左側兩張圖為伊快霉素對經(jīng)濟作物灰霉病的田間防效圖，右側兩張圖為未使用伊快霉素的對照組圖片。

　　

 

　　不同糖類(lèi)發(fā)酵生產(chǎn)伊快霉素實(shí)驗圖。本文配圖均由受訪(fǎng)者提供

　　果園里賣(mài)不出去的橘子被扔掉，超市里賣(mài)相不佳的蘋(píng)果被丟棄，水果加工廠(chǎng)的下腳料堆積成山……這些富含糖分、維生素和礦物質(zhì)的廢棄水果，常因腐爛變質(zhì)成為環(huán)境負擔。在全球范圍內，每年有大量水果被浪費、損耗。

　　然而，在中國農業(yè)科學(xué)院煙草研究所，科學(xué)家們成功將這類(lèi)看似無(wú)用的廢棄水果，通過(guò)發(fā)酵轉化成守護植物健康的“生物農藥”——天然抗菌物質(zhì)伊快霉素。這項發(fā)表在《工業(yè)作物與產(chǎn)品》的成果，不僅為解決水果浪費難題提供了新思路，更開(kāi)創(chuàng )了綠色農藥生產(chǎn)的新路徑。

　　一個(gè)奇思妙想的誕生

　　故事還得從實(shí)驗室的一次研究發(fā)現說(shuō)起。

　　“我們在研究中發(fā)現，木賊鐮刀菌D39發(fā)酵產(chǎn)生的伊快霉素對多種植物病原真菌有顯著(zhù)抑制作用，并且固體發(fā)酵產(chǎn)量很大，具備產(chǎn)業(yè)化的前景。”團隊成員趙棟霖介紹，這令研究人員驚喜不已。

　　研究團隊在后續準備田間試驗的時(shí)候發(fā)現，運用固體發(fā)酵提取工藝復雜，難以進(jìn)行大規模生產(chǎn)。液體發(fā)酵，作為工業(yè)化更常見(jiàn)的方法，自然成了團隊的下一個(gè)嘗試。問(wèn)題隨之而來(lái)——液體發(fā)酵需要大量碳源，比如葡萄糖、果糖，而這些原材料成本不低。

　　這時(shí)，一個(gè)大膽的設想冒了出來(lái)——

　　“水果中不就含有豐富的糖類(lèi)物質(zhì)?是否可以用廢棄水果提取液作為發(fā)酵原料，來(lái)生產(chǎn)伊快霉素?”

　　說(shuō)干就干，研究人員從最常見(jiàn)的廢棄水果——蘋(píng)果入手。他們提取了廢棄蘋(píng)果中的糖類(lèi)和淀粉，制成蘋(píng)果提取液，嘗試替代傳統的液體培養基進(jìn)行微生物發(fā)酵。

　　實(shí)驗證明，當這些“天然營(yíng)養液”加入發(fā)酵罐后，木賊鐮刀菌D39如同獲得“能量補給”，生產(chǎn)伊快霉素的效率大幅提升。數據顯示，使用廢棄蘋(píng)果提取液作為培養基時(shí)，伊快霉素產(chǎn)量達到20.8毫克/升，不僅接近傳統培養基的產(chǎn)量，更將原料成本降低了60% 以上。這種“變廢為寶”的模式，讓每噸廢棄水果都能轉化為具有經(jīng)濟價(jià)值的生物農藥原料。

　　為什么廢棄蘋(píng)果提取液能高效促進(jìn)伊快霉素生產(chǎn)?科學(xué)家們揭開(kāi)了其中的奧秘——提取液中的果糖和淀粉扮演了關(guān)鍵角色。

　　據團隊負責人張成省介紹，果糖能直接參與微生物代謝，不僅提供了發(fā)酵所需的能量和碳源，還能激活伊快霉素合成途徑中關(guān)鍵酶的活性，提升合成效率;而淀粉則是伊快霉素合成過(guò)程中不可缺少的原料，確保整個(gè)生物合成順利進(jìn)行。

　　有趣的是，實(shí)驗發(fā)現，并非所有糖類(lèi)都能促進(jìn)伊快霉素生產(chǎn)，例如，蔗糖反而會(huì )抑制其合成——這可能是因為蔗糖的代謝路徑與伊快霉素合成存在“資源競爭”。這種選擇性代謝的發(fā)現，為優(yōu)化發(fā)酵工藝提供了精準方向。

　　實(shí)現環(huán)保與經(jīng)濟雙重效益

　　伊快霉素之所以讓人如此期待，不僅是因為它來(lái)源天然、產(chǎn)量可觀(guān)，更因為它擁有目前化學(xué)農藥所不具備的新特性。

　　趙棟霖介紹，伊快霉素可以直接由微生物發(fā)酵獲得，不必經(jīng)過(guò)復雜的化學(xué)合成和結構修飾等，因此在成本和環(huán)保等方面具有顯著(zhù)的優(yōu)勢。同時(shí)，伊快霉素從結構上屬于聚酮合酶—非核糖體肽類(lèi)化合物，“目前的殺菌劑沒(méi)有這類(lèi)結構，我們也通過(guò)研究發(fā)現這類(lèi)化合物具有全新的抗菌靶點(diǎn)，因此不會(huì )具有抗藥性。”趙棟霖說(shuō)。

　　這項研究的意義并不止于廢棄水果利用。據團隊首席科學(xué)家李義強介紹，目前，伊快霉素已在葡萄和煙草灰霉病、小麥赤霉病、稻瘟病等作物病害防治中展現出良好效果，田間試驗顯示其對部分病害防效可達70%以上，接近化學(xué)農藥水平。更為重要的是，該研究將食品加工過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物作為發(fā)酵底料，既有利于資源循環(huán)利用，也顯著(zhù)降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現了環(huán)保與經(jīng)濟效益的雙重提升。

　　“它可能成為一個(gè)全新靶標的天然產(chǎn)物農藥。”李義強說(shuō)，“目前天然產(chǎn)物農藥大多是經(jīng)過(guò)化學(xué)結構修飾后的產(chǎn)物，而伊快霉素可直接通過(guò)微生物發(fā)酵，并具有不同于現有殺菌劑的新型靶標。近年來(lái)，我國涌現了幾十種新穎的綠色農藥，已成為世界上為數不多的具有新農藥創(chuàng )制能力的國家，但在原創(chuàng )性分子和靶標研究方面，我國仍有落后之處。如果伊快霉素能被推廣，能夠減少生產(chǎn)中的環(huán)境污染，降低農藥殘留，推進(jìn)化學(xué)農藥減量增效。新靶標農藥屬于新質(zhì)生產(chǎn)力，能夠提升我國在國際上新農藥創(chuàng )制的地位，增強國際競爭力。”

　　翻過(guò)科研路上“兩座大山”

　　科研從來(lái)不是坦途，而是一次次與未知的較量。

　　回憶起這項研究的過(guò)程，團隊成員感慨最多的，是兩座“攔路大山”。

　　第一座山，是伊快霉素本身的復雜結構。它并不是一種單一的化合物，而是一群差向異構體的“大家族”。要想逐個(gè)拆解、分離、純化這些成員，不僅耗時(shí)耗力，而且對設備和技術(shù)要求極高。

　　“后來(lái)我們換了個(gè)思路。”有成員回憶道，“與其一味追求分離每一種單體，不如先看看這個(gè)‘組合拳’在田間是不是有效。”于是，他們放棄了對單一結構的執念，轉向探索整個(gè)混合物的生物活性。這一策略的調整，成為推動(dòng)進(jìn)程的重要一步。

　　第二座山，則是對伊快霉素作用機制的研究。作為一種全新靶點(diǎn)的殺菌劑，它不像傳統農藥那樣，能輕松找到“它攻擊的是哪個(gè)部位”。團隊不得不在蛋白表達、結構建模、靶標篩選等多個(gè)環(huán)節中反復試錯，每一步都仿佛在黑暗中摸索。

　　“幸運的是，我們不是孤軍奮戰。”張成省說(shuō)，“我們團隊在菌株篩選、發(fā)酵優(yōu)化、生物合成調控、結構挖掘、靶標解析和效果評價(jià)等方面都有明確的分工，遇到困難不斷求助相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家。很多專(zhuān)家也給予了我們很大幫助。”

　　研究團隊透露，他們正在與農藥企業(yè)合作，開(kāi)發(fā)伊快霉素的制劑產(chǎn)品。未來(lái)，果園修剪的殘次果、超市淘汰的水果，都可能成為生產(chǎn)生物農藥的原料，形成“水果種植—加工—廢棄物利用—農業(yè)保護”的閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。這種模式如果推廣開(kāi)來(lái)，預計每年可消化數百萬(wàn)噸廢棄水果，減少數千萬(wàn)噸碳排放，同時(shí)為農民提供更安全的植物保護選擇。