让“沉睡”的盐碱地生机盎然——记新疆极端农业微生物种质资源保育及农用地土壤修复示范化应用项目

　　如何让滨海地区苍凉的盐碱地焕发希望?南京工业大学食品科学与轻工学院江凌教授带领课题组经过十余年的研究，取得一系列突破性进展。日前，其所主持的“新疆极端农业微生物种质资源保育及农用地土壤修复示范化应用”项目获2023年度全国商业联合会科技进步奖特等奖。

　　护航植株生长——获土壤修复能力强的功能菌株

　　土壤是否健康、肥力是否充足，关系着极端环境农作物生长态势和产量高低，江凌课题组深谙此理。“农业微生物及其代谢物能够改善土壤营养状态、中和土壤内潜在有毒化合物、降低化肥和农药使用量。”课题组成员朱丽英介绍，在明确了功能型微生物等生物技术在盐碱地等土壤修复作用，他们便“齐步走”，一边综合开发农业微生物种质资源，一边创新微生物土壤修复技术。

　　“极端微生物因其特殊的生理机制、遗传物质及活性产物，成为土壤生物修复及植物促生的理想微生物之一。”江凌介绍，课题组建立了稀释培养法和液滴微流控快速分选技术，解决了土壤修复能力强的功能菌株筛选难的问题，既获得了修复能力强的抗逆菌株，又发掘了如海藻糖等具有植物促生潜力的抗逆活性物质。

　　据课题组成员陈耀介绍，他们通过高盐压力富集筛选和重金属压力富集筛选，从极端微生物菌株资料库中筛选到了包括白蚁菌IS7、芽孢杆菌HM-311等57株菌株。

　　解决技术“瓶颈”——开发工程化集成水平高的高效制备工艺

　　团队研究发现，筛选出的极端功能菌及其活性物质海藻糖虽然在土壤修复中具有低成本、高效率、对环境破坏小等方面的优势，但却存在工程化集成水平低，无法规模化修复土壤等技术瓶颈。“团队开发了针对功能菌非灭菌高密度发酵体系，建立了抗逆活性物质海藻糖的一步酶法催化工艺，解决了微生物及活性产物工程化集成水平低问题，实现了功能菌株及抗逆活性物质海藻糖的高效制备。”团队成员刘伟表示。

　　江凌补充介绍说，团队开发的制备技术具有几大优点。一是环境友好，功能菌株芽孢杆菌的非灭菌发酵原料成本下降了30%，能源消耗成本下降了35%。二是高生物量，芽孢杆菌单批次发酵周期从5天缩短为4天，1毫升菌株拥有8×1010个生物量(有效活菌数)。三是转化率高，500升发酵罐系统实现了多批次循环催化，创海藻糖合酶催化转化率国内外最高值，得率达90%以上。

　　实现示范应用——取得显著社会和经济效益

　　江凌表示，极端环境农作物种植是个系统工程，考虑到微生物菌剂的应用过程中受温度、酸碱度等环境条件影响，团队还开发了基于功能菌、海藻糖、生物炭三联复合微生物菌剂。“功能菌能修复污染土壤、增强土壤肥力、促进植物生长；海藻糖可提高菌株存活性和植物耐盐抗逆性；生物炭增强保水能力，提高土壤肥力，并可固定土壤中的重金属。”

　　基于研发的复合微生物菌剂制备技术，团队与新疆天物生态环保股份有限公司合作开发了系列复合微生物菌剂，并在新疆乌鲁木齐经济技术开发区、石河子、阿克苏等地进行盐碱土壤修复示范工程。此项目的应用提高了盐碱地与重金属污染地的利用率，取得了显著的经济、社会和生态效应，为新疆广阔贫瘠盐碱地及江苏等地区的重金属污染地的综合利用，助守耕地生命线提供了典型示范。