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和黄曲霉毒素干到底——油料院士25年缠斗小花生

2023-11-20   武汉晚报   阅读量:140

辽宁测产现场,李培武查看新采的花生。

测试新研制的黄曲霉毒素快速检测仪器。


李培武在田间给职工及研究生授课。

    黄曲霉毒素是迄今发现毒性最大、致癌力最强的一类真菌毒素,花生易受其污染霉变。1998年,一场变故,让中国农业科学院油料作物研究所时任副研究员李培武下定决心,要攻克黄曲霉毒素检测难题。

    25年来,他缠斗小花生,围绕测毒、减毒和花生固氮增产技术三大难题攻关。2019年他当选为中国工程院院士后,战斗仍在继续。

     一条欧洲人修订的黄曲霉毒素限量标准,让中国花生产业险遭灭顶之灾

    1998年,我国加入世贸组织谈判最艰难的时刻,欧洲一夜之间把黄曲霉毒素限量标准从原来的20ppb(浓度单位,代表十亿分之一)提升到2ppb。当时的国际花生贸易中,中国占40%的份额。“这就是典型的技术性贸易壁垒,或者叫绿色壁垒,对中国的花生产业来说可能会造成灭顶之灾。”李培武回忆,“很多装船出海的花生还没来得及靠岸,就变成垃圾,只能倾倒到海里。”

    严苛的限量标准面前,我国原来常用的检测技术难以满足需求,能达到要求的检测设备又严重依赖进口。“花生是大宗油料作物,油料所责无旁贷,我们下定决心攻克黄曲霉毒素检测问题。这不仅是为了国家农产品贸易、花生出口,更为提高农产品质量,保障人民生命健康。”

    第一关:测毒

    探索出国际上灵敏度最高的黄曲霉毒素检测方法

    1998年,李培武开始挑战黄曲霉毒素快速高灵敏检测方法。

    当时我国从花生里检测黄曲霉毒素,主要使用半粒法或薄板层析法,这两种方法效率低、精度差。高效液相色谱仪检测的灵敏度高,但大型仪器设备只能在专业实验室里操作,搬不到田间地头。

    李培武探索出一条全新路径:免疫层析检测方法。2012年,李培武团队研发出黄曲霉毒素第一代胶体金检测技术,两年后又研发出荧光检测技术,灵敏度达到0.002ppb,比欧盟标准提高了1000倍。“这也是当前国际上灵敏度最高的检测方法。”李培武说,与国外产品相比,这种检测技术成本降低75%,检出率提高50%。

    在油料所国家农业检测基准实验室(生物毒素)里,副研究员唐晓倩博士演示荧光检测仪的检测过程:将试纸样品垫放入样品杯中浸润反应5分钟后,插入检测仪器,几秒钟内数据就可以在手机上显现出来,并传至云端,实现全国各个产区黄曲霉毒素含量的实时监控。

    2015年,“农产品黄曲霉毒素靶向抗体创制与高灵敏检测技术”荣获国家技术发明奖二等奖。目前这一方法已经成为黄曲霉毒素快速筛查的主流技术。

    第二关:减毒

    上万种微生物组合中找出“以菌治菌”最佳搭档

    黄曲霉毒素被世卫组织列为Ⅰ类天然致癌物、一级致癌物。28.2%的肝癌发病与黄曲霉毒素直接相关。2013年,李培武开始集中精力攻关减毒问题。

    黄曲霉毒素污染来自哪里?从2009年到2019年,李培武团队每年对全国花生产区2000多份花生样品进行黄曲霉毒素污染程度监测及污染因素关联分析,发现黄曲霉毒素是生产花生的土壤里带来的。

    李培武选择了生物防治路径,即从对抗黄曲霉真菌的有益微生物里选择最佳组合,施放到土壤里遏制黄曲霉真菌的生长。这是源于低碳绿色高效发展理念下的知己知彼。

    生物防治要了解对手。油料所国家农业检测基准实验室有个(生物毒素)真菌毒素数据库,其负压实验室的冰柜里,收藏着3677株黄曲霉菌产毒株。这是李培武团队20多年翻遍了中国花生主产区,鉴定、分离出的黄曲霉菌产毒株,基本囊括了中国黄曲霉毒素的“家底”。

    生物防治还要找到“队友”。李培武团队对土壤、花生根系等进行分离鉴定,找到1667株能够拮抗黄曲霉菌的有益微生物。他们综合研究花生植株之间的互作关系,在1667种有益微生物中不停组配,从上万种配方中找出四五种“最佳拍档”,合力抗毒。直到2017年,他们配好的菌组在培养皿毒素抑制率达到80%以上。

    第三关:增产

    让花生出现根系超级结瘤,根密果多

    花生属豆科作物,但在自然状态下其根瘤数量少,固氮效率差,难以满足高质高效绿色生产需求。在黄曲霉毒素控制难题还没有完全破解时,2019年,李培武提出花生黄曲霉毒素土壤源头阻控与诱导结瘤固氮耦合研究思路,齐头并进两翼包抄,减毒、固氮同时研究。

    团队将在培养皿里能有效阻控黄曲霉毒素的菌组拿到花生地里去试去选,既考察黄曲霉毒素抑制情况,也观察根系结瘤情况。他们终于组配成主要由解淀粉酶芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌等几种土壤益生菌协同组合而成的微生物菌剂,生产应用中每亩只需将2至3公斤菌剂与作物底肥(种肥)混合施用即可。“我们将这项技术命名为ARC,A代表黄曲霉毒素控制,R是诱导结瘤固氮,C就是二者耦合同步实现。”李培武说。

    2021年9月21日下午,在辽宁阜新彰武县冯家镇冯家村试验点,李培武拔起一株花生,看到了一直心心念念的东西:花生的根系超级结瘤现象。他用手机近距离拍下照片放大看,满屏都是大如指甲盖、小如米粒的根瘤,“这是我亲手拍到的第一张”。

    2023年8月24日,在湖北襄阳,襄州区金太阳土地种植专业合作社的万亩花生地里,地上苗齐苗壮,地下根密果多,李培武同样看到了根系超级结瘤现象。“这些密密麻麻的小颗粒就是根瘤菌固氮所结的瘤。ARC控毒固氮再次得到验证,从北到南都是有效果的。”

    金太阳合作社董事长马理则为花生的丰收喜悦:“果粒大又饱满,外皮还白净,是好花生。”他说,这么好的花生很受市场欢迎,预计每亩可多收入三五百元。

    2023年8月至今,李培武及其团队成员不断奔波在全国40个花生主产区示范点,验证ARC技术在大田的实施效果。最新测产数据表明:花生果黄曲霉产毒菌丰度降低60%以上,花生仁黄曲霉毒素污染水平下降了80%;花生根系普遍出现超级结瘤现象,根瘤数及固氮酶活性提高数倍至几十倍。全国花生高、中、低产田及盐碱地4类示范点平均增产19.67%。

    15年测毒,10年减毒,攻关减毒问题的同时用四五年研究耦合技术。回首缠斗小花生的25年,李培武说:“科研面向国家需求、农业产业需求之所在,个人的才智才能最好地发挥出来。”

    记者 周劼  通讯员 张惠雯