景

相比農(nóng)業(yè)害蟲的識別，植物病害的診斷由于病原多為微生物而導致識別難度更大，給用藥指導帶來困難。而植物病害的識別與診斷是植保專業(yè)學生必須掌握的一項專業(yè)技能，是開展田間指導的前提。雖然各大農(nóng)林高校通過觀察植物病害標本、PPT圖片展示、實驗室菌種培養(yǎng)觀察、田間病害識別實習、植物病害識別大賽等方式開展植物病理學的教學，訓練學生識別植物病害的基本能力。但由于課時少、菌種少、實踐實習比重有限等限制，學生的動手操作和創(chuàng)新訓練沒有得到真正的培養(yǎng)[5]。同時，各省份、各地域主栽作物不同，發(fā)生的主要病害及流行規(guī)律不同，且耐藥性不同，教材中通用的用藥推薦防治效果差，不能因地因時制宜，這些因素導致地方院校培養(yǎng)地方實用人才難度更大。如何在講授理論知識和傳統(tǒng)驗證性實驗的同時，進一步訓練學生識別與診斷本地作物主要病害的能力，同時篩選適合防治本地病害的有效殺菌劑，訓練學生的創(chuàng)新思維異常重要。因此，本校創(chuàng)建植物病害檢測與綠色防控創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐實訓基地，配備基本的病害培養(yǎng)、純化、鑒定及藥劑篩選設(shè)備及儀器，在植物病害實習過程中，難以識別和診斷的作物病害依托該平臺開展培養(yǎng)及鑒定工作，并對鑒定出的病原菌開展防治藥劑篩選，為田間用藥提供指導。

2 植物病害檢測與綠色防控創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐實訓基地開展的內(nèi)容

該平臺聚焦黔南特色果蔬(刺梨、火龍果等)、中藥材(猴耳環(huán)、太子參、藥用蕨類等)、茶葉(毛尖茶、福鼎等)、食用菌等產(chǎn)業(yè)，以制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的亟需解決的植物病害開展科學研究、服務(wù)企業(yè)需求等，并將篩選到的綠色防控方法深入企業(yè)、農(nóng)戶開展技術(shù)培訓與幫扶，具體將開展以下研究內(nèi)容。

2.1 植物病害標本的制作

植物病害標本是對植物發(fā)病癥狀最直觀的記載和描述，了解田間發(fā)病情況的最好方式，是指導農(nóng)業(yè)田間生產(chǎn)的重要參考資料[6]。植物保護專業(yè)的學生在進行植物病害的學習或研究過程中，植物病害病葉的采集和病害標本制作是首要的工作，也是植保專業(yè)學生必須掌握的一項專業(yè)技能[7]。通過該平臺，學生可以對教材中介紹的病害進行標本制作，也可以采集實驗室沒有的病害制作成標本，豐富實驗室標本數(shù)量與質(zhì)量，為后期教學和科學研究提供保障。在該部分將制定植物病害采集部位、份數(shù)、采集記錄、攜帶、整理，浸漬標本和干燥標本的制作流程，標本保存及標簽等。通過該環(huán)節(jié)，可以培養(yǎng)學生的動手操作能力和思考能力，為后續(xù)的病害鑒定提供條件。

2.2 植物病害的分離、純化與鑒定

對于不能識別和診斷的植物病害，需要進一步分離與純化培養(yǎng)，并采用生物顯微鏡和分子生物學手段進行鑒定其病原。根據(jù)已有研究發(fā)現(xiàn)，很多不同地域或不同作物的同一病害的病原可能不止一種，這為防治該病害帶來了困難，也給診斷增加了難度[8,9]。因此，分離鑒定病原顯得尤為重要，意義重大。通過該平臺，學生可以對采集的病部組織進行培養(yǎng)，掌握分離純化病原菌的操作，同時對未知菌種開展鑒定工作。這部分環(huán)節(jié)需要掌握培養(yǎng)基的配制、病原菌的純培養(yǎng)、生物顯微鏡的使用、微生物形態(tài)觀察、微生物DNA的提取、核酸序列的比對、分子進化樹的構(gòu)建等。通過該環(huán)節(jié)，不僅可以培養(yǎng)學生實際操作能力，更為主要的是培養(yǎng)學生探索追求真相的科研能力。本部分的訓練不再遵從驗證性實驗的已知結(jié)果，而是真正地在探索未知的領(lǐng)域，極大地激發(fā)學生參與的積極性，激發(fā)了學生潛在的探索真相的求知欲。

2.3 病原菌致病檢驗

通過分離純化鑒定的病原菌，還有一個重要的工作，就是要驗證其是否具有致病性，這也是檢驗分離出的病原菌是否與采集的病部組織發(fā)病癥狀一致的關(guān)鍵步驟[10,11]。病原菌的分離純化是一個復雜的過程，大多時候分離出的病原菌不止一個，有些分離出的菌群可能不會導致作物感病，有可能是病斑攜帶的共生菌群，或植物體本身的共生菌群。因此通過科赫法則，可以把分離出的病原菌再回接到植物上，通過觀察其致病能力，再次判斷該菌群是否為致病菌，是否為引發(fā)該病害的病原。這部分需要學生掌握植物的栽培管理技術(shù)、微生物致病性接種技術(shù)等。通過該環(huán)節(jié)，學生進一步掌握土肥管理，尤其是光照、濕度等對植物的影響；掌握病原菌致病性，更好地掌握病原、環(huán)境、植物三者之間的關(guān)系。本部分工作較為繁瑣和細致，能夠較好地培養(yǎng)學生的科研素養(yǎng)。

2.4 病原菌生物學特性的研究

已有研究表明，不同的病原菌對營養(yǎng)物質(zhì)的喜好不同，在不同的培養(yǎng)基、光照條件、溫度條件及pH條件中生長快慢不同，產(chǎn)孢不同等[12,13]。對致病菌進行營養(yǎng)物質(zhì)(碳源、氮源等)、光照、溫度、酸堿度等生物學特性的探索，可以為致病菌的發(fā)病規(guī)律、防控手段等的研究提供理論依據(jù)[14,15]。該部分的探索，對于掌握病原菌的生長條件，尤其是調(diào)查田間發(fā)病規(guī)律具有一定的指導意義。學生在該環(huán)節(jié)可以系統(tǒng)學習并掌握正交試驗的設(shè)計，再與該病的田間發(fā)病條件結(jié)合起來，對于掌握該病害的發(fā)病規(guī)律具有事半功倍的效果。

2.5 病原菌防治藥劑的篩選

識別并診斷病害，熟悉病原菌的生物學特性等環(huán)節(jié)，最終的目的是找到有效的防治辦法，指導田間生產(chǎn)。由于各地域用藥習慣不同，導致病害的耐藥性不同，往往存在同一農(nóng)藥在不同作物、不同地域的防效差異較大，因此在指導農(nóng)戶田間用藥時不能依靠教材中推薦的種類，也不能完全依靠商品登記的防治對象推薦用藥[16,17]。再加上教材的滯后性，很多推薦的農(nóng)藥甚至可能被禁用，不符合現(xiàn)在綠色防控的要求[18,19]。而且很多農(nóng)藥更新?lián)Q代較快，農(nóng)藥的商品名稱較多，給農(nóng)戶選藥帶來較多不便。因此，有針對性地通過抑菌試驗，篩選具有較高防效的農(nóng)藥，尤其是生物農(nóng)藥，符合當前“雙減”要求，可以有效獲取高效的推薦農(nóng)藥種類及劑量。通過該環(huán)節(jié)，學生不僅可以掌握殺菌劑的生物活性測定實驗，而且由于采用的農(nóng)藥多為新農(nóng)藥，抑菌效果未知，是非驗證性實驗，所以通過這部分操作，可以獲得具有創(chuàng)新性的試驗結(jié)果，有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)。

2.6 藥劑的抑菌機制研究

殺菌劑抑菌機理的研究，可以有效發(fā)現(xiàn)殺菌靶標，可為同類型藥物設(shè)計提供參考，也可拓展其靶向菌群[20,21]；同時可發(fā)現(xiàn)耐藥機制，有效指導田間用藥，延緩菌群的耐藥性[22,23]。因此，學生對篩選出的具有高效的藥劑開展抑菌機理研究，可以進一步了解該藥防控該病的作用特性，也可能發(fā)現(xiàn)藥物新的作用靶標，拓寬藥物的防治菌群等。通過該環(huán)節(jié)，學生不僅可以觀察殺菌劑對菌體細胞結(jié)構(gòu)、生理機制、分子機制等的影響，加深對微生物學病原體細胞結(jié)構(gòu)、微生物代謝等知識的理解；更為重要的是，可以訓練學生探索未知事物的科研素養(yǎng)，為其接受更深層次的深造和科研工作積累經(jīng)驗。

2.7 開展植物病害綠色防控科普

高校實踐平臺為開展專業(yè)科普教育提供了軟硬件資源，具有先天性優(yōu)勢[24]。通過該平臺系列研究，學生可以系統(tǒng)掌握某病害的病原、致病性、生物學特性、防治的有效藥劑等，再結(jié)合田間病害發(fā)病規(guī)律調(diào)查及參考相關(guān)文獻，制作完整的科普資料，向農(nóng)戶進行科普培訓，提高實踐運用性，指導田間生產(chǎn)。

3 實踐效果

該平臺創(chuàng)建以來，由10多位教師組建了特色果蔬、刺梨、中藥材、茶等植物病害團隊，指導學生開展病害分離鑒定及防治藥劑篩選等工作。該平臺自運營以來，結(jié)合教師的科研課題，引導學生以畢業(yè)論文的形式開展試驗探索，如選題為茶樹主要真菌病害病原分離鑒定與防治藥劑篩選、辣椒疫霉菌生物學特性及防治藥劑研究等；同時，鼓勵學生依托平臺申報大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目，如由學生申報獲批的刺梨褐斑病病原分離鑒定與藥劑篩選、刺梨?？漆t(yī)院——打通技術(shù)服務(wù)“最后一公里”等項目，以及正在申報的創(chuàng)新訓練項目丹皮根石油醚提取物抑菌活性物質(zhì)及抑菌機理研究等；此外，學生還可以進行自由探索，對自己感興趣的校園植物病害，自己種植的陽臺花卉病害，甚至部分學生自家種植的作物病害等開展研究。通過該平臺，提高了學生畢業(yè)論文的質(zhì)量，提高了參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)申報的數(shù)量和質(zhì)量。更為主要的是，學生會自行利用空余時間，主動思考，主動開展未知領(lǐng)域的研究，有效地鍛煉了學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)。

雖然該平臺在培養(yǎng)植保專業(yè)植物病理學方向“雙創(chuàng)人才”方面發(fā)揮了較好的示范作用，但該平臺目前最大的問題是儀器設(shè)備數(shù)量還不夠，設(shè)備經(jīng)費支持有限，很大程度上依靠團隊教師申報的項目經(jīng)費或獲批的大創(chuàng)項目經(jīng)費支持學生的探索。對于自由探索的學生或者與項目關(guān)聯(lián)較遠的探索，由于經(jīng)費使用的限制將會受到一定的制約，不利于學生開展自由式創(chuàng)新訓練。今后，將進一步申請經(jīng)費支持，適當擴充儀器設(shè)備數(shù)量，提高平臺級別，為更多學生提供創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練和科研訓練機會，培養(yǎng)一批“雙創(chuàng)人才”，為地方農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)輸入理論扎實，實踐技能強，能指導田間生產(chǎn)的實用人才。