廢棄水果“變形記”（科技瞭望）

　　

 

　　左側兩張圖為伊快霉素對經濟作物灰霉病的田間防效圖，右側兩張圖為未使用伊快霉素的對照組圖片。

　　

 

　　不同糖類發酵生產伊快霉素實驗圖。本文配圖均由受訪者提供

　　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、維生素和礦物質的廢棄水果，常因腐爛變質成為環境負擔。在全球范圍內，每年有大量水果被浪費、損耗。

　　然而，在中國農業科學院煙草研究所，科學家們成功將這類看似無用的廢棄水果，通過發酵轉化成守護植物健康的“生物農藥”——天然抗菌物質伊快霉素。這項發表在《工業作物與產品》的成果，不僅為解決水果浪費難題提供了新思路，更開創了綠色農藥生產的新路徑。

　　一個奇思妙想的誕生

　　故事還得從實驗室的一次研究發現說起。

　　“我們在研究中發現，木賊鐮刀菌D39發酵產生的伊快霉素對多種植物病原真菌有顯著抑制作用，并且固體發酵產量很大，具備產業化的前景。”團隊成員趙棟霖介紹，這令研究人員驚喜不已。

　　研究團隊在后續準備田間試驗的時候發現，運用固體發酵提取工藝復雜，難以進行大規模生產。液體發酵，作為工業化更常見的方法，自然成了團隊的下一個嘗試。問題隨之而來——液體發酵需要大量碳源，比如葡萄糖、果糖，而這些原材料成本不低。

　　這時，一個大膽的設想冒了出來——

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

　　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，嘗試替代傳統的液體培養基進行微生物發酵。

　　實驗證明，當這些“天然營養液”加入發酵罐后，木賊鐮刀菌D39如同獲得“能量補給”，生產伊快霉素的效率大幅提升。數據顯示，使用廢棄蘋果提取液作為培養基時，伊快霉素產量達到20.8毫克/升，不僅接近傳統培養基的產量，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化為具有經濟價值的生物農藥原料。

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

　　據團隊負責人張成省介紹，果糖能直接參與微生物代謝，不僅提供了發酵所需的能量和碳源，還能激活伊快霉素合成途徑中關鍵酶的活性，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，確保整個生物合成順利進行。

　　有趣的是，實驗發現，并非所有糖類都能促進伊快霉素生產，例如，蔗糖反而會抑制其合成——這可能是因為蔗糖的代謝路徑與伊快霉素合成存在“資源競爭”。這種選擇性代謝的發現，為優化發酵工藝提供了精準方向。

　　實現環保與經濟雙重效益

　　伊快霉素之所以讓人如此期待，不僅是因為它來源天然、產量可觀，更因為它擁有目前化學農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酵獲得，不必經過復雜的化學合成和結構修飾等，因此在成本和環保等方面具有顯著的優勢。同時，伊快霉素從結構上屬于聚酮合酶—非核糖體肽類化合物，“目前的殺菌劑沒有這類結構，我們也通過研究發現這類化合物具有全新的抗菌靶點，因此不會具有抗藥性。”趙棟霖說。

　　這項研究的意義并不止于廢棄水果利用。據團隊首席科學家李義強介紹，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出良好效果，田間試驗顯示其對部分病害防效可達70%以上，接近化學農藥水平。更為重要的是，該研究將食品加工過程中產生的廢棄物作為發酵底料，既有利于資源循環利用，也顯著降低了生產成本，實現了環保與經濟效益的雙重提升。

　　“它可能成為一個全新靶標的天然產物農藥。”李義強說，“目前天然產物農藥大多是經過化學結構修飾后的產物，而伊快霉素可直接通過微生物發酵，并具有不同于現有殺菌劑的新型靶標。近年來，我國涌現了幾十種新穎的綠色農藥，已成為世界上為數不多的具有新農藥創制能力的國家，但在原創性分子和靶標研究方面，我國仍有落后之處。如果伊快霉素能被推廣，能夠減少生產中的環境污染，降低農藥殘留，推進化學農藥減量增效。新靶標農藥屬于新質生產力，能夠提升我國在國際上新農藥創制的地位，增強國際競爭力。”

　　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。

　　回憶起這項研究的過程，團隊成員感慨最多的，是兩座“攔路大山”。

　　第一座山，是伊快霉素本身的復雜結構。它并不是一種單一的化合物，而是一群差向異構體的“大家族”。要想逐個拆解、分離、純化這些成員，不僅耗時耗力，而且對設備和技術要求極高。

　　“后來我們換了個思路。”有成員回憶道，“與其一味追求分離每一種單體，不如先看看這個‘組合拳’在田間是不是有效。”于是，他們放棄了對單一結構的執念，轉向探索整個混合物的生物活性。這一策略的調整，成為推動進程的重要一步。

　　第二座山，則是對伊快霉素作用機制的研究。作為一種全新靶點的殺菌劑，它不像傳統農藥那樣，能輕松找到“它攻擊的是哪個部位”。團隊不得不在蛋白表達、結構建模、靶標篩選等多個環節中反復試錯，每一步都仿佛在黑暗中摸索。

　　“幸運的是，我們不是孤軍奮戰。”張成省說，“我們團隊在菌株篩選、發酵優化、生物合成調控、結構挖掘、靶標解析和效果評價等方面都有明確的分工，遇到困難不斷求助相關領域的專家。很多專家也給予了我們很大幫助。”

　　研究團隊透露，他們正在與農藥企業合作，開發伊快霉素的制劑產品。未來，果園修剪的殘次果、超市淘汰的水果，都可能成為生產生物農藥的原料，形成“水果種植—加工—廢棄物利用—農業保護”的閉環產業鏈。這種模式如果推廣開來，預計每年可消化數百萬噸廢棄水果，減少數千萬噸碳排放，同時為農民提供更安全的植物保護選擇。