海洋三所开展深海微生物酶应用研究纪实

作者:记者兰圣伟  来源:中国海洋报   发布时间:2018-10-17 10:27:06   [打印本页] [关闭窗口]

  在执行中国大洋第50航次科考任务的“向阳红03”船上有个3平方米的小菜园,嫩绿的韭菜和生菜吐露着新叶,一派生机勃勃景象。

  每天上午,船员陈明和张向阳都要围着小菜园忙碌一番,浇水施肥、查看长势、调控光照和温度。以往海上航行20多天后就难觅踪影的绿叶菜,如今依然会出现在餐桌上,远洋船舶上实现绿色蔬菜自给自足不再是奢望。

  谈起海上生活变化,“向阳红03”船大副陈增发感慨地说:“这主要得益于自然资源部第三海洋研究所曾润颖团队最新的研究成果——基于海洋微生物特殊功能的新型栽培基质。”

  海上种菜的成功样本

  在船上种植蔬菜,“向阳红03”船并非个例。记者了解到,一些船舶在航行期间可自行生产黄豆芽、绿豆芽,也有少数船舶采用箱式水培等方法种植蔬菜,但由于没有解决蔬菜培养基质、光照、温度等问题,未能有持续种植的成功案例。

  “在船上种植蔬菜,不能简单将陆地上的种植方法直接拷贝。”为解决海上种菜难题,海洋三所研究员曾润颖带领团队研发出一种新型栽培全营养基质。自去年在“向阳红03”船上首次试验性种植以来,小白菜、油麦菜、生菜、小油菜、空心菜等蔬菜长势良好,取得了显著成效。

  “向阳红03”船上的小菜园有何独特之处?记者了解到,海洋三所深海生物酶应用开发课题组首次将海洋微生物的特殊功能引入栽培过程,在新型基质中添加了藻渣、豆粕等废弃物经菌株发酵后产生的营养物质。同时,科研人员还结合栽培方法、品种筛选、轮作周期等因素,形成一整套操作标准化、制作成本低廉的解决方案。

  此外,课题组还将研究成果——海藻寡糖生物肥运用于船载蔬菜种植过程。施加海藻寡糖生物肥的蔬菜,口感和贮藏时间得以改善。

  艰难探索海藻肥制备

  新型海藻寡糖生物肥料的成功应用,凝结着曾润颖团队多年的辛苦付出和艰难探索。

  “虽然深海酶并不能直接形成终端产品,但与人们生活息息相关。”曾润颖说,“海藻寡糖就是利用深海微生物酶系直接制备而成的,在促进作物生长、保护人体肝脏、吸收紫外线、抑制黑色素、土壤修复等方面功效明显,具有巨大应用潜力。”

  据曾润颖介绍,以往提取寡糖都是先从原料中提取出多糖,再采用酸处理或者酶处理的方式提取寡糖。但由于酸处理容易造成环境污染,酶处理方式的成本又太高,导致多年来海藻寡糖的应用始终徘徊不前,未能取得重大突破。

  2009年,团队将研究方向转向龙须菜琼胶寡糖领域。研究团队成员陈兴麟坦言:“从龙须菜中提取琼胶需要使用大量强酸碱,极易造成环境污染,并且由此产生的藻渣也极难处理。即使是从琼胶中提取寡糖,也无法真正解决环境污染和成本问题。”

  经过不懈探索,研究团队率先研发出“一步法”生产工艺,利用生物酶降解的方式,从龙须菜中直接制备寡糖,避开中间的琼胶提取工序,有效降低生产和污染治理成本。

  但是,如何让研究成果变成触手可及的产品又成为团队必须解决的难题。经过连续数月的试验和多次改进、优选,研究团队获得了最佳的海藻肥配方,破除了迈向工厂化生产的最后难关。

  2016年,“海藻寡糖生物肥的制备方法及应用”获得国家发明专利。至此,一种以龙须菜为原料,利用微生物发酵制备的“海藻寡糖生物肥”正式问世。

  小菜园将迎新变化

  记者了解到,经过近两年试验性种植,“向阳红03”船上的小菜园很快将迎来新变化。

  “我们计划在本航次结束后,在船上搭载一个新型‘植物工厂’,种植面积提高至12.4平方米,预计年产蔬菜达2760公斤。”陈兴麟介绍说,团队对种植技术进行优化整合,把海藻寡糖生物肥技术、光照技术、新型栽培基质技术、层叠分布技术、自动喷淋系统结合起来,届时这座新型“植物工厂”将极大提高蔬菜供应量。

  “这个‘植物工厂’只是一个开始,希望新型种植模式未来能推广到偏远海岛、极地考察站等场所,让边远海岛居民和科考队员每天都能吃到新鲜的蔬菜。”曾润颖说。

  从船载蔬菜栽培、到海藻寡糖生物肥开发,这只是研究团队专注深海微生物酶及酶解产业研究的一个缩影。截至目前,该团队获得授权的国家发明专利已达12项。

  在曾润颖看来,深海微生物资源是一座当之无愧的“宝库”。他举例说,在工业生产中,深海微生物含有的极端酶,具有普通酶无法保持的活性,嗜热蛋白酶、淀粉酶等水溶酶可用于食品加工,能有效防止食品污染,在去污剂中添加耐碱蛋白酶可显著提高洗涤效率等。

  此外,曾润颖还带领团队专门进行过“深海微生物酶在环境和食品安全中的应用潜力”课题研究,瞄准包括空气中的甲醛超标、水产养殖中的孔雀石绿残留、农产品中农药残留等问题,开展深入细致地研究,获得了可高效降解甲醛、孔雀石绿的菌株。

  精准帮扶突出“深海”特色

  重庆市酉阳县花田乡是远近闻名的“贡米之乡”,出产的大米拥有国家地理标识产品和有机认证,是当地农户的主要收入来源。

  2016年,在致公党中央精准扶贫会上,致公党厦门市委与致公党酉阳县支部签订了对口帮扶协议。经过实地调研,致公党厦门市委了解到,由于当地可供耕作面积较小,且国家对有机稻生产有着严格的管理和认证标准,不能施用农药化肥,使得水稻田亩产较少,严重限制农户增产增收。

  因此,要实现精准帮扶,就必须帮助当地农户找到一种能实现水稻增产且符合国家有机标准的肥料。此时,海藻寡糖生物肥就成为解决对口帮扶难题的方案。

  作为致公党厦门市委委员和帮扶项目负责人,陈兴麟全程参与了海藻寡糖生物肥在酉阳的应用实践。“与其他海藻肥料相比,海藻寡糖生物肥不使用化学试剂裂解,绿色无污染,还能有效增强作物的抗病虫能力。”陈兴麟说。

  然而,海藻肥推广之路并非一帆风顺。当年,曾润颖和陈兴麟第一次将肥料送至酉阳时,当地农户对产品的安全性充满了质疑。

  为此,研究团队主动与当地农技站合作,先期开展了100亩稻田的分组规范试验。试验结果表明,使用了海藻寡糖生物肥料的水稻亩产量比对照组高出5.7%,稻米品质明显提高。

  “有了这份科学数据,当地农户的积极性被带动起来。2016年送至酉阳的600亩肥料剩余大半,到了2017年可供1500亩稻田使用的肥料就成了‘抢手货’。”陈兴麟说,今年尝到甜头的农户们主动提出希望扩大试验规模和试验品类,试验田面积增至3000亩。

  伴随海藻寡糖生物肥的推广使用,困扰当地农户多年的“心病”终于迎刃而解。

  “曾经鲜有人问津的深海生物研究,如今已经成为广受关注的热点话题。”曾润颖表示,随着海洋科技水平不断提升,深海微生物研究必将涌现出越来越多的实用化成果,为改善人们生产生活做出更大贡献。