張友明：微生物技術助農業強，農民富，農村美

龐貝 鄭聲宇

農業綠色發展事關國家食物安全、資源安全和生態安全，事關美麗中國建設，事關當代人福祉和子孫后代永續發展。以微生物技術創新為龍頭，促進綠色農業發展，大有潛力可挖。

2015年，農業部正式啟動“減肥減藥”行動。

2017年，兩辦印發《關于創新體制機制推進農業綠色發展的意見》，指出“以綠水青山就是金山銀山理念為指引……全力構建人與自然和諧共生的農業發展新格局，推動形成綠色生產方式和生活方式，實現農業強、農民富、農村美……”

這些政策的出臺，源于我國農業資源環境在外源性污染和內源性污染的雙重壓力下，可持續發展的瓶頸約束越來越明顯;也基于我國消費者在滿足吃得飽、吃得好之后，轉向科學健康的飲食需求越來越迫切。

其實，現代高效農業發展至今，“減肥減藥”再也不是簡單做減法，它的底線是糧食“不減產”，目標是農業“增效益”。那么如何在做好減法的同時做好加法，守護好糧食安全底線，實現保供給與保生態的協調統一？

答案就是：依靠科技創新實現農業綠色發展。山東大學微生物技術國家重點實驗室主任張友明和他的團隊經過長期探索，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，其實它是一種農用微生物菌劑。20世紀40年代有機化學農藥發明之后，極大地增強了人類控制病蟲危害的能力。但是，長期大量使用有機合成化學農藥，帶來了環境污染、生態平衡破壞和食品安全等一系列問題。

農用微生物菌劑作為新型肥料，能分解土壤養分、刺激作物生長、提高土壤養分含量，還能夠產生多種生理活性物質、增強作物抗病和抗逆性、提高作物產量和品質，在農業生產中應用普遍。

張友明，山東大學微生物技術國家重點實驗室主任、微生物技術研究院院長，山東大學-亥姆霍茲生物技術研究所中方所所長。研究領域為微生物基因組編輯和天然藥物生物合成。近五年其團隊負責的省部級以上科研項目50余項，其中國家級項目23項，發表SCI論文120余篇。2018、2019連續兩年被評為“愛思唯爾中國高被引學者”。2019年，被授予“歐洲科學院院士”。

他開辟了腫瘤血管形成和抑制的新領域，首創Red/ET 微生物基因組編輯技術;獲批國際國內專利10多項;建立的大片段DNA直接克隆、多片段組裝、質粒/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藥公司和數百家科研機構得到應用;利用Red/ET改造具有腫瘤靶向定植特性的益生細菌以表達抗腫瘤藥物和進行動物活體驗證為國內首創。

作為微生物技術領域的專家，張友明介紹，農用微生物菌劑指的是用于農作物種植業、畜禽飼養業、水產養殖業及農業有機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：調節動物、植物的微生態平衡，減少疾病;提高植物養分、動物營養的吸收能力，促進生長;加快有機物分解轉化，清潔環境，凈化水體等。

熒光假單胞菌屬于假單胞菌屬，能產生活性分子、水解酶等代謝產物，可促進植物生長并抑制植物病害。張友明團隊通過對植物根際促生菌熒光假單胞菌種進行定向遺傳改造和人工育種，導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，實現了化肥農藥雙減施，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藥的殺菌劑范疇，經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，可產生多種活性分子有效治療植物真菌、細菌，并可以有效防蟲害，抗植物病毒病害。團隊實驗數據表明，改造后其殺菌性提高了5倍左右，該成果已申請并獲相關發明專利授權。

現階段，熒光假單胞菌一般多用于生物農藥，用于生物肥料并不突出。張友明團隊研發的熒光假單胞菌工程菌由于進行了改良和優化，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，效果十分顯著。農民使用這種產品，只需要花費以往農藥藥劑的成本，就可以收獲農藥和化肥的雙重功效。減肥減藥的同時，為農民帶來了看得見的實惠。此外，高濃度的菌劑還可作為土壤修復劑，在連作障礙嚴重的地區使用，可抵制有害菌生長，減少病菌積累，提高根系活力，增強農作物抗性，提高產量。

張友明團隊就該項科研成果已與禹城市農藥廠、山東省農藥科學研究院和中國化工集團合作共同開發，產品已申報農藥登記證。目前項目已落地實施，并與青島德馨生物科技有限公司合作進行產品的生產和市場推廣工作。

CM復合微生物菌劑助綠色養殖

針對養殖業伴生的環境污染問題，團隊研發出CM復合微生物菌劑，可以作為生物除臭劑和堆肥調理劑使用，既可降低成本，又具有抑制有害菌、凈化環境、降解抗生素、提高產量等多重功效。

“禽流感”“非洲豬瘟”等疫病的發生，加大了養殖業風險，也提高了養殖業的準入門檻，造成了肉蛋奶的漲價風潮，影響民生和食品安全。

CM復合微生物菌劑通過成分中乳酸菌和放線菌的相互配合，產生很強的殺菌能力，能有效抑制和殺死病原微生物、腐敗菌和致病菌，避免養殖廢棄物對禽畜、作業人員和環境的危害。同時，菌劑還可生物除臭，凈化環境。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質轉化為離子化合物，抑制氨氣的揮發;菌劑中獨有的固氮型假單胞菌類，可以把空氣中的氮氣轉變為銨的形式積累到反應堆中，長期應用可明顯降低飼養環境中的氨氣、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;菌劑中的光合細菌能在厭氧光照或好氧黑暗條件下進行光合作用，同時硫氧化菌能夠將硫化物或低價態硫的有機物氧化為S單質或SO42-，實現了含硫臭氣的去除。

長期以來，抗生素在養殖業中應用普遍，并隨著禽畜的排泄物對土壤和環境造成了二次污染。CM復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，通過高溫發酵可對畜禽廢棄物中的頭孢類、阿維菌素、紅霉素、四環素、金霉素和土霉素等常用抗生素進行生物降解，去除抗生素藥物殘留，保護環境。

研究發現，用CM復合微生物菌劑長時間參與糞水處理過程后，反應堆中菌群及物質中擬桿菌、毛螺旋菌、梭菌、真桿菌屬等產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。在微生物巢經過3個月持續應用后，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，由于碳含量下降，反應堆的墊料木質素含量升高，利于粉碎制粒，是生產有機肥的優質原料。

CM復合微生物菌劑作為養殖場的生物除臭劑，不僅綠色環保、處理功效高、適應性廣、針對性強，且治理成本較物理、化學方法低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進行肥料化，糞污處理從高投入低產出轉變為低投入高產出，徹底顛覆了傳統，有利于養殖業污染物的資源化利用，促進循環農業發展。目前該項成果已與當地多家企業合作予以推廣實施，部分產品已進入生產研發和市場推廣階段。

2020年是全面建成小康社會目標實現之年。為扎實推進質量興農、綠色興農，農業農村部2020年3月印發《2020年農業農村綠色發展工作要點》的通知。張友明團隊在微生技術領域的研究和創新，為實現農業雙減和綠色產業提供了強大的科技支撐。

任重道遠，積極推進產學研建設和創新創業融合發展

張友明教授作為山東大學學術帶頭人和微生物技術國家重點實驗室的領導，從來不止步于科研路上的個人成就，他務實而心系民生，帶領團隊長期致力于科技成果轉化工作，并適應時代發展需要，結合當地的資源環境及行業發展所需要突破的關鍵技術問題，扎實推進產學研建設和創新創業融合發展之路。

他帶領團隊研發的“新型固氮殺蟲殺菌微生物菌劑生產工藝”項目2020年初試生產獲得成功，是其踐行“校地企”三方合作的突破性進展和標志性產業化項目;團隊與青島易邦生物公司合作研發的非洲豬瘟載體疫苗項目，被列為山東省自然科學基金重大基礎研究;團隊成果轉化項目“共生復合微生物（CMA）在城市污水處理中污泥減量化技術”則為國內首創并達到國際先進水平……

如何將團隊諸多已成熟的科研成果盡快轉化實施，運用于相關產業、經濟社會發展以及服務于百姓健康生活的需求中來，成為張教授多年來不懈求索、攻關克堅所面臨的重要挑戰。

為了建立成熟的成果轉化生態系統，切實實現科研創新服務于經濟社會發展的戰略大局，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產學研和創新生態系統建設上來。在他的努力下，山東大學微生物技術國家重點實驗室與青島啤酒、華為、華大基因、魯抗等行業領軍企業在基因測序、生物信息和健康大數據等方面開展深入的產學研合作;面對當前新冠病毒常態化的嚴峻形勢，他迎難而上，積極與當地政府溝通合作，籌建惠及百姓健康福祉的“國家微生物技術創新中心”和用于病原微生物包括新冠病毒研究的“三級安全實驗室”建設;積極推動投資達10億元、用于小分子藥物及健康產品研發的生物醫藥產業中試基地建設和投資13億元的細胞醫藥產業園項目建設;推動建立了聚焦健康產業與綠色制造產業的青島國際海洋合成生物醫藥產業園以及聚焦科技創新和產業創新相融合的青島藍色經濟區生物技術國家重點實驗室聯合體等10多個產學研合作平臺項目。

作為留學海外多年的學者，他深知我們在科研成果轉化、創新創業融合發展方面與海外發達國家間存在的差距，回國后，積極致力于推動國際合作和國際化建設的進程。他的科研團隊與德國亥姆霍茲聯合會Rolf Müller院士團隊長期保持密切合作，在雙方長期合作和共同努力下，團隊在微生物基因組編輯技術領域多年來保持獨特的技術優勢和創新特色。雙方合作成果包括山東大學—亥姆霍茲生物技術研究所（簡稱“SHIB”研究所）、微生物基因組工程學科創新引智基地以及亥姆霍茲國際實驗室等國際合作平臺的建立。這些國際合作平臺坐落于藍色硅谷核心區，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新創業平臺，是進行科學研究、成果轉化和孵化的理想場所，也是微生物領域中德科技合作和國際化建設的典范。同時，這些合作平臺和產業園的建設，順應了時代和國家戰略性新興產業的發展需要，創造了更多的就業機會，有利于引導一批重大科技創新項目應用于生物、醫藥等產業的綠色轉型升級，提升我國生物技術新興產業在目前發展中的競爭力。

農業綠色發展事關國家食物安全、資源安全和生態安全，事關美麗中國建設，事關當代人福祉和子孫后代永續發展。以微生物技術創新為龍頭，促進綠色農業發展，大有潛力可挖。

科技創新服務于經濟社會發展和人民健康需求是時代發展的必然，也是國家的戰略發展需要，張友明教授帶領團隊在時代賦予的機遇面前，迎難而上，勇于創新，不負使命，展示了一位齊魯學者心懷民生的家國擔當。