海洋三所開展深海微生物酶應用研究紀實

作者:記者蘭圣偉  來源:中國海洋報   發布時間:2018-10-17 10:27:06   [打印本頁] [關閉窗口]

  在執行中國大洋第50航次科考任務的“向陽紅03”船上有個3平方米的小菜園,嫩綠的韭菜和生菜吐露著新葉,一派生機勃勃景象。

  每天上午,船員陳明和張向陽都要圍著小菜園忙碌一番,澆水施肥、查看長勢、調控光照和溫度。以往海上航行20多天后就難覓蹤影的綠葉菜,如今依然會出現在餐桌上,遠洋船舶上實現綠色蔬菜自給自足不再是奢望。

  談起海上生活變化,“向陽紅03”船大副陳增發感慨地說:“這主要得益于自然資源部第三海洋研究所曾潤穎團隊最新的研究成果——基于海洋微生物特殊功能的新型栽培基質?!?br/>

  海上種菜的成功樣本

  在船上種植蔬菜,“向陽紅03”船并非個例。記者了解到,一些船舶在航行期間可自行生產黃豆芽、綠豆芽,也有少數船舶采用箱式水培等方法種植蔬菜,但由于沒有解決蔬菜培養基質、光照、溫度等問題,未能有持續種植的成功案例。

  “在船上種植蔬菜,不能簡單將陸地上的種植方法直接拷貝?!睘榻鉀Q海上種菜難題,海洋三所研究員曾潤穎帶領團隊研發出一種新型栽培全營養基質。自去年在“向陽紅03”船上首次試驗性種植以來,小白菜、油麥菜、生菜、小油菜、空心菜等蔬菜長勢良好,取得了顯著成效。

  “向陽紅03”船上的小菜園有何獨特之處?記者了解到,海洋三所深海生物酶應用開發課題組首次將海洋微生物的特殊功能引入栽培過程,在新型基質中添加了藻渣、豆粕等廢棄物經菌株發酵后產生的營養物質。同時,科研人員還結合栽培方法、品種篩選、輪作周期等因素,形成一整套操作標準化、制作成本低廉的解決方案。

  此外,課題組還將研究成果——海藻寡糖生物肥運用于船載蔬菜種植過程。施加海藻寡糖生物肥的蔬菜,口感和貯藏時間得以改善。

  艱難探索海藻肥制備

  新型海藻寡糖生物肥料的成功應用,凝結著曾潤穎團隊多年的辛苦付出和艱難探索。

  “雖然深海酶并不能直接形成終端產品,但與人們生活息息相關?!痹鴿櫡f說,“海藻寡糖就是利用深海微生物酶系直接制備而成的,在促進作物生長、保護人體肝臟、吸收紫外線、抑制黑色素、土壤修復等方面功效明顯,具有巨大應用潛力?!?/p>

  據曾潤穎介紹,以往提取寡糖都是先從原料中提取出多糖,再采用酸處理或者酶處理的方式提取寡糖。但由于酸處理容易造成環境污染,酶處理方式的成本又太高,導致多年來海藻寡糖的應用始終徘徊不前,未能取得重大突破。

  2009年,團隊將研究方向轉向龍須菜瓊膠寡糖領域。研究團隊成員陳興麟坦言:“從龍須菜中提取瓊膠需要使用大量強酸堿,極易造成環境污染,并且由此產生的藻渣也極難處理。即使是從瓊膠中提取寡糖,也無法真正解決環境污染和成本問題?!?/p>

  經過不懈探索,研究團隊率先研發出“一步法”生產工藝,利用生物酶降解的方式,從龍須菜中直接制備寡糖,避開中間的瓊膠提取工序,有效降低生產和污染治理成本。

  但是,如何讓研究成果變成觸手可及的產品又成為團隊必須解決的難題。經過連續數月的試驗和多次改進、優選,研究團隊獲得了最佳的海藻肥配方,破除了邁向工廠化生產的最后難關。

  2016年,“海藻寡糖生物肥的制備方法及應用”獲得國家發明專利。至此,一種以龍須菜為原料,利用微生物發酵制備的“海藻寡糖生物肥”正式問世。

  小菜園將迎新變化

  記者了解到,經過近兩年試驗性種植,“向陽紅03”船上的小菜園很快將迎來新變化。

  “我們計劃在本航次結束后,在船上搭載一個新型‘植物工廠’,種植面積提高至12.4平方米,預計年產蔬菜達2760公斤?!标惻d麟介紹說,團隊對種植技術進行優化整合,把海藻寡糖生物肥技術、光照技術、新型栽培基質技術、層疊分布技術、自動噴淋系統結合起來,屆時這座新型“植物工廠”將極大提高蔬菜供應量。

  “這個‘植物工廠’只是一個開始,希望新型種植模式未來能推廣到偏遠海島、極地考察站等場所,讓邊遠海島居民和科考隊員每天都能吃到新鮮的蔬菜?!痹鴿櫡f說。

  從船載蔬菜栽培、到海藻寡糖生物肥開發,這只是研究團隊專注深海微生物酶及酶解產業研究的一個縮影。截至目前,該團隊獲得授權的國家發明專利已達12項。

  在曾潤穎看來,深海微生物資源是一座當之無愧的“寶庫”。他舉例說,在工業生產中,深海微生物含有的極端酶,具有普通酶無法保持的活性,嗜熱蛋白酶、淀粉酶等水溶酶可用于食品加工,能有效防止食品污染,在去污劑中添加耐堿蛋白酶可顯著提高洗滌效率等。

  此外,曾潤穎還帶領團隊專門進行過“深海微生物酶在環境和食品安全中的應用潛力”課題研究,瞄準包括空氣中的甲醛超標、水產養殖中的孔雀石綠殘留、農產品中農藥殘留等問題,開展深入細致地研究,獲得了可高效降解甲醛、孔雀石綠的菌株。

  精準幫扶突出“深?!碧厣?/strong>

  重慶市酉陽縣花田鄉是遠近聞名的“貢米之鄉”,出產的大米擁有國家地理標識產品和有機認證,是當地農戶的主要收入來源。

  2016年,在致公黨中央精準扶貧會上,致公黨廈門市委與致公黨酉陽縣支部簽訂了對口幫扶協議。經過實地調研,致公黨廈門市委了解到,由于當地可供耕作面積較小,且國家對有機稻生產有著嚴格的管理和認證標準,不能施用農藥化肥,使得水稻田畝產較少,嚴重限制農戶增產增收。

  因此,要實現精準幫扶,就必須幫助當地農戶找到一種能實現水稻增產且符合國家有機標準的肥料。此時,海藻寡糖生物肥就成為解決對口幫扶難題的方案。

  作為致公黨廈門市委委員和幫扶項目負責人,陳興麟全程參與了海藻寡糖生物肥在酉陽的應用實踐?!芭c其他海藻肥料相比,海藻寡糖生物肥不使用化學試劑裂解,綠色無污染,還能有效增強作物的抗病蟲能力?!标惻d麟說。

  然而,海藻肥推廣之路并非一帆風順。當年,曾潤穎和陳興麟第一次將肥料送至酉陽時,當地農戶對產品的安全性充滿了質疑。

  為此,研究團隊主動與當地農技站合作,先期開展了100畝稻田的分組規范試驗。試驗結果表明,使用了海藻寡糖生物肥料的水稻畝產量比對照組高出5.7%,稻米品質明顯提高。

  “有了這份科學數據,當地農戶的積極性被帶動起來。2016年送至酉陽的600畝肥料剩余大半,到了2017年可供1500畝稻田使用的肥料就成了‘搶手貨’?!标惻d麟說,今年嘗到甜頭的農戶們主動提出希望擴大試驗規模和試驗品類,試驗田面積增至3000畝。

  伴隨海藻寡糖生物肥的推廣使用,困擾當地農戶多年的“心病”終于迎刃而解。

  “曾經鮮有人問津的深海生物研究,如今已經成為廣受關注的熱點話題?!痹鴿櫡f表示,隨著海洋科技水平不斷提升,深海微生物研究必將涌現出越來越多的實用化成果,為改善人們生產生活做出更大貢獻。