瞭望｜發(fā)掘微生物奧秘

若將我國每年四分之一的秸稈和林木生物質(zhì)用于生產(chǎn)食用菌，可生產(chǎn)蛋白約3150萬(wàn)噸，折合6億畝農田種植大豆所生產(chǎn)的蛋白

高質(zhì)量完成向微生物要熱量、要蛋白的重大戰略任務(wù)，需要著(zhù)力研發(fā)真菌源蛋白產(chǎn)品、合成型替代蛋白產(chǎn)品、服務(wù)動(dòng)植物生產(chǎn)的保障型產(chǎn)品

將微生物種業(yè)提升至與動(dòng)物、植物種業(yè)同等重要的地位

11月20日上午，甘肅省甘南藏族自治州，卓尼縣食用菌種植示范基地冬季羊肚菌開(kāi)播儀式在木耳鎮納尼村舉行。種植戶(hù)撒下第一把菌絲，標志著(zhù)卓尼縣2022年冬季羊肚菌正式開(kāi)播。

2022年，卓尼縣食用菌種植示范基地計劃種植羊肚菌160座大棚，帶動(dòng)全縣有條件、有意愿的農牧戶(hù)發(fā)展食用菌產(chǎn)業(yè)，拓寬農牧民增收渠道，增加農牧民收入。

目前，包括羊肚菌在內的我國食用菌鮮品產(chǎn)量達4061萬(wàn)噸，可提供約140萬(wàn)噸優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，相當于350萬(wàn)噸大豆，總產(chǎn)值達3466億元。

食用菌是微生物食品中的重要一類(lèi)。此外，華中農業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授姜道宏、華中農業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授彭楠等專(zhuān)家認為，開(kāi)發(fā)利用真菌源蛋白、合成型替代蛋白等微生物食品，是近年來(lái)全球農業(yè)科技競爭的重要領(lǐng)域。隨著(zhù)我國微生物理論與技術(shù)進(jìn)步，向微生物要熱量、要蛋白前景廣闊。

變農林廢棄物為食物

微生物生長(cháng)快、易于培養、所需生產(chǎn)空間小、蛋白含量高，可將農作物秸稈和林木生物質(zhì)等農林廢棄物轉化為食品。我國作物生物量大，農林廢棄物產(chǎn)量大，目前這些廢棄物缺少有效利用途徑。中國熱科院生態(tài)循環(huán)農業(yè)團隊給出了答案：“吃”是最簡(jiǎn)單直接有效的處理方式。

中國熱科院生態(tài)循環(huán)農業(yè)團隊圍繞“吃”的技術(shù)問(wèn)題，將問(wèn)題進(jìn)一步分解為誰(shuí)來(lái)吃、怎么吃來(lái)解決。誰(shuí)來(lái)吃？食藥用菌是高效分解利用木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)的大型真菌，可以高效“吃”掉秸稈、木屑及園林廢棄物，可以提供高質(zhì)量的農產(chǎn)品。幾年來(lái)，該研究團隊先后篩選出豬肚菇、秀珍菇、赤靈芝等10個(gè)適宜海南栽培的中高溫型食藥用菌。

找到了菌種，還得解決怎么吃的技術(shù)問(wèn)題，即如何提高食藥用菌對廢棄物的轉化效率。該研究團隊制定了農林廢棄物特性評價(jià)－基質(zhì)配方優(yōu)化－栽培技術(shù)研發(fā)－循環(huán)模式構建的全鏈條解決方案。目前這一食用菌循環(huán)農業(yè)新模式已在海南省多縣進(jìn)行示范推廣，推動(dòng)了食用菌循環(huán)農業(yè)快速發(fā)展。

“若將我國每年四分之一的秸稈和林木生物質(zhì)用于生產(chǎn)食用菌，可生產(chǎn)蛋白約3150萬(wàn)噸，相當于7875萬(wàn)噸大豆的蛋白總量，折合6億畝農田種植大豆所生產(chǎn)的蛋白�！比A中農業(yè)大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院教授張露表示。

華中農業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授魏雪團認為，向微生物要食物，具有巨大研究?jì)r(jià)值和產(chǎn)業(yè)化潛力，也勢在必行。通過(guò)微生物細胞工廠(chǎng)合成蛋白質(zhì)主料及關(guān)鍵風(fēng)味、色澤、營(yíng)養配料，并采用特殊配方和工藝可獲得微生物合成型替代蛋白肉產(chǎn)品，是向微生物要食物的重要途徑，也是國際科技和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

魏雪團長(cháng)期專(zhuān)注食品級微生物細胞工廠(chǎng)研究，建立了國際前沿的食品級芽胞桿菌合成生物學(xué)技術(shù)體系。要用于食品生產(chǎn)，必須降低微生物自身的發(fā)酵臭味。2022年初，魏雪團團隊通過(guò)基因編輯技術(shù)敲除了芽胞桿菌的一系列臭味基因，獲得了低異味的芽胞桿菌宿主，并且意外發(fā)現敲除臭味基因可顯著(zhù)提高血紅素的產(chǎn)量，而血紅素是替代蛋白肉風(fēng)味和色澤的決定性因素。

“構建血紅素細胞工廠(chǎng)需要深入調控微生物細胞的代謝網(wǎng)絡(luò )。相信通過(guò)對微生物細胞工廠(chǎng)不斷深入的代謝改造，可以構建更加高效的血紅素細胞工廠(chǎng)，實(shí)現血紅素的工業(yè)化生產(chǎn)，解決替代蛋白肉產(chǎn)業(yè)的‘卡脖子’技術(shù)問(wèn)題�！蔽貉﹫F告訴記者。

全方位滲透食物鏈

隨著(zhù)微生物組學(xué)理論和技術(shù)的快速發(fā)展，基因編輯、合成生物學(xué)等新型技術(shù)和方法為人類(lèi)改造乃至創(chuàng )造新型微生物資源提供了可能，可定制化設計和合成人工微生物，包括微生物肥料、環(huán)境修復劑、益生菌劑等，開(kāi)發(fā)出更具營(yíng)養價(jià)值的微生物蛋白和食物。

彭楠說(shuō)，目前最具市場(chǎng)前景的方向是，研發(fā)真菌源蛋白產(chǎn)品、合成型替代蛋白產(chǎn)品、服務(wù)動(dòng)植物生產(chǎn)的保障型產(chǎn)品等。

真菌源蛋白產(chǎn)品。真菌生長(cháng)繁殖速度快，能將作物秸稈和林木生物質(zhì)等廢棄物轉化為蛋白和熱量，且生產(chǎn)蛋白的效率高于動(dòng)物。真菌源蛋白產(chǎn)品按用途可分為三類(lèi)：直接食用，包括香菇、平菇等食用菌，其干物質(zhì)的蛋白質(zhì)含量約占22%～42%，且能提供8種必需氨基酸，為優(yōu)質(zhì)蛋白；為合成“人造肉”和“人造奶”等人造食物提供蛋白原料；為畜禽等動(dòng)物飼養提供蛋白，替代植物蛋白。

微生物合成型替代蛋白產(chǎn)品。我國是動(dòng)物肉制品和奶制品生產(chǎn)和消費大國。傳統動(dòng)物養殖方式面臨資源超載、環(huán)境污染、疫病多發(fā)、投入產(chǎn)出比低等諸多壓力�；�于酵母、藻類(lèi)、芽孢桿菌等微生物細胞工廠(chǎng)，改善物質(zhì)、能量代謝效率及產(chǎn)物性能，合成蛋白質(zhì)主料及相關(guān)風(fēng)味、色澤、營(yíng)養配料，并采用特殊配方和工藝獲得的非動(dòng)物源替代蛋白食品，成為“低碳”蛋白。

保障動(dòng)植物生產(chǎn)的微生物投入品。主要為微生物農藥和微生物肥料，以及動(dòng)物疫苗和動(dòng)物益生菌。

淡水養殖是我國部分農村地區增收的重要途徑。一段時(shí)間以來(lái)，養殖戶(hù)通過(guò)大量投喂飼料實(shí)現增產(chǎn)，容易產(chǎn)生水體富營(yíng)養化。經(jīng)過(guò)多年研發(fā)，華中農業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院益生菌智造創(chuàng )新團隊研發(fā)的益生菌發(fā)酵飼料成套技術(shù)落戶(hù)淡水養殖大省湖北。

“我們團隊提出養殖就是養水。團隊與水產(chǎn)企業(yè)合作，以?xún)?yōu)選的凈水微生物改善水體，以益生菌發(fā)酵飼料的使用提高飼料利用率和改善水產(chǎn)動(dòng)物腸道健康，減少飼料投喂�！币嫔�菌智造創(chuàng )新團隊副教授趙述淼說(shuō)，益生菌發(fā)酵飼料成套技術(shù)實(shí)現了水環(huán)境改善和產(chǎn)量提高雙贏(yíng)，助力湖北農村致富增收。

加快微生物替代食品產(chǎn)業(yè)進(jìn)程

多位受訪(fǎng)專(zhuān)家認為，與動(dòng)植物種質(zhì)資源的研究相比，我國微生物資源開(kāi)發(fā)和利用可加大研究轉化力度。

“可以按照基礎研究+應用基礎研究+應用成果轉化三個(gè)層次，從平臺創(chuàng )新、專(zhuān)項攻關(guān)、人才引育、產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)等方面加強微生物科技創(chuàng )新�！比A中農業(yè)大學(xué)校長(cháng)李召虎建議在微生物領(lǐng)域謀劃布局國家實(shí)驗室。加快微生物領(lǐng)域具有前瞻性、戰略性國家重大科技基礎設施的建設，支撐微生物領(lǐng)域共性關(guān)鍵技術(shù)突破、原創(chuàng )性研究。