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求索回眸9:我与放线菌的前生今世及未来 精选

已有 2252 次阅读 2021-2-5 19:27 |个人分类:科研感悟|系统分类:科研笔记

 前生

  我19867月硕士研究生毕业留校,从事土壤地理教学8年。期间的科研未涉及土壤地理学,主要在赴美进修归国学者尉庆丰教授指导下进行土壤养分化学动力学研究,尉老师回国后提出了进行土壤养分动力学研究计划,希望我能参加这项目工作。

  从1995-2001年,我连续在《土壤学报》、《西北农林科技大学学报》等刊物上以第1作者发表了6篇关于土壤氮磷钾养分吸附解吸动力学论文。其中,3篇论文发表在《土壤学报》上。《土壤学报》是国内土壤学专业领域最高权威学术刊物,这几篇关于土壤养分动力学研究论文,是当时国内较早发表的养分动力学研究结果,是以中国北方广泛分布的黄土性土壤对植物必须的三大营养元素氮磷钾吸附解吸行为的定量研究。6篇论文的总引用次数146次,平均单篇引用率为24次/篇,钾离子吸附解吸动力学研究一文的引用次数达到88次。

 在这段时间,还有两篇土壤学研究方法改进小文章发表,是我研究生期间的科研练习,是为了解决试验中遇到问题进行的方法研究,相当于牧童放羊时捡到的几个酸枣。其中一篇是对土壤钛含量比色测定方法改进,另一篇是对土壤有机质快速消除方法的改进,该改进能大幅度提高土壤有机质氧化消除速度,显著缩短土壤颗粒组成分析时样品预处理时间,提高测定工作效率。

 因一个特殊的机会,我断然停止了土壤化学动力学研究,重启我热爱的生命科学研究。

 原因是当时的微生物教研组在几年内先后有2位教师出国学习未回,3位教师调到其他单位工作,两位老师退休。当时的农化系微生物教研组承担全校农学、植保、园艺、农化及葡萄酒学院的普通微生物学教学任务。教师不足,系领导打算从系内调剂。系领导知道我喜欢微生物学,就首先征求我的意见。

 我年幼时母亲多病,农村医疗条件差,父亲让我跟随他的医生朋友学习肌肉注射,在家为母亲打针,使我对医学有了初步了解。1979年高考时成绩未达到医学院录分线,未能如愿报考医学院,按报考志愿考入西北农学院,一所创建于1934年,办学历史悠久的农业大学。

 由于上大学前有给母亲打针的经验:知道肌肉注射时要灭菌消毒,所以对微生物有一点认识,因此,对大学开设的微生物学课特别感兴趣。虽然,硕士阶段的研究方向和研究生毕业后的工作性质发生变化,没有深入学习微生物学,从事我向往的微生物学研究,但我对微生物学的热爱没有变。当系上有机会对我的专业方向进行调整时,我毅然离开已工作了8年的土壤地理教研组,放弃了已经连续发表了6篇较高水平学术论文的研究方向,义无反顾从西北农业大学农化系土壤地理教研组转入微生物教研组,改行从事微生物学教学科研。我改行的时间点:1994年。

今世

 也是在1986年,在我刚获得硕士学位留校工作时,在我任教的西北农业大学农化系,从事土壤微生物研究的罗在碧,程丽娟老师在《西北农业大学学报》发表了一篇文章,题目为《西藏林芝地区森林和农田土壤中放线菌的生态分布》,对西藏林芝森林和耕作土壤中的放线菌数量、类群、分布及生物特性进行了研究,认为西藏土壤中放线菌的种类及生态分布有其特有规律;有些放线菌具有开发利用价值。

 这篇文章是两位老师利用援藏机会,利用在西藏农牧学院工作时采集的土壤样品,与西藏农牧学院老师进行的合作研究结果,该研究揭开了西北农业大学放线菌研究的序幕。随后,微生物教研组朱铭莪教授和来航线老师等也开始了对西藏高海拔地区土壤放线菌的基础研究。

 1994年,我从土壤地理教研组转入微生物教研组,朱老师给我介绍了她正在进行的西藏土壤放线菌研究进展,认为青藏高原生态环境特殊,土壤放线菌研究几乎是空白,值得研究,很可能有重要发现,包括大量的新种新属,以及能产生新抗菌素,可用于新医药,新农药开发的放线菌资源。

 听了朱老师的介绍,我对放线菌也产生了浓厚兴趣,就加入到朱老师的放线菌研究中。5年后,在朱老师前期工作的基础上,于1999年,在《西北农林科技大学学报》上以第1作者发表关于西藏土壤放线菌研究论文1篇,在《西北农业学报》及《麦类作物学报》上,以第3作者(其实是通讯作者,我的研究生为第1作者,但当时并无通讯作者的说法)发表西藏土壤放线菌论文2篇。

 从此,开启了我从事放线菌研究的漫长历程。

 我们的放线菌研究从青藏高原起步,与罗再碧和程丽娟老师援藏有关,其实还与青藏高原的特点有关。青藏高原平均海拔四千余米,号称世界第三极。低温,空气稀薄,含氧量低,紫外线强烈,土壤形成作用弱,土壤呈现原始性,薄层性,粗骨性。特殊的土壤,其中,生活着特殊的微生物。

 所谓原始性,指土壤物理化学性质与形成土壤的母质接近。薄层性,指能满足植物生长的土层很薄,只有2-3cm。粗骨性,则指土壤中小砾石多,颗粒粗大,细土很少。除了物理性状外,青藏高原土壤上的植被稀少,每年回归土壤的植物残体少,土壤中的有机质很少,微生物数量和种类均很少,种类也特殊,推测其中的放线菌也和其他生态环境不同,估计有很多新的物种存在。

 由于当时分子生物鉴定手段还没有广泛应用,我们分离到的很多放线菌是否为新种不能确定,加之我们当时的主要兴趣不是发表新种,而是找到能产抗生素,有可能用于生物农药生产,有利用价值的放线菌。故在此期间,并没有从青藏高原土壤中筛选发现放线菌新种。在此期间,有9位研究生的学位论文选题是放线菌生态与资源利用,共发表了18篇文章,总被引用416次,平均单篇引用率为23次/篇。

 在2017.8退休前23年,我进行的放线菌基础研究重点是极端生境放线菌生态分布与资源利用,放线菌分离方法改进等。研究区域主要涉及青藏高原,新疆,甘肃,内蒙及陕西等。

 朱铭莪教授是将我领入放线菌研究领域的科研导师。

未来

 在二十多年的放线菌研究中,因为偶然的机会,放线菌的许多奇特功能不断被发现。

 如放线菌能产生植物激素,刺激根系生长,打破植物不定根的“沉默”态,激活植物不定根不断萌发,产生大量不定根,增加了植物的根条数和根系生物量;放线菌的抗寒作用;抗旱作用;抗根结线虫作用;抗烈性杂草列当作用;抗番茄卷叶黄化病毒作用;提高植物的系统抗性和免疫力;优化土壤微生物区系的能力;提高植物对铅镉重金属污染的修复能力。 

放线菌促进根系.jpg

图1.放线菌刺激辣椒根系上的不定根萌发

注:右列01-10和01-08为放线菌编号,CK为未接种放线菌的对照

 至于产生抗菌活性物质,更是放线菌特有的天生功能,任何微生物在产抗生素能力上,与放线菌相比,都望尘莫及,自叹弗如,无法与放线菌同台竞技。

 有两个公认的数字可以说明这个问题:目前人类发现的抗生素中,70%是微生物产生的;微生物产生的抗生素中,70%是放线菌产生的。如大家耳熟能详的链霉素,红霉素,卡拉霉素,庆大霉素等等,都是放线菌的杰作。

 鉴于已发现的放线菌在农业上的多种功能,我用“十项全能放线菌”予以概括。这些功能已在生产上表现出强大的生命力,已开始发挥出令人惊异的作用。

 现举一例说明。如放线菌具有抗寒功能,我们已在2007年的一场意外降雪中发现,但我们不知道放线菌的抗寒功能在生产上有何用途。

 2020年1月,内蒙,严寒,让放线菌的抗寒功能“真人露相”!

 2020年1月,在内蒙温室工厂化育苗基地,冬季低温。采用常规育苗技术的穴盘苗,在低温下生长缓慢,苗弱,低矮。凡是基质中加了放线菌活菌和代谢产物的穴盘苗,出苗早2-3天,生长快,苗齐苗壮,无病害,茎秆硬,根系发达,便于嫁接,能按时供苗。

 2021年1-2月,重现了2020年1月的低温育苗结果。放线菌抗寒功能可用于提高冬季低温育苗质量,放线菌的抗寒功能找到了用武之地。

 在内蒙,冬季低温是困扰工厂化育苗的难题。育苗基地与设施种植户签订的供苗协议上包括种苗质量规格及供苗时间。如果穴盘苗在预定时间内达不到协议商定的质量要求和供苗时间,育苗基地与用户就会发生合同纠纷,甚至产生高额赔偿。因为一旦耽误了按时供苗,种植户种植晚,产品上市晚,损失巨大。

 育苗基质中加入放线菌活菌及放线菌液肥,能大幅度提高育苗质量,解决了长期存在的育苗工厂与种植户之间因不能按质按量提供穴盘苗的矛盾。

 放线菌活菌及其代谢产物具有多种功能,能激活并大幅度提高作物的系统抗性,提高作物的抗逆性,能同时解决作物的多种问题,表现出作物健康生长,农药用量大幅度下降,农药成本降低;根系发达,水肥利用率大幅度提高,肥料利用率提高,高产优质,自然高效。

 放线菌兼有肥料农药的双重功能,多种有益功能的同步发挥,已在生产上显示出令人难以置信的结果。

 如2020年在乌兰察布商都县钦宝营村20亩马铃薯种薯上,疮粉病发病率由不用放线菌的33%下降到用放线菌的5%,每亩增产1吨马铃薯。2020年,在内蒙古自治区巴彦淖尔市临河区狼山镇福义2队的6亩加工番茄地上,放线菌处理较对照实收产量每亩增产1.5吨/亩;向番茄酱厂销售时的除杂率为5%,而未用放线菌肥的其他种植户的除杂率为15%-20%。这类例子很多。

番茄狼山.jpg

图2.放线菌肥在内蒙加工番茄上的效果(刘玉涛摄)

(左:对照;中:放线菌肥40斤/亩;右:放线菌肥80斤/亩)

马铃薯试验.jpg

图3.放线菌肥在内蒙乌兰察布马铃薯上的效果 

放线菌的奇特功能及巨大应用潜力吸引着我,欲罢不忍。以至于退休后,我还继续着放线菌应用研究及技术推广。直至今天,我的放线菌研究已进行了27年,这还不是我的终点!

 让科研成果造福于百姓,科研才实现了自身的价值,才达到了我的目的!

 我作为顾问,还在指导着我原来的科研团队继续进行放线菌研究。

 我们的研究不断深入,从现象研究进入机理探索,已深入到分子水平,已从转录组,代谢组、微生物组及土壤代谢层次进行更深入的多角度全方位研究,已取得了许多有重要价值的结果。

 在理论研究的同时,我们团队已将放线菌研究成果应用生产主战场。例如在冬枣上的应用,在内蒙食葵、加工番茄、辣椒、西甜瓜、葫芦、马铃薯及甜菜等作物上的推广应用等。

 我研究出来的放线菌剂就像我的孩子:前生有缘来相会,今世缘来长相随。

 今世缘未尽,余生献人民!

                             薛泉宏

              2021.2.5,19.23,于陕西杨陵田园居

 




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