检科院庞国芳团队建立食品农药残留检测数据库工作纪实

十年磨一剑。

　　庞国芳院士与助手一起讨论技术问题

庞国芳院士带领一个团队，孜孜不倦地潜心研究，突破了农残检测在信息化时代的三大挑战，使我国在这一领域的检测技术达到世界领先水平；兢兢业业地做了4万批次的农残筛查，摸清了我国“菜篮子”中的农药残留家底，为相关部门的决策和监管提供了有效的科学依据。这种踏踏实实坐冷板凳的科研精神令人感佩！

一个人能做到如此已属不易，一个单位都在潜心科研更是难得。“两耳不闻窗外事，埋头苦干搞研究”，中国检科院就是这样一个生动的例子，也才能够收获如此丰硕的科研成果。

面对机构改革、管理体制改革的大背景，观望或许是很多人的选择。然而身处改革洪流中的中国检科院却仍然能够静下心来认认真真钻研、踏踏实实做事，这样一个群体的实干精神更加值得赞叹。

正是一群群科研工作者的坚守初心、不懈追求，我们才离中华民族伟大复兴的中国梦越来越近！

民以食为天。食品安全牵动着每一个人的神经。而蔬菜水果中的农药残留可谓是食品安全领域中的“重灾区”。

中国工程院院士、中国检验检疫科学研究院首席科学家庞国芳带领的团队这些年来干了件大事。

他们采用我国学者自主研发的两种电子化检测技术，对45个重点城市（4个直辖市、27个省会城市、14个果蔬主产区,覆盖全国人口25%）1500余个采样点，采集了135种果蔬（占全国果蔬名录85%以上）4万批次市售样品进行了农药筛查，获得农药质谱图3.2亿张，基本查清了我国“菜篮子”中农药残留的“家底”。

担当重任，直面百姓关注热点

作为农业大国，我国是世界上农药生产和消费量较高的国家。农药是一把“双刃剑”，在保护农作物生长、防治病虫害、提高农作物产量、保障农产品储存质量等方面起到了至关重要的作用。但由于其生物活性，残留农药对食品安全、生态环境的影响不可避免，也使农药饱受诟病，农药化学污染物是当前食品安全源头污染的主要来源。

党的十九大报告指出，“中国特色社会主义进入新时代，我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。”

百姓生活水平提高后，必然对健康的需求更加强烈，对于农产品中的农药残留问题也愈发关注。“谈农药色变”已经成为当下中国比较普遍的现象，完全禁止农药的使用并不现实，研究出一套科学的农药残留监测与监控体系是当务之急。

“2012年，我们开始承担国家科技支撑计划中的‘食品中农药化学污染物高通量侦测技术研究与示范’项目；2015年，我们又承担了国家科技基础性工作专项‘水果和蔬菜中农药化学污染物残留水平调查及数据库建设’课题。”庞国芳告诉科技日报记者。

“最大的困难就是研究技术。”庞国芳告诉科技日报记者，“我们检索了1990年至2016年，世界上15种著名期刊的4600多篇论文，对所有的技术进行详细分析，发现农药残留检测技术主要有两个发展阶段。1990年至2002年，是色谱技术引领质谱技术发展，2002年以后，质谱技术超越了色谱技术。”

庞国芳团队分析认为，从检索到2002年发表的第一篇高分辨质谱文献之后，这方面研究逐年增加。近年来发展起来的高分辨质谱技术成为农药残留非靶向筛查的发展方向，常见的高分辨质谱包括傅里叶变换离子回旋共振质谱、四极杆—飞行时间质谱等。

记者在采访中了解到，庞国芳团队采用液相色谱—四极杆—飞行时间质谱技术和气相色谱—四极杆飞行时间质谱技术，开发了一次样品制备两种技术同时检测1200种农药残留的新方法，这种新方法达到了绿色发展、环境友好、清洁高效的技术要求。

用这两种技术，庞国芳团队研究建立了世界上常用的1200多种农药和化学污染物的一级和二级精确质量质谱数据库。并为1200多种农药的每一种，都建立了自身独有的电子身份证，也就是电子识别标准，从而实现了以电子标准代替了实物标准作参比的传统方法，同时实现了由靶向检测向非靶向检测的跨越式发展。这是农药残留检测领域供给侧结构性改革的重大突破。在此基础上， “通过对农药残留新型检测技术的研发，对全国市售果蔬进行筛查，绘制出我国农药残留地图，它将成为我国农药残留治理的有效工具，将会促进我国农药使用零增长，使我国食品安全状况大大改观。”庞国芳告诉记者，这项工作不只是食品安全问题，还关系到国泰民安、国家形象。

潜心十年，解决业内三大挑战

以往的农药残留检测都需要有实物的标准物，实物标准物是存在有效期的，大概两三年就会失效。而由于农药种类众多，一个标准物几百到几千元，一百个标准物就要十万元，还经常需要重新购买，这对实验室而言，也是一笔不菲的成本。

“要检测四五百种农药残留，标准物买不起”，这是实验室里常见的实际困难，也是庞国芳一直琢磨着要解决的问题。

近年来，庞国芳在各种研讨会上都会提出这样的观点：随着21世纪信息化技术的快速发展，食品安全农药残留检测技术面临信息化的三大挑战——农药残留检测如何实现电子化？农药残留报告生成如何实现自动化？农药残留风险溯源如何实现视频化？

经过近十年的潜心研究，这三项挑战如今已有解决方案。

在精确质量质谱数据库的基础上，他们为1200多种农药和化学污染物都建立了一个自身独有的电子身份证，采取世界通用的八种高分辨质谱技术，评价1200多种农药的微细结构。“就像人脸识别技术一样，点位越多，辨别越准确。”精确化的电子识别标准，实现了农药残留检测以电子标准取代实物标准作参比的传统鉴定方法，同时也实现了农药残留由靶向检测向非靶向筛查的跨越式发展，实现了检测技术的电子化。

“其检测能力远远超过了目前欧盟、美国和日本农药残留监测技术的实力，从而大大提高了农产品质量安全保障能力。”庞国芳告诉记者。

农药残留检测电子化的实现，其方法效能是任何现有色谱技术和低分辨质谱技术所不能比拟的。但随之而来的就是极其庞大复杂的数据。数据维度多、数据关系复杂、分析要求精度高等难题，向传统数据统计分析方法提出了挑战，建立新的大数据的采集、传送、统计和智能分析系统成为当务之急。庞国芳院士团队研发了高分辨质谱+互联网+数据科学三元跨界融合技术，为解决第二项信息化技术的挑战打开了思路。

庞国芳团队在深入分析农药残留检测数据特征和分析需求的基础上，自主研发了农药残留数据采集系统，构建了农药残留侦测结果数据库。

“我们提出了‘数据获取—信息补充—衍生物合并—禁药处理—污染等级判定’的数据融合与处理模型，实现了对农药多残留检测结果数据进行快速在线采集、融合。”庞国芳告诉记者。

值得一提的是，庞国芳团队自主研发的农药残留海量数据智能分析软件，实现了从农产品、农药、地域、多国农药残留最高限量标准等多维度进行的20项农药残留指标的自动统计和5项报表的自动生成，以及根据统计结果的综合评价和预警信息的自动生成，最终实现“一键下载”。

“这本报告30分钟就可以自动生成。”庞国芳指着办公桌上一本厚厚的农药残留检测报告对记者说， “这种效率是传统分析方法不可想象的，高分辨质谱+互联网+数据科学的三元融合技术，是我们的技术突破之一，为农药残留大数据分析提供了有效工具。”

“农药残留检测的目的是要实现风险的溯源。”庞国芳表示，“我们这项研究的第三大突破就是通过高分辨质谱+互联网+地理信息系统三元融合技术，可实现农药残留风险溯源的视频化。”

据介绍，将农药残留数据与地理数据相关联，完成了农药残留数据驱动方式下地图的新应用。“采用多元技术融合，设计编制了目标农药—食品名称—食品产地等多维空间特征的可视化系统。”庞国芳说。目前已形成两个产品，分别是“31个省会/直辖市市售水果蔬菜农药残留水平地图集”和“31个省会/直辖市市售水果蔬菜农药残留在线制图系统”。

在庞国芳看来，这实现了农药残留检测、溯源和预警三个关键点的“智慧一张图”管理，为产业自律、政府监管和第三方监督提供了基于空间可视化的科学数据支撑。

击中痛点，为政府决策提供依据

庞国芳团队的研究成果紧扣国家“十三五”规划纲要中“增强农产品安全保障能力”和“推进健康中国建设”的主题，必将在这些领域发挥重要的技术保障作用。

相较技术保障，这项研究还有着更重要的现实意义——可为相关部门的决策和监管提供科学依据。

这次面向45个城市的市售蔬果农残普查结果显示，我国市售果蔬农药最大残留限量标准合格率达到96.5%以上，我国使用的农药以中、低、微毒农药为主，检出的品种和频次占比均超过80%。这些说明了我国果蔬当前农药残留监管工作积极有效，食品安全有基本保障。

不过也存在着很多严峻的现实问题。

尽管目前我国市售果蔬样品检出农药以低中毒性为主，但是在普查中仍然发现10%的果蔬样品检出高剧毒和禁用农药，而且越是日常常吃的果蔬，检出的高剧毒农药品种越多，为我国食品安全埋下了隐患。这就需要执法部门重拳治理高剧毒和禁用农药，根治顽疾。

农产品中的农药残留其实是全世界很多国家都会面临的共性问题。但是相比较而言，欧盟、美国、日本等发达国家均建立了较完善的法律法规和残留监控体系，制定了农产品中农药最大残留限量标准。

从上世纪70年代起，美国陆续建立了三大农药残留监控体系，包括国家残留监控计划（NRP）、农药残留监测计划（PPRM）和农药残留数据计划（PDP），监控农药品种达500多种，并建成农药化学污染物残留数据库。1996年，欧盟启动的共同体农药残留监控计划中包括欧盟和欧盟成员国两大残留监控体系，监控的农药品种达到839种。日本则出台了“肯定列表制度”，加强食品中农业化学品残留管理，监控农药542种。

尽管我国的各主管部门都有各自的农药残留监控计划，但还没有形成一套严格的法律法规和全国“一盘棋”的监控体系，各部门仅有的农药残留数据资源在食品安全监管中发挥的作用也十分有限。到目前为止，我国各有关部门中监控农药的最多仅百种左右，与先进国家差距甚远，其地位与我国的农业大国地位很不相称。

而标准水平低、数量少也是我国农药残留污染治理当下正面临的难题。

与世界先进国家相比，我国农药残留安全标准水平低，这次普查结果如果按照欧盟和日本的标准来衡量，合格率就会大大降低。我国现行国家标准GB/T2763-2016食品中农药最大残留限量标准项次为4140项，而欧盟、日本和美国现有标准分别为16万余项、5万余项和4万余项，这种标准数量上的巨大差距，会导致我国在国际贸易中处于受制于人的被动地位，无法掌控国际贸易话语权。

“缺少一个全流程、成体系的农药残留全面风险监测和监控体系，提高未知风险发现能力；也急需加强农药最大残留限量和每日允许摄入量标准的研究制定，使之与世界先进国家比肩。”庞国芳语重心长。

处处开花，检科院科研成果丰硕

领先世界的技术和成果出现在中国检科院并不是偶然，庞国芳团队也只是中国检科院的一个缩影。

近年来，中国检科院始终坚持以科研为中心，以学科建设为基础，注重面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求，尤其是“十三五”以来，中国检科院紧紧围绕基础理论与前沿技术及创新应用，直接对接国家重大战略需求，聚焦国门安全、国民经济与社会发展的重大、核心、关键科技问题，在食品农产品安全、动植物检疫、卫生检疫、化学品安全、工业与消费品安全、装备等多个领域开展研究和技术开发，大幅提升了科研能力和研究水平。

除了庞国芳团队建立了1200多种农药精确质量数据库和质谱的电子识别标准，自主研发了自动匹配农药残留智能筛查和定性鉴定软件，实现了千种农药高通量非靶向同时定性筛查的技术突破之外，中国检科院近年来的多项研究成果都填补了国内、国际空白，达到了国际领先水平。

在国际上率先系统揭示了食品中有害物的质谱软电离裂解规律，开创了基于质谱标志碎片的未知风险非靶标筛查技术，构建了食品中化学性有害物及生物性有害物代谢物的质谱筛查技术平台；开创了基于标志物筛选的过度加工食品判定技术，保障了进口食品安全和人民生命健康；构建了食品质量安全检测监测技术平台，研发了系列快检产品，在重大食品安全突发事件应急应对中发挥了领军作用。

率先提出“食品属性表征与品质分子识别”概念，改变了加工农产品和食品鉴伪、品种鉴定、产地鉴别标准缺乏、指标混乱的局面等，确立了农食产品真伪鉴别领域国内领先地位并达到国际领先水平。实现了病原微生物高通量、快速、准确的鉴定溯源，可有效用于食源性疾病暴发事件中传染源和传播途径的确证、食品农产品中污染源的追溯。开展的食品过敏原检测方法储备研究处于国内领先。

建成了植物检疫学科体系及检疫性有害生物国境防控技术体系、转基因产品查验技术体系，重点突破了外来有害生物与转基因产品高通量、高精准、快速检测监测技术和大宗产品检疫处理技术，研发了系列装备和药剂，制修订了成体系技术标准，大幅提升进出境植物有害生物防控有效性和国境通关综合效率。

搭建了外来动物疫病有证标准样品研制平台，创制的假病毒制备载体，其包装容量、表达效率和纯度均领先国际同类技术，解决了高风险动物病原微生物检测缺乏生物安全质控品的技术难题；研发了非洲猪瘟、施马伦贝格病等外来动物疫病的口岸现场初筛和实验室精准检测系列技术方法和试剂盒，构建了动物疫病风险分析模型及信息化风险分析系统，为双多边技术交流和谈判提供了重要技术支撑。

牵头建立了全国口岸传染病监测哨点技术网络，建成了国内规模最大的外来传染病监测生物样本资源库，并在标准验证、标样研制、无创样本病原基因检测和输入病例病原分子溯源等多领域实现创新应用；在重大突发疫情应对中，第一时间研制出新甲型H1N1流感病毒核酸诊断方法并获国家联防联控科技组推荐，形成技术标准应用，储备了境外新发突发病原体检测方法。

……

强院大市场，不忘初心砥砺前行

各种领先国际水平的成果不胜枚举。是什么促成了检科院科研成果“处处开花”的盛景？

“做好检验检测检疫科技引领‘火车头’是我院正在做，也是我院孜孜以求的目标和愿景。” 中国检验检疫科学研究院院长李新实如是说。

近年来，国家积极推动检验检测认证机构的整合，“管检分离”成为大趋势。同时，国内检验检测产业发展迅速，外资检测机构不断涌入，检验检测认证市场竞争激烈。

“面对如此大的变革，无疑对我院提出了许多新的挑战、新的压力和新的课题。同时，也带来了许多新的机遇、新的动力和新的愿景。但是，我相信机遇掌握在自己手里。”李新实曾这样说过。

直面挑战，检科院积极转变观念，适应国家改革需要，下大力气提升科研工作水平，着力解决好检验检测产业发展过程中所遇到的各类关键性技术问题，更好地为检验检测产业发展提供科技支撑。

为适应国家科技体制改革和检验检疫事业发展要求，充分发挥好“火车头”作用，中国检科院确定了“强院大市场”的发展思路。在这一发展思路的引领下，建设一个国内一流、国际知名的检验检测检疫科研机构，中国检科院正在砥砺前行。

据李新实介绍，所谓“强院”，就是坚持检科院作为公益性检验检疫中央研究机构的本质属性，坚持以科研为中心不动摇，集聚全院优势资源，加强学科建设，打造优秀创新团队，全面提升科研水平、技术支撑、科技服务等核心竞争力，使检科院成为国内一流、国际知名的检验检测检疫科研机构；所谓“大市场”，就是坚持科研与经济社会发展需要相结合，与国家重大战略需求相结合，充分发挥市场机制在配置科技资源中的重要作用，全力推进科研成果转化，全力提高科研的社会效益和经济效益。“强院大市场”的发展思路形成了科研和市场两轮驱动、相互促进的良性互动，正推动着中国检科院各项事业的健康持续发展。

新时代、新使命、新征程。党的十九大报告中指出，创新是引领发展的第一动力，是建设现代化经济体系的战略支撑。要瞄准世界科技前沿，强化基础研究，实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破。

检验检测检疫事业关乎国计民生，在促进国际贸易发展、维护消费者生命财产安全、保障国门安全、保护国家生态安全等方面都发挥着重要作用。作为我国检验检测检疫领域重要的科技支撑和技术保障部门，身处机构改革的洪流之中，中国检科院不忘初心，坚定“强院大市场”的发展思路，发挥检验检测检疫科技引领“火车头”作用，全力以赴地朝着“国内一流、国际知名的检验检测检疫科研机构”的发展目标继续前行，为国门安全和检验检测检疫科技事业的繁荣与发展作出不可或缺的贡献，为实现中华民族伟大复兴的中国梦，实现人民对美好生活的向往提供有力的技术保障。