在8萬(wàn)米的高空、在1萬(wàn)米的深海,在2千米的地下……微生物無(wú)處不在且種類繁多,估算達(dá)上萬(wàn)億種,但其中99%未被我們認(rèn)識(shí)。 300年前,荷蘭科學(xué)家列文虎克第一次發(fā)現(xiàn)微生物,開啟了微生物研究、開發(fā)、利用的時(shí)代。植物、動(dòng)物、微生物三物循環(huán)利用,是農(nóng)業(yè)的本質(zhì)特征。現(xiàn)代科技的介入,使微生物的開發(fā)利用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)奇跡——看不見(jiàn)、摸不著的微生物,已被視為未來(lái)農(nóng)業(yè)的新風(fēng)口,對(duì)提升我國(guó)農(nóng)業(yè)科技核心競(jìng)爭(zhēng)力、保障國(guó)家糧食安全意義重大。 那么,微生物對(duì)未來(lái)農(nóng)業(yè)有多重要? 8個(gè)字:“無(wú)中生有,實(shí)現(xiàn)九增”。 文 | 劉奇 國(guó)務(wù)院參事室特約研究員,中央農(nóng)辦、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部專家咨詢委員會(huì)委員 編輯 | 李亞飛 瞭望智庫(kù) 本文為瞭望智庫(kù)原創(chuàng)文章,如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)?jiān)谖那白⒚鱽?lái)源瞭望智庫(kù)(zhczyj)及作者信息,否則將嚴(yán)格追究法律責(zé)任。 1 增鏈,拉長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈 隨著科技的發(fā)展,人類農(nóng)業(yè)已經(jīng)從傳統(tǒng)的中觀世界分別向宏觀世界和微觀世界延伸,在宏觀世界里探索太空種子、太空種養(yǎng)、火星地球化;在微觀世界里,開發(fā)利用微生物技術(shù)已經(jīng)形成“三料二品一劑”六大領(lǐng)域,即:微生物飼料、微生物肥料、微生物能源燃料、微生物食品、微生物藥品、微生物清潔劑。六大領(lǐng)域都能各自開發(fā)諸多產(chǎn)品,生成諸多新產(chǎn)業(yè),使農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條不斷拉長(zhǎng)、加寬、增厚。 當(dāng)前,這六大領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)已較為成熟。但是,由于公眾對(duì)微生物開發(fā)利用的認(rèn)知度不高,其不可估量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值、生態(tài)價(jià)值遠(yuǎn)未形成社會(huì)共識(shí)。總體上社會(huì)應(yīng)用面偏窄、開發(fā)深度偏低、效益偏小,微生物農(nóng)業(yè)開發(fā)潛力尚待下大功夫挖掘。 面向產(chǎn)業(yè)變革,微生物農(nóng)業(yè)一馬當(dāng)先。 2 增能,開發(fā)能源鏈 基辛格曾預(yù)言:誰(shuí)控制了石油,誰(shuí)就控制了所有國(guó)家;誰(shuí)控制了貨幣,誰(shuí)就控制了世界;誰(shuí)控制了糧食,誰(shuí)就控制了世界上所有的人。 但是,以石油為代表的的化石燃料污染環(huán)境且目前正在枯竭,解決經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展急劇增加的能源問(wèn)題,需要風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能、海洋能、微生物能多種清潔能源并舉,尤其微生物能源來(lái)源廣、成本低,幾乎不受地理因素影響,更具優(yōu)勢(shì)。 2022年3月28日,遼寧大連普蘭店區(qū)一家農(nóng)場(chǎng)內(nèi)工作人員加班生產(chǎn)微生物有機(jī)肥。圖|視覺(jué)中國(guó) 中國(guó)石化積極開展生物能源的探索和研究工作。日前,從我國(guó)首個(gè)以煉廠二氧化碳為碳源的石家莊煉化微藻養(yǎng)殖示范基地傳來(lái)好消息,煉廠廢氣養(yǎng)殖微藻獲得成功,微藻“吃”二氧化碳、“產(chǎn)”生物柴油將成為現(xiàn)實(shí)。通過(guò)生物吸收二氧化碳實(shí)現(xiàn)減排是煉油工業(yè)綠色發(fā)展的重要途徑。生物吸收二氧化碳是地球上最原始也是最有效的固碳方式,微藻作為可以進(jìn)行固碳的生物之一,具有光合效率高、繁殖快、適應(yīng)環(huán)境性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),其吸收二氧化碳能力相當(dāng)于森林的10至50倍??梢宰鳛樯锊裼偷幕A(chǔ)原料,從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。2011年,石油化工科學(xué)研究院與石家莊煉化合作,開展了“煉廠二氧化碳減排技術(shù)與產(chǎn)油微藻養(yǎng)殖技術(shù)開發(fā)”課題的研究,并在該企業(yè)建立了示范基地。技術(shù)人員通過(guò)藻種篩選、馴化、調(diào)整培養(yǎng)基配方、優(yōu)化養(yǎng)殖條件,成功實(shí)現(xiàn)了煉廠煙氣二氧化碳的產(chǎn)油微藻以及雨生紅球藻的高效養(yǎng)殖。石家莊煉化微藻養(yǎng)殖示范基地的建成,為煉廠二氧化碳減排與微藻生物能源技術(shù)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。 目前利用生物技術(shù)分解開發(fā)能源鏈,已形成生物柴油、燃料乙醇、沼氣、制氫等四大領(lǐng)域,其中沼氣利用在我國(guó)已有不少地方普及,生物質(zhì)燃料風(fēng)頭正勁。 利用微生物發(fā)酵技術(shù)將農(nóng)作物秸稈分解轉(zhuǎn)化為能源燃料的新技術(shù),已經(jīng)基本成熟,改變了以往化工工藝分解轉(zhuǎn)化、污染環(huán)境的弊端。 據(jù)測(cè)算,此項(xiàng)技術(shù)推廣后,僅農(nóng)作物秸桿就能為農(nóng)民每畝增收500元,并且構(gòu)建起一條鄉(xiāng)鎮(zhèn)初加工、企業(yè)出中間產(chǎn)品,再到轉(zhuǎn)化為燃料乙醇、紡織品、制藥等各類終端產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)體系,不斷拉長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈,提升價(jià)值鏈,拓展功能鏈。 美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家還利用微生物,將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料,為人類走出能源困境帶來(lái)了新希望。 面向能源革命,微生物農(nóng)業(yè)獨(dú)辟蹊徑。 3 增綠,打通循環(huán)鏈 在“三物”農(nóng)業(yè)中,微生物將植物秸稈、動(dòng)物糞便分解還原入土,一可清潔環(huán)境衛(wèi)生,把動(dòng)植物的殘?jiān)鼜U料包括人畜糞便收集利用,無(wú)疑是對(duì)生產(chǎn)生活環(huán)境的凈化。二可改良土壤,針對(duì)長(zhǎng)期過(guò)量施用化肥、農(nóng)藥等造成的土壤八大病“板、饞、貧、淺、酸、咸、臟、雜”,具有良好的修復(fù)作用,從根本上改變土壤性狀,改善農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境。 有研究表明,將微生物中的固氮菌使用到非豆科作物上(如水稻、蔬菜、果樹)等,不僅減少了化肥使用量,提高化肥利用率,減少了對(duì)環(huán)境的污染,維護(hù)了生態(tài)平衡,更使作物產(chǎn)量增長(zhǎng)5%~30%,并大大提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。三可構(gòu)建被石油農(nóng)業(yè)中斷的植物動(dòng)物微生物三物循環(huán)鏈,沒(méi)有微生物的參與,綠色農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)、循環(huán)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)都將是一句空話。 可見(jiàn),微生物是守護(hù)綠水青山的衛(wèi)士,是生態(tài)安全、糧食安全、食物安全的大功臣。美國(guó)的生物肥施用已占總用肥量的50%以上,我國(guó)僅10%左右。 中央提出推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,就是要全面貫徹綠色化發(fā)展的新理念,利用生物技術(shù)改良土壤,凈化水質(zhì),從源頭上保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。 面向生態(tài)文明,微生物農(nóng)業(yè)不辱使命。 4 增值,提升價(jià)值鏈 新材料、新能源和生物技術(shù)是現(xiàn)代三大前沿科技,生物技術(shù)已與生命科學(xué)融合,成為最受社會(huì)關(guān)注的“顯學(xué)”。日本從香菇中提取的名為“天地欣”的治癌藥物,每毫克已賣到1600多元。 以我國(guó)食用菌為例,改革開放以來(lái)產(chǎn)量增長(zhǎng)了700多倍,產(chǎn)值一躍成為繼蔬菜、谷物、水果、中藥材之后的第五大農(nóng)產(chǎn)品,如把中藥材中的靈芝、天麻、茯苓、蟲草等分離出來(lái)加到食用菌中,它已穩(wěn)居第四位。 聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織已將菌菇作為廣義的糧食,參評(píng)世界糧食英雄,被稱為“菌菇院士”的中國(guó)工程院院士、國(guó)際藥用菌學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、全國(guó)脫貧攻堅(jiān)楷模李玉也因此獲得“糧食英雄”稱號(hào)。 他概括食用菌具有五不爭(zhēng)的特性:不與人爭(zhēng)糧,不與糧爭(zhēng)地,不與地爭(zhēng)肥,不與農(nóng)爭(zhēng)時(shí),不與其他爭(zhēng)資源。 據(jù)李玉院士測(cè)算,1000萬(wàn)噸農(nóng)作物秸桿加上1000萬(wàn)噸牛糞,理論上可生產(chǎn)700萬(wàn)噸雙孢菇,即使打一下折,也可生產(chǎn)400萬(wàn)噸雙孢菇,即40萬(wàn)噸干菇,干菇蛋白質(zhì)含量按30%計(jì)算,也是相當(dāng)于生產(chǎn)出400萬(wàn)噸牛奶,或92萬(wàn)噸雞蛋,或60萬(wàn)噸肉類。 我國(guó)年產(chǎn)農(nóng)作物秸桿約9億噸,畜禽糞便38億噸,即使利用10%的農(nóng)作物秸桿加畜禽糞便生產(chǎn)食用菌,也是一個(gè)驚人的增值空間。 這僅為微生物“三料二品一劑”六大開發(fā)領(lǐng)域中的食品藥品,其他領(lǐng)域也可由此窺斑見(jiàn)豹。尤其值得關(guān)注的是,這一增值是無(wú)中生有的增值,是點(diǎn)草成金、點(diǎn)糞成金、點(diǎn)廢成金的增值,是在傳統(tǒng)三物循環(huán)利用基礎(chǔ)上的額外增值,增值后的廢料再還田作為肥料參與三物循環(huán),肥效不減,且能減少病蟲危害。 隨著微生物研發(fā)技術(shù)的深入,小蘑菇不僅正成為高檔保健品、高檔飲品、食品、藥品,還能成高檔的化妝品及紡織材料、裝飾材料、建筑材料。我國(guó)已成為世界上食用菌第一生產(chǎn)大國(guó)、消費(fèi)大國(guó),僅日產(chǎn)200噸以上的企業(yè)就有數(shù)十家。但種源短板嚴(yán)重制約發(fā)展,影響價(jià)值鏈的提升,如一瓶金針菇我們就要付日本3分錢的專利。 “中國(guó)菌物谷(合肥)”的問(wèn)世將為解決種源短板問(wèn)題做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。 【注:“中國(guó)菌物谷(合肥)”由合肥市人民政府與吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)合作共建,長(zhǎng)豐縣人民政府、吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)和玉隆高科三方共同實(shí)施,是國(guó)內(nèi)首個(gè)以菌物種業(yè)創(chuàng)新為引領(lǐng)的食(藥)用菌產(chǎn)業(yè)高地。 項(xiàng)目通過(guò)集聚合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心學(xué)科與產(chǎn)業(yè)政策優(yōu)勢(shì),瞄準(zhǔn)以食(藥)用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展為引領(lǐng)的菌物產(chǎn)業(yè)發(fā)展國(guó)際前沿,突破一系列食(藥)用菌產(chǎn)業(yè)核心共性關(guān)鍵技術(shù),把合肥食(藥)用菌產(chǎn)業(yè)打造成國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、高端產(chǎn)業(yè)聚集的高地,建立國(guó)內(nèi)首個(gè)菌物產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新集群,輻射帶動(dòng)長(zhǎng)三角和全國(guó)食(藥)用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 項(xiàng)目建設(shè)期限為5年,計(jì)劃總投資5億元,預(yù)計(jì)五年內(nèi)產(chǎn)值達(dá)到100億元?!? 在李玉院士的帶領(lǐng)下,全國(guó)業(yè)界精英集結(jié)合肥,將為菌物種源的研發(fā)、菌物生產(chǎn)的推廣、菌物加工的深化及菌物市場(chǎng)的開拓大顯身手,濃墨重彩書寫中國(guó)菌物事業(yè),為人類的大食物需求講好中國(guó)故事。 面向增效增值,微生物農(nóng)業(yè)前景無(wú)限。 5 增食物,拓展食物鏈 人類食用蕈菌的歷史悠久,食用菌是人類食物家族中的“老成員”,但今天它卻成了“新顯貴”,高檔盛宴,有“無(wú)菇不成席”的講究。 在大食物觀指導(dǎo)下,“一葷一素一菇”健康膳食結(jié)構(gòu)日益為人們所接受,越來(lái)越多的食用菌成為餐桌上的新顯貴,我國(guó)已公布115種食藥同源食物,珍稀食用菌如玉木耳、金耳、羊肚菌、蛹蟲草、紅托竹蓀等越來(lái)越受到歡迎和追捧。 目前,在已發(fā)現(xiàn)的2000多種食用菌中,有80多種可以人工栽培,近30種實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn),使人們的吃菇選擇更為多元豐富。 隨著老百姓食物需求更加多樣化,我們不光要向耕地草原森林海洋等平面空間要食物,還要向立體空間要食物;不光向看得見(jiàn)、摸得著的植物動(dòng)物要食物,還要向看不見(jiàn)、摸不著的微生物要食物,不斷拓展食物鏈,以更多更優(yōu)質(zhì)的蕈菇“菜糧”來(lái)滿足人民群眾舌尖上的幸福。 福建農(nóng)林大學(xué)林占熺團(tuán)隊(duì)在沙漠中種植菌草生產(chǎn)食用菌,中科院科學(xué)家利用二氧化碳生產(chǎn)淀粉,展示出微生物技術(shù)“無(wú)中生有”、增加食物來(lái)源的現(xiàn)實(shí)和未來(lái)圖景。 面向美食中國(guó),微生物農(nóng)業(yè)在老百姓的舌尖上出彩。 6 增空間,構(gòu)建多維鏈 食用菌喜潮濕陰暗環(huán)境,不需要陽(yáng)光,林下、草叢、荒灘荒地、防空洞都可生產(chǎn),不與糧爭(zhēng)地,不與其他農(nóng)作物爭(zhēng)空間。 紅極一時(shí)的電視劇《山海情》中講述了利用沙漠、荒山種植菌草發(fā)展食用菌,構(gòu)建了種草、養(yǎng)菌等多維產(chǎn)業(yè)鏈。歷史悠久的林下栽培、稻田種菇等,是食用菌立體種植、巧用空間的初始階段,隨著現(xiàn)代科技進(jìn)步,食用菌進(jìn)入立體化、工廠化、周年化階段。 李玉院士團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的智慧菇房,集成40余項(xiàng)專利技術(shù),既適用于大型工廠化菌菇生產(chǎn),又可以移動(dòng)方艙形式擺放于農(nóng)戶房前屋后和庭院、曬場(chǎng),實(shí)現(xiàn)智能化立體生產(chǎn)。 這種節(jié)地型智能設(shè)備,無(wú)異于增加了耕地空間資源。相較于糧食、油料、養(yǎng)殖和經(jīng)濟(jì)作物,食用菌立體化工廠化技術(shù)最為成熟,效益也最為可觀,是守護(hù)耕地紅線、藏糧于地的有效措施。 面向藏糧于地,微生物農(nóng)業(yè)憑空造“地”。 7 增健康,延長(zhǎng)生命鏈 在飲食領(lǐng)域,微生物食品是健康食品。食用菌生產(chǎn)不需要施用化肥農(nóng)藥,含有豐富的蛋白質(zhì)、菌類多糖、三萜和人體必需的氨基酸、維生素和多種礦物質(zhì),尤其蛋白質(zhì)含量超過(guò)魚肉禽蛋,高達(dá)19%-42%(除大豆外的糧食、水果、蔬菜蛋白質(zhì)含量均為個(gè)位數(shù)),一公斤干菇相當(dāng)于1.7公斤豬肉。 它又橫跨綠色食品和生命健康兩大領(lǐng)域,適應(yīng)了人們從“吃飽”到“吃好”、變“病從口入”為“病從口出”的高品質(zhì)生活需要。在醫(yī)療領(lǐng)域,生物技術(shù)是延長(zhǎng)人的生命鏈的利器。目前治療癌癥的四種途徑分別是手術(shù)、化療、放療和生物藥的靶向療法,有些癌癥應(yīng)用靶向治療效果頗佳,可完全治愈。 以基因工程藥物為主導(dǎo)的基因工程應(yīng)用產(chǎn)業(yè),現(xiàn)已成為全球發(fā)展最快的微生物藥物產(chǎn)業(yè)之一,發(fā)展前景非常廣闊。 據(jù)報(bào)道,專門用于治療腫瘤的生物藥“腫瘤基因?qū)棥睂⒃诓痪煤笸瓿裳兄? 它可有目的地尋找并殺死腫瘤,將使癌癥的治愈成為可能。 面向健康中國(guó),微生物農(nóng)業(yè)居功至偉。 8 增速度,加快產(chǎn)出鏈 1978年我國(guó)食用菌產(chǎn)量?jī)H5.7萬(wàn)噸,產(chǎn)值不足一億元,到2021年,產(chǎn)量已達(dá)4000多萬(wàn)噸,增長(zhǎng)700多倍;產(chǎn)值3000多億元,增長(zhǎng)3000多倍,世界上沒(méi)有哪個(gè)國(guó)家的哪種人類食物創(chuàng)造出如此高速增長(zhǎng)的奇跡。 食用菌與一般農(nóng)產(chǎn)品相比,生產(chǎn)周期短、產(chǎn)量高,而且種植不受氣候、季節(jié)、地理環(huán)境等限制,有菌種就能種植,幾天就可以食用。當(dāng)遇到洪澇干旱等自然災(zāi)害,錯(cuò)過(guò)了作物播種農(nóng)時(shí),食用菌就是“救災(zāi)神兵”。 為此,李玉院士呼吁要把食用菌列為救荒作物,注意發(fā)揮菌菇的救災(zāi)作用。同時(shí),它也可成為人類應(yīng)對(duì)新型災(zāi)難的救命作物,一旦突發(fā)動(dòng)植物滅絕的災(zāi)難,食用菌應(yīng)急生產(chǎn)即可拯救生命。 食用菌原料隨處可見(jiàn),可以隨時(shí)生產(chǎn),一年可生產(chǎn)三四茬,有的甚至五六茬,工廠化更是周年不斷,菌菇加工成干品后保質(zhì)期在一年以上,是應(yīng)對(duì)天災(zāi)、疫情甚至戰(zhàn)爭(zhēng)條件下的食物可靠來(lái)源渠道。 近年來(lái),日本根據(jù)地震、臺(tái)風(fēng)災(zāi)害多發(fā)和疫情頻發(fā)特點(diǎn),加大食用菌生產(chǎn)和進(jìn)口,并推進(jìn)以菌菜肉糧為原料的救災(zāi)食物開發(fā),值得我們借鑒。 食用菌等微生物食品是優(yōu)質(zhì)蛋白的可靠來(lái)源,科學(xué)家認(rèn)為這是未來(lái)食品的發(fā)展方向。在國(guó)內(nèi)外對(duì)高蛋白需求日趨增長(zhǎng)的背景下,重視食用菌等微生物食品的深度系列開發(fā),加快食物產(chǎn)出速度和產(chǎn)出質(zhì)量應(yīng)成為當(dāng)務(wù)之急。 面向補(bǔ)救應(yīng)急,微生物農(nóng)業(yè)無(wú)可替代。 9 增主動(dòng),創(chuàng)新科技鏈 人類社會(huì)在經(jīng)歷了一百萬(wàn)年的原始文明、一萬(wàn)年的農(nóng)業(yè)文明、300多年的工業(yè)文明后,正步入“第四文明”形態(tài),即生態(tài)文明時(shí)代。 這一階段,既需要克服工業(yè)文明過(guò)度消耗資源污染環(huán)境的盲動(dòng),也需要克服農(nóng)業(yè)文明在自然狀態(tài)下利用資源的被動(dòng),開啟有意識(shí)利用高科技開發(fā)利用微生物的主動(dòng)時(shí)代。 近些年,高科技開拓了微生物“三料二品一劑”六大領(lǐng)域,促進(jìn)了農(nóng)業(yè)自石油農(nóng)業(yè)以來(lái)的封閉型二維結(jié)構(gòu)向開放型三維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,使微生物主動(dòng)參與農(nóng)業(yè)、三物”、循環(huán),促進(jìn)”、三物”、自然融合發(fā)展。微生物新品種、新產(chǎn)品、新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)噴涌而出,生物發(fā)酵、菌物工廠、生物育種、活性成分提取、食藥同源、生命科學(xué)等等新事物層出不窮,讓人目不暇接,展現(xiàn)出“微生物,大產(chǎn)業(yè)”的無(wú)窮魅力。 毫無(wú)疑問(wèn),科技主動(dòng)作用于微生物世界,已結(jié)束人類“被動(dòng)農(nóng)業(yè)”的舊時(shí)代,開啟“主動(dòng)農(nóng)業(yè)”的新紀(jì)元,且日新月異,甚至秒新時(shí)異的微生物科技鏈創(chuàng)新,將有力推動(dòng)解決生態(tài)文明背景下三農(nóng)領(lǐng)域需要解決的一系列重大問(wèn)題,為我國(guó)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量綠色發(fā)展增添強(qiáng)勁動(dòng)力。 面向主動(dòng)融合,微生物農(nóng)業(yè)跨界迭代。 微生物農(nóng)業(yè)是“養(yǎng)在深閨人未識(shí)”的新產(chǎn)業(yè),其“九增五不爭(zhēng)”的鮮明特性,需要廣而告之,創(chuàng)造濃厚的社會(huì)氛圍,形成強(qiáng)烈的社會(huì)共識(shí),使決策者納入規(guī)劃,著力推進(jìn)發(fā)展;讓企業(yè)家爭(zhēng)相投資,傾心打造產(chǎn)業(yè);令消費(fèi)者心向往之,演繹時(shí)尚追捧。 如此,微生物農(nóng)業(yè)這片未來(lái)農(nóng)業(yè)的新藍(lán)海才能藍(lán)光四射、活力無(wú)限,成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的勁旅。