精耕大洋,挖掘深海生物資源寶藏

自然資源部第三海洋研究所60年奮斗足跡之三

作者:記者陳佳邑  來源:中國海洋報   發布時間:2019-11-20 10:15:19   [打印本頁] [關閉窗口]

  在自然資源部第三海洋研究所,有一個獨特的微生物“銀行”—— 中國大洋微生物菌種庫,堪稱世界藏量最大,種類最多。庫中2570份大洋生物樣品、2.3萬株海洋微生物菌種,面向全國開放共享,為深海微生物研究與開發提供重要的深海微生物樣品。

  昔日,深海生物開發是我國藍色科研領域一片未開墾的“處女地”,海洋三所人潛心研究開發海底“沃土”,破解深海生物密碼,成果令人刮目。中國大洋生物基因研發基地、國家海洋微生物資源平臺、海洋藥源生物種質資源庫、中國大洋樣品館生物樣品館……一系列用于海洋生物資源保藏和開發的設施平臺在這里搭建,一大批具有自主知識產權和廣闊市場前景的海洋科技成果,在經濟社會發展中日益展現出無限的魅力。

  培養“吃”油污的“細菌大軍”

  時至今日,被稱為“美國歷史上最嚴重的生態災難”的墨西哥灣溢油事件依然深深刻在人們的記憶中。海面上經久不散的浮油,“身披”油污的海鳥、魚類等,訴說著這場慘劇的觸目驚心。

  由于石油烴類污染物的潛在毒性和生物積累效應,溢油會導致近岸海域環境質量和生物種類多樣性指數下降,破壞海洋生態系統功能。

  尋找“吃”油微生物、降解油污一直是科學家們探索的方向。

  當溢油事故發生后,靠傳統的物理、化學方法處理可能會發生二次污染。海洋三所海洋生物遺傳資源重點實驗室主任邵宗澤介紹道,利用“吃油”菌來清除石油烴,不僅成本低,而且對環境更友好,除污更徹底。

  “吃”油菌又稱噬油菌,它在自然界中由來已久,不少種類的細菌、真菌都能利用原油中的有毒物質完成生長,從而達到降解石油的目的。據了解,噬油微生物的“胃口”并不僅限于海面上的油污,它們還能沉入海底,或滲透到沉積物中,一邊“飽餐”,一邊對污染物進行徹底降解,既不會對海域造成二次污染,也不會留下什么“后遺癥”。邵宗澤說,其實這些石油“清潔工”早在一個世紀前就被發現了。1989年,美國阿拉斯加發生大規模漏油事件,這一空前海洋生態浩劫引起了研究者對于噬油菌的高度注意;墨西哥灣鉆井平臺溢油事故的發生再度引起學者對于噬油菌的關注。為此,美國開展了大量海底石油降解微生物生態學的研究。

  我國相關研究起步較晚。2003年,邵宗澤帶領團隊開啟對深海微生物烴降解菌的探究。十幾年間,從近海、深海、大洋到極地環境,他們在各類海洋環境中采樣、分析烴類降解菌的多樣性分布特征,先后獲得了3000多株石油降解菌資源。

  “通過研究,我們首次揭示了細菌從烷烴感受、趨化、吸收到代謝調控的復雜過程,開發了高效的海洋石油降解菌劑,可用于含油廢水治理及海洋溢油的生物治理?!鄙圩跐烧f,科研人員對海洋微生物進行富集、初篩、復篩,最終篩選出石油高效降解菌株,為海洋生物修復實踐奠定了基礎。

  2016年1月,廈門市觀音山人造沙灘受到重油污染,面積達3000平方米。如何有效清理海灘油污,又避免二次污染發生,邵宗澤團隊培養的“吃油菌”大軍臨危受命,奔赴“戰場”,4種石油烴降解菌各顯“絕技”,不斷傳來獲勝的戰報。

  “我們肉眼就能看到沾滿油污的泥沙漸漸由黑變黃?!鄙圩跐苫貞浀?,半年后檢測顯示,投入的菌株對海灘的石油污染總去降率達到99.7%,“那些經過降解的油泥還可以像泥巴土一樣重新填埋”。

  “目前,利用微生物治理石油污染的應用技術在我國的研究開發相對較少,但巨大的市場需求表明生物修復將成為海洋石油類污染物處理的主力。未來,我們將重點開發微生物除油制劑等環保微生物制劑等產品?!鄙圩跐烧f,如今,實驗室已與多個國家和企業開展了共建合作,相關產品技術已經投入應用。

  幫助對蝦們“強身健體”

  邵宗澤團隊還將海洋微生物研究拓展到動物“保健品”行業,培養出能夠對抗蝦病、幫助蝦類“養生”的有益菌種?!斑@種益生菌可以分泌活性物質,抑制蝦池里病原菌的肆虐,避免抗生素濫用,同時促進對蝦的飼料消化與健康生長?!鄙圩跐山忉尩?。目前,這種抗蝦病微生物制劑已經進行實際應用。

  1993年,對蝦白斑桿狀病毒曾在我國沿海養殖區暴發,隨后又在泰國、印度、 朝鮮、日本及太平洋海岸國家肆虐,防治對蝦白斑病成了一道世界性難題。由海洋三所徐洵院士帶領的團隊迎難而上,經過悉心研究,于1997年在世界上率先破解了迄今已知最大的動物病毒——對蝦白斑病病毒基因組密碼,為后來防治這種病毒立下了頭功。

  1998年,海洋三所開始涉足深海微生物研究?!吧詈I?,由于其生境特殊,在長期的生命演化過程中,會形成一些功能特殊的基因或代謝物。這些基因資源和活性物質,對解決人類的重大疾病和資源環境等問題有著十分重要的意義?!鄙圩跐芍赋?,正因如此,深海生物基因資源被許多國家視為戰略性資源。20余年來,海洋三所培育了一支從事深海生物及其遺傳資源研究開發的科研團隊,逐漸將原本荒蕪的深海生物資源研究“處女地”,變為了我國海洋科技重點研發的“沃土”。層出不窮的研究成果確立了其在深海生物及基因資源研發方面的領軍地位。

  “我們已經不是孤軍作戰了,因為國家探索深海生物的力量在一天天壯大?!鄙圩跐尚牢康卣f。2004年,中國海洋微生物菌種保藏管理中心(國家海洋微生物資源平臺)建立并投入使用。海洋三所既是該中心的承建方,又是菌株種類捐獻的最大貢獻方。據了解,該中心現有菌株2.3萬株,并以每年2000多株新增菌株的數量迅速擴大著整個菌種“隊伍”?!爸行默F在已經成為一個具有國際影響力的國家海洋微生物資源平臺,同時具備深?;蛸Y源采集、研發雙重功能?!苯刂寥ツ?2月,中心共為317家高等院校、科研單位、醫院、政府部門及企業提供了菌種資源14000余株/次共享服務。

  彰顯深海新菌的神奇

  海藻寡糖生物肥、藍灣氨糖保健品、海洋膠原蛋白肽系列化妝品……談起海洋三所的深海生物“創業”成果,海洋三所產業處處長陳力如數家珍。圍繞海洋生物資源高值化利用,海洋三所走出了一條獨具特色的藍色道路。

  1994年,海洋三所還未系統開展海洋科技成果轉化及應用研發。沒有實驗室,甚至連間像樣的辦公室都沒有,團隊就在一個廢棄的澡堂子里“創業”了好幾年。2000年,三所成立了化學與化工研究中心,初步構建起海洋產業研發平臺。2004年,海洋生物遺傳資源重點實驗室被科技部批準為國家重點實驗室培育基地。一系列專業科研平臺催生了海洋技術成果不斷涌現。

  地處重慶東南邊陲的酉陽縣花田鄉是遠近聞名的“貢米之鄉”。當地土壤肥沃,光照充足,晝夜溫差大,出產的貢米獲得國家地理標志和有機雙認證,但農家肥的不足嚴重限制了水稻的產量。如何在符合有機標準的前提下,實現水稻增產,提高抗病蟲害能力?由海洋三所研發的海藻肥為花田鄉提供了解決方案。

  “海藻肥是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?!焙Q笊镞z傳資源重點實驗室副主任曾潤穎告訴記者,“這種肥料沒有使用化學試劑裂解,綠色無污染,還能有效增強農作物抗病蟲害的能力”。2009年10月,由曾潤穎領銜的深海生物酶課題組將研究方向鎖定龍須菜瓊膠寡糖領域。

  龍須菜廣泛養殖于我國南方海域,主要是用于提取瓊膠和作為養殖鮑的飼料,具有較高經濟價值。然而瓊膠提取過程需要使用大量強酸堿,極易造成環境污染,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。曾潤穎團隊決定另辟蹊徑,直接跳過提取瓊膠這一過程,將菌株與龍須菜共同培養。經過不懈探索,研究團隊率先研發出“一步法”生產工藝,通過從太平洋深海沉積物中分離得到的一株火色桿菌,用它從龍須菜中酶解出海藻寡糖,從而避開中間的瓊膠提取工序,有效降低了生產和污染治理成本。

  然而,提取出寡糖只是生物肥研制的開始,隨后,團隊又連續數月試驗,改進,再試驗,再改進,最終獲得了最佳的海藻肥優化配方,成功使海藻肥專利技術由實驗室邁向工廠化。2012年,曾潤穎團隊攻克了提取龍須菜瓊膠寡糖的所有技術難關,并于2013年獲得了國家發明專利?!疤窖蠡鹕珬U菌中豐富的酶系簡直稱得上可以‘包治百病’?!痹鴿櫡f玩笑道。

  憑借這項酶解寡糖技術,實驗室先后研發出海藻寡糖系列化妝品、防脫發產品等,并與企業對接,成功實現了成果轉化。昔日讓人感到遙不可及的深海生物,如今卻走進了尋常百姓家。

  架起對接產業的橋梁

  過去,阻礙科技成果轉化的主要原因就是基礎研究和市場需求脫軌,導致許多來之不易的實驗室成果總是“躺在抽屜里睡覺”。

  2017年,海洋三所海洋生物產業化中試技術研發公共服務平臺通過驗收并投入使用?!霸撝性嚮叵喈斢谝粋€新型‘孵化器’,在基礎研究與企業需求之間搭建起橋梁?!敝性嚻脚_陳暉高級工程師如此類比。

  該平臺通過模擬企業生產線,驗證實驗室工藝能否放大并投入生產應用,同時為其提出相應的修改或優化方案?!坝辛嗽撈脚_,可有效簡化用戶的生產流程,為其節約大量時間和成本?!标悤熣f。

  據介紹,該平臺已經具備了海洋生物活性產物分離純化、海洋藻類規模培養、海洋中藥材研發等功能。截至目前,已為40余家科研院所及企業提供了70多項技術服務。陳暉說:“我們希望打造一個第三方技術服務機構,使藍色科技造福更廣地域和更多人群?!蔽磥?,該平臺將逐漸與各地科技園區對接,通過“虛擬入園”,為更多中小企業提供技術幫助。

  近來,海洋三所的海洋生物天然產物化合物庫、海洋微生物制劑產業開發平臺、海洋中藥材和海洋中藥研發技術平臺等建設也相繼啟動。

  幽靜深遠的大洋海底,蘊藏著無盡寶藏,豐富的海洋生物資源,開發潛力尤為可觀。背倚萬頃碧波,海洋三所的目光看得更遠。未來海洋三所將統籌建立更加規范、高效、安全的運行機制,從社會和企業需求出發,著力推動實驗室技術的市場轉化,以更多的高新技術成果,為海洋經濟高質量發展提供有力支撐。