微生物也有大作为

实验室内，科研人员正在筛选菌种。高杲摄

提高养分利用率
改善土壤环境
化肥少用20%
作物增产10%

□四川日报全媒体记者 高杲
　　6月18日上午，中国科学院成都生物研究所（以下简称“成都生物所”）研究员闫志英早早来到办公室，办公桌上放着一箱红彤彤的小番茄。这些小番茄采摘自几十公里外的试验田，不仅汁水丰沛、口感清甜，且亩产也大幅提升。
　　小番茄实现增效增产，得益于由微生物合成的聚谷氨酸。这种物质经发酵形成高分子材料，能提高养分利用率，改善土壤环境，促进作物健康生长。
　　近年来，闫志英团队致力于将聚谷氨酸从实验室推向生产线，不仅形成了其在农业种植的施用技术，还接连攻克产品稳定性、工艺可放大性、投入产出比等核心难题，推动其规模化生产。

从田间到实验室 由微生物入手，为土壤寻找“减肥术”
　　闫志英与聚谷氨酸的故事，要追溯到10多年前。当时，闫志英在田间调研时发现，为提升作物产量，农户往往过度施肥，化肥利用率偏低，这不仅导致土壤板结、地力下降，作物病害也愈发频繁。
　　“化肥是粮食的‘粮食’，可喂多了，土壤反而会‘消化不良’。”他由此萌生了一个想法：能否用微生物制剂增强化学肥料功效，在保证产量的同时，减少化肥用量？
　　为给土壤寻找有效的“减肥术”，闫志英尝试了羧甲基纤维素、海藻酸、果胶等多种物质，但效果均不理想。究其原因，是这些增效剂各有“短板”——有的保肥尚可，但保水不足；有的保肥保水不错，却不易溶解。
　　几经寻觅，闫志英将目光锁定在聚谷氨酸上。这种物质不仅保水保肥性能优异，能阻止营养元素沉淀，帮土壤锁住养分，还具备生物可降解性，不会给周边环境带来额外负担。
　　但问题随之而来：聚谷氨酸在自然界中仅存在于水母、纳豆等中，再加上制备技术不成熟，大量获取极为困难，要实现大规模应用，必须依靠生物合成。
　　生物合成的第一步，是要培育优质菌种。“菌种是生物制造产业的‘芯片’，决定最终效果。”团队成员之一、成都生物所副研究员姬高升介绍，他们先从自然界中筛选出能够产出目标产物的微生物，再对筛选出的菌种进行诱变、改造，提升其“工作能力”。
　　通过自然选育、高效诱变和定向改造，目前，团队已建成含100多株合成菌株的资源库。“这些不同菌株适配不同生产和应用场景，可以‘对症下药’。”
　　有了优质菌种，第二步是发酵放大。在成都生物所实验室内，一排排透明瓶罐整齐排列，罐中淡黄色液体不断冒出细密气泡。“这是菌种在生长繁衍。”姬高升说，发酵放大，就是让微生物数量增多，从“单兵作战”变为“群体作业”。
　　养微生物的过程就像养小孩，越了解它的脾性，效率越高。在实验室内，记者看到，工作人员精心搭配“食谱”，助力其“长得更快”。同时，还手动改造小试发酵罐，实时监测生长状态，让它们“长得更好”。
　　有了足量的聚谷氨酸，团队在此基础上形成了应用于农业生产的聚谷氨酸肥料增效剂。
　　“我们在实验室进行了小盆栽试验，对比发现，在同等的种植条件下，使用聚谷氨酸增效剂的作物，普遍增产10%。”闫志英说，这次试验，让团队看到了聚谷氨酸的应用价值，也坚定了产业化的决心。

从实验室到田间 规模化应用，还需迈过两道坎
　　2020年，在一次会议上，闫志英结识了化工企业的一位负责人，随后双方启动了γ-聚谷氨酸项目，助力聚谷氨酸产业化。“企业想转型进军生物制造领域，我们也需要合作伙伴，于是一拍即合。”闫志英说。
　　然而从实验室走向大田，道路远比想象中更为崎岖。
　　第一道坎是量产。“从几十毫升的实验室样品到几吨生产线产品，难度呈指数级增长。”成都生物所助理研究员许力山举例子说，为保证微生物生长，需要给它们补料，实验室可以精确到每秒流加，但生产中无法如此操作。
　　事实上，从筛选、培育，到发酵放大等，每个环节中的调整都可能使入罐的微生物“水土不服”。一些原本在实验室表现良好的菌种，到了生产线表现大幅下滑。
　　“我们进行了几年的摸索。”合作企业技术中心主任廖益说，他们根据以往数据，通过梯度试验反复试验，最终确定了菌种、配方和流程，形成了规范标准的操作模式。“这些改进优化，为工业化生产奠定了基础。”
　　第二道坎是成本。“聚谷氨酸比较挑食，有自己的‘偏好’和‘产地’。”姬高升讲到一件趣事：豆粕是微生物的“口粮”之一，但只要一换产品或者供应商，聚谷氨酸的表现便不一样，这让采购部门头疼不已。“它虽然不会思考，但爱吃啥自己晓得，这倒逼着我们精进工艺。”
　　2025年初，闫志英团队和企业合作建设的微生物发酵基地试生产成功，这是西南地区最大的微生物发酵基地，每年将生产超万吨的聚谷氨酸。此外，团队还奔赴山西、陕西、内蒙古等地，进行应用推广。
　　“从几个地方的表现来看，作物普遍能增产10%左右。”姬高升算了一笔账：如果一亩田种植经济作物的收益在5000元，增产10%就会增加500元收入，而增效剂的支出费用仅为30—50元。此外，增效剂还能减少使用约20%的化肥，支出费用进一步降低。
　　除了能用，还要让产品更好用。闫志英一方面带领团队，针对不同肥料生产工艺和作物生育特性，发明禾谷类、茄果类、叶菜类等专用型聚谷氨酸新型肥料产品；另一方面，积极开展应用机理研究，将其运用到土壤修复、水处理等多个领域，持续拓展应用场景，探索更多的可能性。