張友明：微生物技術(shù)助農(nóng)業(yè)強(qiáng)，農(nóng)民富，農(nóng)村美

龐貝 鄭聲宇

農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展事關(guān)國家食物安全、資源安全和生態(tài)安全，事關(guān)美麗中國建設(shè)，事關(guān)當(dāng)代人福祉和子孫后代永續(xù)發(fā)展。以微生物技術(shù)創(chuàng)新為龍頭，促進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展，大有潛力可挖。

2015年，農(nóng)業(yè)部正式啟動“減肥減藥”行動。

2017年，兩辦印發(fā)《關(guān)于創(chuàng)新體制機(jī)制推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的意見》，指出“以綠水青山就是金山銀山理念為指引……全力構(gòu)建人與自然和諧共生的農(nóng)業(yè)發(fā)展新格局，推動形成綠色生產(chǎn)方式和生活方式，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)強(qiáng)、農(nóng)民富、農(nóng)村美……”

這些政策的出臺，源于我國農(nóng)業(yè)資源環(huán)境在外源性污染和內(nèi)源性污染的雙重壓力下，可持續(xù)發(fā)展的瓶頸約束越來越明顯;也基于我國消費(fèi)者在滿足吃得飽、吃得好之后，轉(zhuǎn)向科學(xué)健康的飲食需求越來越迫切。

其實(shí)，現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)發(fā)展至今，“減肥減藥”再也不是簡單做減法，它的底線是糧食“不減產(chǎn)”，目標(biāo)是農(nóng)業(yè)“增效益”。那么如何在做好減法的同時(shí)做好加法，守護(hù)好糧食安全底線，實(shí)現(xiàn)保供給與保生態(tài)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一？

答案就是：依靠科技創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。山東大學(xué)微生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任張友明和他的團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長期探索，給出了破題方案——

熒光假單胞固氮菌劑助綠色種植

“熒光假單胞固氮菌劑”，乍聽起來有些玄妙，其實(shí)它是一種農(nóng)用微生物菌劑。20世紀(jì)40年代有機(jī)化學(xué)農(nóng)藥發(fā)明之后，極大地增強(qiáng)了人類控制病蟲危害的能力。但是，長期大量使用有機(jī)合成化學(xué)農(nóng)藥，帶來了環(huán)境污染、生態(tài)平衡破壞和食品安全等一系列問題。

農(nóng)用微生物菌劑作為新型肥料，能分解土壤養(yǎng)分、刺激作物生長、提高土壤養(yǎng)分含量，還能夠產(chǎn)生多種生理活性物質(zhì)、增強(qiáng)作物抗病和抗逆性、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用普遍。

張友明，山東大學(xué)微生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、微生物技術(shù)研究院院長，山東大學(xué)-亥姆霍茲生物技術(shù)研究所中方所所長。研究領(lǐng)域?yàn)槲⑸锘蚪M編輯和天然藥物生物合成。近五年其團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)的省部級以上科研項(xiàng)目50余項(xiàng)，其中國家級項(xiàng)目23項(xiàng)，發(fā)表SCI論文120余篇。2018、2019連續(xù)兩年被評為“愛思唯爾中國高被引學(xué)者”。2019年，被授予“歐洲科學(xué)院院士”。

他開辟了腫瘤血管形成和抑制的新領(lǐng)域，首創(chuàng)Red/ET 微生物基因組編輯技術(shù);獲批國際國內(nèi)專利10多項(xiàng);建立的大片段DNA直接克隆、多片段組裝、質(zhì)粒/基因組/BAC無痕突變修飾等研究平臺已在世界三十多家著名生物醫(yī)藥公司和數(shù)百家科研機(jī)構(gòu)得到應(yīng)用;利用Red/ET改造具有腫瘤靶向定植特性的益生細(xì)菌以表達(dá)抗腫瘤藥物和進(jìn)行動物活體驗(yàn)證為國內(nèi)首創(chuàng)。

作為微生物技術(shù)領(lǐng)域的專家，張友明介紹，農(nóng)用微生物菌劑指的是用于農(nóng)作物種植業(yè)、畜禽飼養(yǎng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)及農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物無害化處理的活菌制劑，因菌種或菌種組合的差異具有不同的功能和用途，包括：調(diào)節(jié)動物、植物的微生態(tài)平衡，減少疾病;提高植物養(yǎng)分、動物營養(yǎng)的吸收能力，促進(jìn)生長;加快有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化，清潔環(huán)境，凈化水體等。

熒光假單胞菌屬于假單胞菌屬，能產(chǎn)生活性分子、水解酶等代謝產(chǎn)物，可促進(jìn)植物生長并抑制植物病害。張友明團(tuán)隊(duì)通過對植物根際促生菌熒光假單胞菌種進(jìn)行定向遺傳改造和人工育種，導(dǎo)入固氮基因簇從而增加對植物的促生效果，突破了植物根際微生物的自然固氮極限，實(shí)現(xiàn)了化肥農(nóng)藥雙減施，獲得了藥肥一體的微生物菌劑——熒光假單胞固氮菌劑。

熒光假單胞菌本就屬于生物農(nóng)藥的殺菌劑范疇，經(jīng)過改造后的熒光假單胞菌工程菌的殺菌性更為突出，且安全性高，可產(chǎn)生多種活性分子有效治療植物真菌、細(xì)菌，并可以有效防蟲害，抗植物病毒病害。團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，改造后其殺菌性提高了5倍左右，該成果已申請并獲相關(guān)發(fā)明專利授權(quán)。

現(xiàn)階段，熒光假單胞菌一般多用于生物農(nóng)藥，用于生物肥料并不突出。張友明團(tuán)隊(duì)研發(fā)的熒光假單胞菌工程菌由于進(jìn)行了改良和優(yōu)化，適用性非常廣泛。不僅適用于豆科作物，在擬南芥、紫花苜蓿、長茅草、小麥、玉米、大蒜、番茄、韭菜、大姜、莧草等作物上試驗(yàn)，效果十分顯著。農(nóng)民使用這種產(chǎn)品，只需要花費(fèi)以往農(nóng)藥藥劑的成本，就可以收獲農(nóng)藥和化肥的雙重功效。減肥減藥的同時(shí)，為農(nóng)民帶來了看得見的實(shí)惠。此外，高濃度的菌劑還可作為土壤修復(fù)劑，在連作障礙嚴(yán)重的地區(qū)使用，可抵制有害菌生長，減少病菌積累，提高根系活力，增強(qiáng)農(nóng)作物抗性，提高產(chǎn)量。

張友明團(tuán)隊(duì)就該項(xiàng)科研成果已與禹城市農(nóng)藥廠、山東省農(nóng)藥科學(xué)研究院和中國化工集團(tuán)合作共同開發(fā)，產(chǎn)品已申報(bào)農(nóng)藥登記證。目前項(xiàng)目已落地實(shí)施，并與青島德馨生物科技有限公司合作進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)和市場推廣工作。

CM復(fù)合微生物菌劑助綠色養(yǎng)殖

針對養(yǎng)殖業(yè)伴生的環(huán)境污染問題，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出CM復(fù)合微生物菌劑，可以作為生物除臭劑和堆肥調(diào)理劑使用，既可降低成本，又具有抑制有害菌、凈化環(huán)境、降解抗生素、提高產(chǎn)量等多重功效。

“禽流感”“非洲豬瘟”等疫病的發(fā)生，加大了養(yǎng)殖業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，也提高了養(yǎng)殖業(yè)的準(zhǔn)入門檻，造成了肉蛋奶的漲價(jià)風(fēng)潮，影響民生和食品安全。

CM復(fù)合微生物菌劑通過成分中乳酸菌和放線菌的相互配合，產(chǎn)生很強(qiáng)的殺菌能力，能有效抑制和殺死病原微生物、腐敗菌和致病菌，避免養(yǎng)殖廢棄物對禽畜、作業(yè)人員和環(huán)境的危害。同時(shí)，菌劑還可生物除臭，凈化環(huán)境。它可有效抑制大腸桿菌等腐敗菌的生長，減少因大腸桿菌分解氨基酸產(chǎn)生的氨氣等有害氣體;菌劑中的硝化菌和反硝化菌可將糞污中的含氮有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為離子化合物，抑制氨氣的揮發(fā);菌劑中獨(dú)有的固氮型假單胞菌類，可以把空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)變?yōu)殇@的形式積累到反應(yīng)堆中，長期應(yīng)用可明顯降低飼養(yǎng)環(huán)境中的氨氣、硫化氫、臭氣等有害氣體濃度，減少疫病誘因，提高堆肥總氮含量;菌劑中的光合細(xì)菌能在厭氧光照或好氧黑暗條件下進(jìn)行光合作用，同時(shí)硫氧化菌能夠?qū)⒘蚧锘虻蛢r(jià)態(tài)硫的有機(jī)物氧化為S單質(zhì)或SO42-，實(shí)現(xiàn)了含硫臭氣的去除。

長期以來，抗生素在養(yǎng)殖業(yè)中應(yīng)用普遍，并隨著禽畜的排泄物對土壤和環(huán)境造成了二次污染。CM復(fù)合微生物菌劑中的假單胞菌類、光合菌類、酵母菌類和芽孢桿菌類等組成成分，通過高溫發(fā)酵可對畜禽廢棄物中的頭孢類、阿維菌素、紅霉素、四環(huán)素、金霉素和土霉素等常用抗生素進(jìn)行生物降解，去除抗生素藥物殘留，保護(hù)環(huán)境。

研究發(fā)現(xiàn)，用CM復(fù)合微生物菌劑長時(shí)間參與糞水處理過程后，反應(yīng)堆中菌群及物質(zhì)中擬桿菌、毛螺旋菌、梭菌、真桿菌屬等產(chǎn)生惡臭及動物疾病的菌落逐漸減少，芽孢桿菌屬等部分有益菌群的比例大幅上升。在微生物巢經(jīng)過3個(gè)月持續(xù)應(yīng)用后，墊料水分維持在70%左右，pH值為7，為微生物活性保持提供了保障。同時(shí)，由于碳含量下降，反應(yīng)堆的墊料木質(zhì)素含量升高，利于粉碎制粒，是生產(chǎn)有機(jī)肥的優(yōu)質(zhì)原料。

CM復(fù)合微生物菌劑作為養(yǎng)殖場的生物除臭劑，不僅綠色環(huán)保、處理功效高、適應(yīng)性廣、針對性強(qiáng)，且治理成本較物理、化學(xué)方法低60%～70%，再加上極易操作，還可化害為益，在糞便無害化處理的同時(shí)進(jìn)行肥料化，糞污處理從高投入低產(chǎn)出轉(zhuǎn)變?yōu)榈屯度敫弋a(chǎn)出，徹底顛覆了傳統(tǒng)，有利于養(yǎng)殖業(yè)污染物的資源化利用，促進(jìn)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展。目前該項(xiàng)成果已與當(dāng)?shù)囟嗉移髽I(yè)合作予以推廣實(shí)施，部分產(chǎn)品已進(jìn)入生產(chǎn)研發(fā)和市場推廣階段。

2020年是全面建成小康社會目標(biāo)實(shí)現(xiàn)之年。為扎實(shí)推進(jìn)質(zhì)量興農(nóng)、綠色興農(nóng)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2020年3月印發(fā)《2020年農(nóng)業(yè)農(nóng)村綠色發(fā)展工作要點(diǎn)》的通知。張友明團(tuán)隊(duì)在微生技術(shù)領(lǐng)域的研究和創(chuàng)新，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)雙減和綠色產(chǎn)業(yè)提供了強(qiáng)大的科技支撐。

任重道遠(yuǎn)，積極推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研建設(shè)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)融合發(fā)展

張友明教授作為山東大學(xué)學(xué)術(shù)帶頭人和微生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的領(lǐng)導(dǎo)，從來不止步于科研路上的個(gè)人成就，他務(wù)實(shí)而心系民生，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)長期致力于科技成果轉(zhuǎn)化工作，并適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要，結(jié)合當(dāng)?shù)氐馁Y源環(huán)境及行業(yè)發(fā)展所需要突破的關(guān)鍵技術(shù)問題，扎實(shí)推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研建設(shè)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)融合發(fā)展之路。

他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“新型固氮?dú)⑾x殺菌微生物菌劑生產(chǎn)工藝”項(xiàng)目2020年初試生產(chǎn)獲得成功，是其踐行“校地企”三方合作的突破性進(jìn)展和標(biāo)志性產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目;團(tuán)隊(duì)與青島易邦生物公司合作研發(fā)的非洲豬瘟載體疫苗項(xiàng)目，被列為山東省自然科學(xué)基金重大基礎(chǔ)研究;團(tuán)隊(duì)成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目“共生復(fù)合微生物（CMA）在城市污水處理中污泥減量化技術(shù)”則為國內(nèi)首創(chuàng)并達(dá)到國際先進(jìn)水平……

如何將團(tuán)隊(duì)諸多已成熟的科研成果盡快轉(zhuǎn)化實(shí)施，運(yùn)用于相關(guān)產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展以及服務(wù)于百姓健康生活的需求中來，成為張教授多年來不懈求索、攻關(guān)克堅(jiān)所面臨的重要挑戰(zhàn)。

為了建立成熟的成果轉(zhuǎn)化生態(tài)系統(tǒng)，切實(shí)實(shí)現(xiàn)科研創(chuàng)新服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的戰(zhàn)略大局，張友明教授未曾有一刻松懈，科研之余更多的精力投入到探索和推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研和創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)上來。在他的努力下，山東大學(xué)微生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與青島啤酒、華為、華大基因、魯抗等行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)在基因測序、生物信息和健康大數(shù)據(jù)等方面開展深入的產(chǎn)學(xué)研合作;面對當(dāng)前新冠病毒常態(tài)化的嚴(yán)峻形勢，他迎難而上，積極與當(dāng)?shù)卣疁贤ê献鳎I建惠及百姓健康福祉的“國家微生物技術(shù)創(chuàng)新中心”和用于病原微生物包括新冠病毒研究的“三級安全實(shí)驗(yàn)室”建設(shè);積極推動投資達(dá)10億元、用于小分子藥物及健康產(chǎn)品研發(fā)的生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)中試基地建設(shè)和投資13億元的細(xì)胞醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目建設(shè);推動建立了聚焦健康產(chǎn)業(yè)與綠色制造產(chǎn)業(yè)的青島國際海洋合成生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園以及聚焦科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新相融合的青島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合體等10多個(gè)產(chǎn)學(xué)研合作平臺項(xiàng)目。

作為留學(xué)海外多年的學(xué)者，他深知我們在科研成果轉(zhuǎn)化、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)融合發(fā)展方面與海外發(fā)達(dá)國家間存在的差距，回國后，積極致力于推動國際合作和國際化建設(shè)的進(jìn)程。他的科研團(tuán)隊(duì)與德國亥姆霍茲聯(lián)合會Rolf Müller院士團(tuán)隊(duì)長期保持密切合作，在雙方長期合作和共同努力下，團(tuán)隊(duì)在微生物基因組編輯技術(shù)領(lǐng)域多年來保持獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢和創(chuàng)新特色。雙方合作成果包括山東大學(xué)—亥姆霍茲生物技術(shù)研究所（簡稱“SHIB”研究所）、微生物基因組工程學(xué)科創(chuàng)新引智基地以及亥姆霍茲國際實(shí)驗(yàn)室等國際合作平臺的建立。這些國際合作平臺坐落于藍(lán)色硅谷核心區(qū)，嶗山北麓、黃海之濱、鰲山灣畔，周邊有百余所高校院所、國家重大科研平臺及各類科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺，是進(jìn)行科學(xué)研究、成果轉(zhuǎn)化和孵化的理想場所，也是微生物領(lǐng)域中德科技合作和國際化建設(shè)的典范。同時(shí)，這些合作平臺和產(chǎn)業(yè)園的建設(shè)，順應(yīng)了時(shí)代和國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要，創(chuàng)造了更多的就業(yè)機(jī)會，有利于引導(dǎo)一批重大科技創(chuàng)新項(xiàng)目應(yīng)用于生物、醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型升級，提升我國生物技術(shù)新興產(chǎn)業(yè)在目前發(fā)展中的競爭力。

農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展事關(guān)國家食物安全、資源安全和生態(tài)安全，事關(guān)美麗中國建設(shè)，事關(guān)當(dāng)代人福祉和子孫后代永續(xù)發(fā)展。以微生物技術(shù)創(chuàng)新為龍頭，促進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展，大有潛力可挖。

科技創(chuàng)新服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人民健康需求是時(shí)代發(fā)展的必然，也是國家的戰(zhàn)略發(fā)展需要，張友明教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在時(shí)代賦予的機(jī)遇面前，迎難而上，勇于創(chuàng)新，不負(fù)使命，展示了一位齊魯學(xué)者心懷民生的家國擔(dān)當(dāng)。