果園里賣不出去的橘子被扔掉，超市里賣相不佳的蘋果被丟棄，水果加工廠的下腳料堆積成山……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(fù)擔(dān)。在全球范圍內(nèi)，每年有大量水果被浪費(fèi)、損耗。

然而，在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，科學(xué)家們成功將這類看似無用的廢棄水果，通過發(fā)酵轉(zhuǎn)化成守護(hù)植物健康的“生物農(nóng)藥”——天然抗菌物質(zhì)伊快霉素。這項(xiàng)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(fèi)難題提供了新思路，更開創(chuàng)了綠色農(nóng)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(yàn)室的一次研究發(fā)現(xiàn)說起。

“我們在研究中發(fā)現(xiàn)，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?！眻F(tuán)隊(duì)成員趙棟霖介紹，這令研究人員驚喜不已。

研究團(tuán)隊(duì)在后續(xù)準(zhǔn)備田間試驗(yàn)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用固體發(fā)酵提取工藝復(fù)雜，難以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。液體發(fā)酵，作為工業(yè)化更常見的方法，自然成了團(tuán)隊(duì)的下一個(gè)嘗試。問題隨之而來——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(shè)想冒了出來——

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

說干就干，研究人員從最常見的廢棄水果——蘋果入手。他們提取了廢棄蘋果中的糖類和淀粉，制成蘋果提取液，嘗試替代傳統(tǒng)的液體培養(yǎng)基進(jìn)行微生物發(fā)酵。

實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)這些“天然營養(yǎng)液”加入發(fā)酵罐后，木賊鐮刀菌D39如同獲得“能量補(bǔ)給”，生產(chǎn)伊快霉素的效率大幅提升。數(shù)據(jù)顯示，使用廢棄蘋果提取液作為培養(yǎng)基時(shí)，伊快霉素產(chǎn)量達(dá)到20.8毫克/升，不僅接近傳統(tǒng)培養(yǎng)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(zhuǎn)化為具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的生物農(nóng)藥原料。

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

據(jù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)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(yàn)發(fā)現(xiàn)，并非所有糖類都能促進(jìn)伊快霉素生產(chǎn)，例如，蔗糖反而會抑制其合成——這可能是因?yàn)檎崽堑拇x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(xiàn)，為優(yōu)化發(fā)酵工藝提供了精準(zhǔn)方向。

實(shí)現(xiàn)環(huán)保與經(jīng)濟(jì)雙重效益

伊快霉素之所以讓人如此期待，不僅是因?yàn)樗鼇碓刺烊弧a(chǎn)量可觀，更因?yàn)樗鼡碛心壳盎瘜W(xué)農(nóng)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)過復(fù)雜的化學(xué)合成和結(jié)構(gòu)修飾等，因此在成本和環(huán)保等方面具有顯著的優(yōu)勢。同時(shí)，伊快霉素從結(jié)構(gòu)上屬于聚酮合酶—非核糖體肽類化合物，“目前的殺菌劑沒有這類結(jié)構(gòu)，我們也通過研究發(fā)現(xiàn)這類化合物具有全新的抗菌靶點(diǎn)，因此不會具有抗藥性?！壁w棟霖說。

這項(xiàng)研究的意義并不止于廢棄水果利用。據(jù)團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家李義強(qiáng)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(xiàn)出良好效果，田間試驗(yàn)顯示其對部分病害防效可達(dá)70%以上，接近化學(xué)農(nóng)藥水平。更為重要的是，該研究將食品加工過程中產(chǎn)生的廢棄物作為發(fā)酵底料，既有利于資源循環(huán)利用，也顯著降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保與經(jīng)濟(jì)效益的雙重提升。

“它可能成為一個(gè)全新靶標(biāo)的天然產(chǎn)物農(nóng)藥。”李義強(qiáng)說，“目前天然產(chǎn)物農(nóng)藥大多是經(jīng)過化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾后的產(chǎn)物，而伊快霉素可直接通過微生物發(fā)酵，并具有不同于現(xiàn)有殺菌劑的新型靶標(biāo)。近年來，我國涌現(xiàn)了幾十種新穎的綠色農(nóng)藥，已成為世界上為數(shù)不多的具有新農(nóng)藥創(chuàng)制能力的國家，但在原創(chuàng)性分子和靶標(biāo)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(nóng)藥殘留，推進(jìn)化學(xué)農(nóng)藥減量增效。新靶標(biāo)農(nóng)藥屬于新質(zhì)生產(chǎn)力，能夠提升我國在國際上新農(nóng)藥創(chuàng)制的地位，增強(qiáng)國際競爭力?！?/p>

翻過科研路上“兩座大山”

科研從來不是坦途，而是一次次與未知的較量。

回憶起這項(xiàng)研究的過程，團(tuán)隊(duì)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(fù)雜結(jié)構(gòu)。它并不是一種單一的化合物，而是一群差向異構(gòu)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(shè)備和技術(shù)要求極高。

“后來我們換了個(gè)思路?！庇谐蓡T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?！庇谑牵麄兎艞壛藢我唤Y(jié)構(gòu)的執(zhí)念，轉(zhuǎn)向探索整個(gè)混合物的生物活性。這一策略的調(diào)整，成為推動進(jìn)程的重要一步。

第二座山，則是對伊快霉素作用機(jī)制的研究。作為一種全新靶點(diǎn)的殺菌劑，它不像傳統(tǒng)農(nóng)藥那樣，能輕松找到“它攻擊的是哪個(gè)部位”。團(tuán)隊(duì)不得不在蛋白表達(dá)、結(jié)構(gòu)建模、靶標(biāo)篩選等多個(gè)環(huán)節(jié)中反復(fù)試錯，每一步都仿佛在黑暗中摸索。

“幸運(yùn)的是，我們不是孤軍奮戰(zhàn)?！睆埑墒≌f，“我們團(tuán)隊(duì)在菌株篩選、發(fā)酵優(yōu)化、生物合成調(diào)控、結(jié)構(gòu)挖掘、靶標(biāo)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)域的專家。很多專家也給予了我們很大幫助?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)透露，他們正在與農(nóng)藥企業(yè)合作，開發(fā)伊快霉素的制劑產(chǎn)品。未來，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(nóng)藥的原料，形成“水果種植—加工—廢棄物利用—農(nóng)業(yè)保護(hù)”的閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。這種模式如果推廣開來，預(yù)計(jì)每年可消化數(shù)百萬噸廢棄水果，減少數(shù)千萬噸碳排放，同時(shí)為農(nóng)民提供更安全的植物保護(hù)選擇。（周姝蕓）