省微生物研究所：高效利用微生物资源 支撑农业可持续发展

文/潘慧

[导语]

广东省科学院微生物研究所（以下简称“省微生物研究所”）重点致力于具有热带亚热带特色的微生物资源、微生物与生态环境、食品安全及健康等相关基础、应用基础及公益性研究，开展为支撑生物技术相关行业可持续发展的共性关键技术研究及储备性前沿技术探索，努力建成拥有良好源头创新能力和有序运行的、国内一流的现代微生物学科研机构。2021年，省微生物研究所“农业微生物资源高效利用技术及产业化”项目荣获2020年度广东省科技进步奖一等奖。

创新应用技术 大力发展微生物农业

《广东科技》：恭喜省微生物研究所“农业微生物资源高效利用技术及产业化”项目荣获2020年度广东省科技进步奖一等奖。请介绍科研团队的基本情况。

省微生物研究所：谢谢。广东省科学院微生物研究所前身为中科院中南真菌研究室，1964年经原国家科委批准成立，1972年改名为“广东省微生物研究所”，2020年改名为“广东省科学院微生物研究所”，隶属于广东省科学院。此次获奖项目团队——生物资源保护与创新利用研究团队的主要研究方向是微生物资源发掘保护和农业应用微生物技术，主要是围绕减肥减药、健康养殖、废弃物资源化，从各类环境中发掘高活性的功能微生物，并基于这些微生物资源开发高活性菌剂、有机肥、生物饲料等绿色、环境友好的农业投入品，用于替代化肥、农药、抗生素，以及用于动物饲料生产、废弃物资源化、养殖水体脱氮等。此次获奖项目是我们团队过去10年研究取得的代表性成果之一。

《广东科技》：科研团队是如何选择这一课题研究方向的，研究的主要内容、解决的难点问题、创新点及意义何在，取得了哪些重要科研成果，经济和社会效益如何？

省微生物研究所：微生物广泛分布在所有生态系统中，是地球物质循环的主要参与者。在农业生产过程中，微生物与土壤、作物、动物共同形成农业生态系统中最基本的物质循环，在有机物质转化和能量循环过程中发挥着不可或缺的重要作用。微生物不仅能够分解动植物残体、改良土壤、提高肥力、促进作物生长，还与动植物存在直接的互作关系，对动植物的生长和健康具有重要的影响。因此，通过发掘农用战略性微生物资源，创新微生物在农业领域的应用技术，大力发展微生物农业，是保障粮食安全、提高农产品产量和品质的重要途径。这是我们团队选择微生物资源和农业应用微生物技术作为主体研究方向的初衷。

农业微生物技术为破解当前农业转型升级过程中面临的难题提供了新思路和新途径。在国家提出“碳中和碳排放”“两减一增”“健康中国、美丽中国”建设的总体要求下，农业微生物在保障国家粮食安全，替代化肥、农药、抗生素，治理养殖环境，减少碳排放，实现碳中和农业废弃物资源化利用等方面发挥重要作用。大力发展农业微生物产业符合国家的战略需求，但当前仍面临着“缺芯少核”的状况，本土优势功能菌株资源不足、功能活性分子机制不清、高性能产品匮乏、应用技术落后等仍是主要制约因素。针对上述问题，项目团队强化优质、高效农业功能菌种资源的挖掘和选育，致力于构建国际一流的农业微生物战略资源库和公益性共享服务平台，为我省乃至全国农业可持续发展提供重要的战略支撑和物质保障；开展重要农业微生物功能活性机制研究，为应用提供理论指导；攻克产业化技术难点，创制高效、环境友好的农业微生物系列产品，减少化肥、农药、抗生素的使用，为我国农业的可持续发展注入新动力。取得成果包括：分离农业微生物1.8万余株，建成了具有国际影响力的农业微生物战略资源库，成为《布达佩斯条约》国际保藏单位；选育了高性能菌株74株，并揭示了其活性基础及作用模式，创建了废弃羽毛与食用菌渣联合发酵生产有机肥等多项技术和工艺，开发出新型多功能肥料、农用菌剂、功能小肽粉等高性能产品10个；向3000多家单位提供菌种3万多株次、技术服务1.5万余次；有机肥、菌剂等产品累计推广面积超过300万亩，减少化肥使用30%～50%，功能小肽粉和发酵饲料年产超过60万吨。项目成果的应用在近3年取得经济效益110.9亿元，利润30.5亿元；发表论文89篇，授权专利15件，1项成果鉴定为国际先进，有效支撑了化肥、农药减施和养殖全面禁抗。

项目获奖团队：生物资源保护与创新利用研究团队

《广东科技》：科研团队在项目研发过程中遇到了哪些困难，是如何克服的？

微生物研究所：科研本身就是一个解决问题和困难的过程。我们遇到的最大困难是如何将高性能菌株开发成高性能产品。科学实验往往是将复杂系统进行简单化，抽象出一些基本要素进行观察和分析，因此，许多菌株在实验室条件下表现出非常好的性能，但是做成实际产品往往达不到实验室的效果。这里面有工艺适配性的问题，也有产品应用场景和环境的影响因素。例如，我们在做工厂化养殖水体脱氮时，利用此前在一般水体脱氮效果比较好的菌株，效果非常差，经过系统分析工厂化养殖模式和水体特点，我们选用了寡营养偏好、可在低碳氮比条件下实现较好脱氮的菌株，取得了满意的效果。

获奖成果之一：废弃羽毛与食用菌渣联合发酵生产有机肥技术

获奖项目第一完成人朱红惠所长、研究员在全省科技创新大会上获颁广东省科技进步奖一等奖证书

强化微生物功能 改善农业生态环境

《广东科技》：科研团队接下来将继续开展哪些攻关研究及未来计划是什么？

省微生物研究所：我们的团队一直围绕微生物资源和农业应用微生物技术两条主线开展工作。受制于培养技术，环境中90%以上的微生物未获得纯培养，这里面也包括了一些在环境中发挥重要作用的类群。我们的工作之一就是培养微生物，通过创新培养技术提高环境中可培养微生物的比例。比如，丛枝菌根真菌能够与绝大多数陆生植物的根形成共生关系，促进植物营养吸收，而粘细菌是一类具有独特捕食特性的微生物类群，能够捕食绝大多数植物病原菌，这两类微生物在植物抗逆促生和病害生物防治方面都具有较大的应用潜力。但这两类菌在培养方面都存在较大问题，不过目前我们对这两类菌的培养已经取得一些积极进展。同时，我们在利用合成生物学技术实现农业投入品的绿色生产方面也取得了较好的进展，例如，通过酵母底盘细胞实现了饲用番茄红素的高效生产，单位产率国际领先，目前已经进入到产业化阶段。

农业生态系统中微生物功能的最大化已成为未来农业发展的关键因素。2019年，美国国家科学院、工程院和医学院将微生物组列为农业领域未来亟待突破五大发展方向之一。农业微生物组技术的重要性在于它能帮助人们能够更好地理解微生物与动植物及环境间的相互作用，加深对整个农业生态系统中微生物功能的整体认知。农业微生物组技术的突破将使人类获得能够精准调控农业生态系统中微生物群落与功能的能力，利用功能菌群及其相关产品对特定生境微生物组的功能进行精准调控和干预，从而实现改善土壤结构和种养环境，强化动植物对不良环境条件及病害的抵抗力，提高种养效率，减少农药、化肥、抗生素等使用,改善农业生态环境。基于微生物组的精准应用技术已成为农业生物技术发展的重要方向。最近，我国承诺在2030年实现碳达峰，而农业是温室气体排放的重要来源，主要来自化肥施用、大田种植、牲畜养殖等环节，因此，今后我们将继续围绕微生物资源和农业应用微生物技术，通过创新微生物培养技术，加强微生物组、合成生物学研究，大力发展减肥减药、健康养殖、废弃物资源化等应用微生物技术，提高种养效率，减少农药、化肥、抗生素等的使用,提高农产品品质和安全性，改善农业生态环境，加快实现农业碳达峰和碳中和。

省微生物研究所的农业微生物战略资源库

政策扶持科技创新 成果转化造福百姓

《广东科技》：科研院所如何将科研成果转化应用，造福百姓？

省微生物研究所：科研院所是从事科研的机构，但科研工作不仅要“顶天”，还要“立地”。我们研究所概括起来就是做两件事，一是如何控制微生物有害的一面，二是如何有效发挥微生物有益的一面，因此，我们从事的工作与老百姓的日常生活息息相关。我们在食源性致病菌和霉腐微生物的控制，城市污水、垃圾渗滤液、工厂臭气的治理，传统食药用菌健康产品的研发以及农业固体废弃物资源化利用等方面均形成了一系列的成果，这些成果通过专利授权、技术入股等形式进行转化应用，在为老百姓提供健康的食品和环境方面作出了贡献。

《广东科技》：请谈谈，贵所认为近些年广东省创新政策、环境和机制，对科技创新起到了怎样的作用，以及贵所对广东省实现科技自立自强、进一步加快建设更高水平科技创新强省有何建议。

省微生物研究所：广东作为改革开放的排头兵，具有很好的创新政策环境，特别是2019年“科创12条”的出台，为更好发挥科技创新引领作用,实现经济高质量发展创造了良好的政策环境。同时，广东具有很好的经济和产业基础，经过几十年的发展，在许多行业都培育出了创新能力很强的企业，科研人员能够与这些企业形成较好的互动，从而对产业技术和基础科研的创新形成良性双促进的局面。我们希望广东能够在基础科研方面继续加大投入力度。基础科研的特点是时间长、不容易看到效果，但是，一旦取得突破，可能对社会、产业的贡献是跳跃式甚至是划时代的。同时希望广东还要进一步加强对青年科技人员的支持，多设计一些面向青年科技工作者申请的课题，助力青年人快速成长。