編者按 為加快高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種和先進(jìn)適用技術(shù)推廣應(yīng)用，滿足糧食和重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)需要，日前，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部組織遴選出10項(xiàng)2024年農(nóng)業(yè)重大引領(lǐng)性技術(shù)。本版推出系列報道，詳細(xì)介紹這些技術(shù)的來龍去脈，以及它們在改善百姓生活中發(fā)揮的重要作用。
“作為我國重要的油料作物，花生的提質(zhì)增產(chǎn)需要攻克兩個難題，一是黃曲霉毒素的污染阻控，二是花生結(jié)瘤固氮的效率提升。”近日，中國工程院院士、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所研究員李培武在接受記者采訪時介紹，歷經(jīng)20多年的研究，他所在團(tuán)隊(duì)從土壤源頭開展黃曲霉毒素阻控和結(jié)瘤固氮的探索，研發(fā)了ARC功能微生物菌劑誘導(dǎo)花生高效結(jié)瘤固氮提質(zhì)增產(chǎn)一體化技術(shù)（以下簡稱ARC技術(shù)）。這項(xiàng)技術(shù)不僅提高了花生的固氮能力和產(chǎn)量，還有效降低了黃曲霉毒素污染的發(fā)生率。
日前，該技術(shù)成功入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的2024年農(nóng)業(yè)重大引領(lǐng)性技術(shù)。
從源頭上控菌減毒
黃曲霉毒素是迄今發(fā)現(xiàn)毒性最大、致癌力最強(qiáng)的一類真菌毒素?；ㄉ⒂衩椎燃Z油產(chǎn)品易受黃曲霉毒素污染，對其進(jìn)行污染阻控一直是世界性難題。國內(nèi)外研究表明，土壤中黃曲霉菌和寄生曲霉菌是感染花生的初侵染源，與花生繼發(fā)的黃曲霉毒素污染緊密相關(guān)。目前，對于糧油作物中黃曲霉毒素的污染阻控主要是在收獲、運(yùn)輸、加工環(huán)節(jié)進(jìn)行防控抑制或降解、脫毒等。但這樣的方式需要消耗大量能源和庫容，且無法直接從田間生產(chǎn)源頭控制。
同時，花生屬于豆科作物，能夠與土壤中的根瘤菌共生結(jié)瘤固氮，將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為作物養(yǎng)分——氨。目前現(xiàn)有的豆科植物與根瘤菌共生固氮的理論是結(jié)瘤自調(diào)控，即豆科植物會針對環(huán)境有效氮素的多少做出相應(yīng)調(diào)節(jié)，平衡個體的結(jié)瘤數(shù)量和結(jié)瘤固氮過程中的能量消耗。但自然狀態(tài)下花生根瘤數(shù)量少，固氮效率差，難以滿足高質(zhì)高效綠色生產(chǎn)需求。如何提高花生結(jié)瘤固氮效率，同樣是世界性難題。
既然花生控毒固氮的兩個難題均與土壤有關(guān)，那么，能否在田間源頭阻控花生黃曲霉產(chǎn)毒菌的同時，提高花生的固氮能力，減施化肥從而實(shí)現(xiàn)綠色增產(chǎn)？
研究前期，團(tuán)隊(duì)鑒定出了與黃曲霉毒素污染密切相關(guān)的微生物種群，同時發(fā)現(xiàn)花生主產(chǎn)區(qū)土壤黃曲霉產(chǎn)毒菌與根瘤菌豐度呈負(fù)相關(guān)，黃曲霉代謝物顯著抑制根瘤菌生長。據(jù)此，科研人員組配了黃曲霉阻控與結(jié)瘤耦合的海量組合，并開展實(shí)驗(yàn)室接種培養(yǎng)篩選和大田聚合篩選，最終發(fā)明出ARC功能微生物菌劑。
ARC包含了三層含義：“A”代表黃曲霉毒素控制；“R”代表誘導(dǎo)根瘤菌結(jié)瘤固氮；“C”代表耦合同步實(shí)現(xiàn)。ARC功能微生物菌劑實(shí)現(xiàn)了從源頭阻控黃曲霉毒素污染，突破了結(jié)瘤自調(diào)控理論認(rèn)知，在不使用外源根瘤菌的條件下誘導(dǎo)超級結(jié)瘤固氮。“把黃曲霉毒素的控制關(guān)口前移，移到大田生產(chǎn)里面去，就能從源頭降低收獲后花生黃曲霉產(chǎn)毒菌的豐度。”李培武介紹。
技術(shù)應(yīng)用成果顯著
2020年至2024年，ARC技術(shù)已在全國花生主產(chǎn)區(qū)連續(xù)4年示范應(yīng)用，使這些產(chǎn)區(qū)的花生普遍結(jié)瘤時間提前、結(jié)瘤數(shù)量增多、結(jié)瘤及固氮時間延長、固氮酶活性提高，示范點(diǎn)增產(chǎn)顯著。2022年，全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心等組織，對全國花生主產(chǎn)區(qū)示范點(diǎn)進(jìn)行的ARC技術(shù)現(xiàn)場測產(chǎn)結(jié)果顯示，高、中、低產(chǎn)田及鹽堿地四類產(chǎn)田花生果黃曲霉產(chǎn)毒菌豐度降低了60%以上，花生仁黃曲霉毒素污染水平下降80%，黃曲霉毒素源頭阻控效果十分明顯。同時，四類產(chǎn)田普遍顯著增產(chǎn)，平均增產(chǎn)19.67%。
2023年，河南省正陽縣黃磊家庭農(nóng)場2800畝花生連片示范現(xiàn)場的考察結(jié)果顯示，技術(shù)示范區(qū)花生正處于飽果期，植株葉色濃綠，生長健壯，根系發(fā)達(dá)，根瘤數(shù)量顯著增加，果實(shí)更飽滿。“應(yīng)用ARC功能微生物菌劑后能明顯減少死苗、爛果，還能明顯提高花生的品相，花生果變得又多、又白、又飽滿，每畝增收200元到300多元應(yīng)該不成問題。”種植大戶黃磊說。
除了讓花生提質(zhì)增產(chǎn)，ARC功能微生物菌劑應(yīng)用在其他作物生產(chǎn)中也有顯著效果。2023年，在黑龍江省黑河市愛輝區(qū)西崗子村，全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心組織專家組對“ARC生物菌劑提質(zhì)固氮耦合技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目成果進(jìn)行實(shí)打?qū)嵤宅F(xiàn)場驗(yàn)收。結(jié)果顯示，應(yīng)用ARC大豆提質(zhì)固氮耦合綠色增產(chǎn)技術(shù)后，大豆癟莢率降低，結(jié)莢層增多，收獲當(dāng)天根系仍有大量鮮活根瘤，株高、單株莢數(shù)、粒數(shù)等與對照組相比分別提高了16.83%、25.65%、29.32%。“我們抱著試試看的態(tài)度用了ARC微生物菌肥，大豆在苗期時長得茂盛、抗病、蓋草好，成熟后結(jié)莢多，每個莢都是三四個豆粒，產(chǎn)量明顯不一樣了！”村民徐長勝說。
“二固”“三增”優(yōu)點(diǎn)突出
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，ARC技術(shù)創(chuàng)新性突出，打破了豆科作物共生固氮理論的現(xiàn)有認(rèn)知，具有“二固”（固氮、固碳）和“三增”（增產(chǎn)、增效、增安全）的鮮明特點(diǎn)，在控制黃曲霉毒素污染和減損、減肥、減本、減碳方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
李培武介紹，在使用ARC功能微生物菌劑后，植株前期長勢好，苗齊、苗壯，病害發(fā)病率明顯降低。收獲期單株的莢果數(shù)明顯增多，大豆籽粒的商品性狀變好，色澤鮮黃，籽粒大小均勻，百粒重明顯增加。從當(dāng)前全國試驗(yàn)的情況來看，ARC技術(shù)為全國大豆單產(chǎn)提升、產(chǎn)能提升，提供了重要的技術(shù)支撐。
“未來，我們希望加強(qiáng)ARC技術(shù)大豆多點(diǎn)試驗(yàn)示范，拓寬ARC技術(shù)的應(yīng)用渠道，在玉米和其他豆科作物中試驗(yàn)示范。同時，我們會不斷探索ARC技術(shù)的科學(xué)機(jī)理，為非根瘤菌減毒與結(jié)瘤固氮的耦合機(jī)理，以及生物固氮提供新的原創(chuàng)性解決方案。”李培武說。
編者按 為加快高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種和先進(jìn)適用技術(shù)推廣應(yīng)用，滿足糧食和重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)需要，日前，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部組織遴選出10項(xiàng)2024年農(nóng)業(yè)重大引領(lǐng)性技術(shù)。本版推出系列報道，詳細(xì)介紹這些技術(shù)的來龍去脈，以及它們在改善百姓生活中發(fā)揮的重要作用。
“作為我國重要的油料作物，花生的提質(zhì)增產(chǎn)需要攻克兩個難題，一是黃曲霉毒素的污染阻控，二是花生結(jié)瘤固氮的效率提升。”近日，中國工程院院士、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所研究員李培武在接受記者采訪時介紹，歷經(jīng)20多年的研究，他所在團(tuán)隊(duì)從土壤源頭開展黃曲霉毒素阻控和結(jié)瘤固氮的探索，研發(fā)了ARC功能微生物菌劑誘導(dǎo)花生高效結(jié)瘤固氮提質(zhì)增產(chǎn)一體化技術(shù)（以下簡稱ARC技術(shù)）。這項(xiàng)技術(shù)不僅提高了花生的固氮能力和產(chǎn)量，還有效降低了黃曲霉毒素污染的發(fā)生率。
日前，該技術(shù)成功入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的2024年農(nóng)業(yè)重大引領(lǐng)性技術(shù)。
從源頭上控菌減毒
黃曲霉毒素是迄今發(fā)現(xiàn)毒性最大、致癌力最強(qiáng)的一類真菌毒素。花生、玉米等糧油產(chǎn)品易受黃曲霉毒素污染，對其進(jìn)行污染阻控一直是世界性難題。國內(nèi)外研究表明，土壤中黃曲霉菌和寄生曲霉菌是感染花生的初侵染源，與花生繼發(fā)的黃曲霉毒素污染緊密相關(guān)。目前，對于糧油作物中黃曲霉毒素的污染阻控主要是在收獲、運(yùn)輸、加工環(huán)節(jié)進(jìn)行防控抑制或降解、脫毒等。但這樣的方式需要消耗大量能源和庫容，且無法直接從田間生產(chǎn)源頭控制。
同時，花生屬于豆科作物，能夠與土壤中的根瘤菌共生結(jié)瘤固氮，將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為作物養(yǎng)分——氨。目前現(xiàn)有的豆科植物與根瘤菌共生固氮的理論是結(jié)瘤自調(diào)控，即豆科植物會針對環(huán)境有效氮素的多少做出相應(yīng)調(diào)節(jié)，平衡個體的結(jié)瘤數(shù)量和結(jié)瘤固氮過程中的能量消耗。但自然狀態(tài)下花生根瘤數(shù)量少，固氮效率差，難以滿足高質(zhì)高效綠色生產(chǎn)需求。如何提高花生結(jié)瘤固氮效率，同樣是世界性難題。
既然花生控毒固氮的兩個難題均與土壤有關(guān)，那么，能否在田間源頭阻控花生黃曲霉產(chǎn)毒菌的同時，提高花生的固氮能力，減施化肥從而實(shí)現(xiàn)綠色增產(chǎn)？
研究前期，團(tuán)隊(duì)鑒定出了與黃曲霉毒素污染密切相關(guān)的微生物種群，同時發(fā)現(xiàn)花生主產(chǎn)區(qū)土壤黃曲霉產(chǎn)毒菌與根瘤菌豐度呈負(fù)相關(guān)，黃曲霉代謝物顯著抑制根瘤菌生長。據(jù)此，科研人員組配了黃曲霉阻控與結(jié)瘤耦合的海量組合，并開展實(shí)驗(yàn)室接種培養(yǎng)篩選和大田聚合篩選，最終發(fā)明出ARC功能微生物菌劑。
ARC包含了三層含義：“A”代表黃曲霉毒素控制；“R”代表誘導(dǎo)根瘤菌結(jié)瘤固氮；“C”代表耦合同步實(shí)現(xiàn)。ARC功能微生物菌劑實(shí)現(xiàn)了從源頭阻控黃曲霉毒素污染，突破了結(jié)瘤自調(diào)控理論認(rèn)知，在不使用外源根瘤菌的條件下誘導(dǎo)超級結(jié)瘤固氮。“把黃曲霉毒素的控制關(guān)口前移，移到大田生產(chǎn)里面去，就能從源頭降低收獲后花生黃曲霉產(chǎn)毒菌的豐度。”李培武介紹。
技術(shù)應(yīng)用成果顯著
2020年至2024年，ARC技術(shù)已在全國花生主產(chǎn)區(qū)連續(xù)4年示范應(yīng)用，使這些產(chǎn)區(qū)的花生普遍結(jié)瘤時間提前、結(jié)瘤數(shù)量增多、結(jié)瘤及固氮時間延長、固氮酶活性提高，示范點(diǎn)增產(chǎn)顯著。2022年，全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心等組織，對全國花生主產(chǎn)區(qū)示范點(diǎn)進(jìn)行的ARC技術(shù)現(xiàn)場測產(chǎn)結(jié)果顯示，高、中、低產(chǎn)田及鹽堿地四類產(chǎn)田花生果黃曲霉產(chǎn)毒菌豐度降低了60%以上，花生仁黃曲霉毒素污染水平下降80%，黃曲霉毒素源頭阻控效果十分明顯。同時，四類產(chǎn)田普遍顯著增產(chǎn)，平均增產(chǎn)19.67%。
2023年，河南省正陽縣黃磊家庭農(nóng)場2800畝花生連片示范現(xiàn)場的考察結(jié)果顯示，技術(shù)示范區(qū)花生正處于飽果期，植株葉色濃綠，生長健壯，根系發(fā)達(dá)，根瘤數(shù)量顯著增加，果實(shí)更飽滿。“應(yīng)用ARC功能微生物菌劑后能明顯減少死苗、爛果，還能明顯提高花生的品相，花生果變得又多、又白、又飽滿，每畝增收200元到300多元應(yīng)該不成問題。”種植大戶黃磊說。
除了讓花生提質(zhì)增產(chǎn)，ARC功能微生物菌劑應(yīng)用在其他作物生產(chǎn)中也有顯著效果。2023年，在黑龍江省黑河市愛輝區(qū)西崗子村，全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心組織專家組對“ARC生物菌劑提質(zhì)固氮耦合技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目成果進(jìn)行實(shí)打?qū)嵤宅F(xiàn)場驗(yàn)收。結(jié)果顯示，應(yīng)用ARC大豆提質(zhì)固氮耦合綠色增產(chǎn)技術(shù)后，大豆癟莢率降低，結(jié)莢層增多，收獲當(dāng)天根系仍有大量鮮活根瘤，株高、單株莢數(shù)、粒數(shù)等與對照組相比分別提高了16.83%、25.65%、29.32%。“我們抱著試試看的態(tài)度用了ARC微生物菌肥，大豆在苗期時長得茂盛、抗病、蓋草好，成熟后結(jié)莢多，每個莢都是三四個豆粒，產(chǎn)量明顯不一樣了！”村民徐長勝說。
“二固”“三增”優(yōu)點(diǎn)突出
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，ARC技術(shù)創(chuàng)新性突出，打破了豆科作物共生固氮理論的現(xiàn)有認(rèn)知，具有“二固”（固氮、固碳）和“三增”（增產(chǎn)、增效、增安全）的鮮明特點(diǎn)，在控制黃曲霉毒素污染和減損、減肥、減本、減碳方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
李培武介紹，在使用ARC功能微生物菌劑后，植株前期長勢好，苗齊、苗壯，病害發(fā)病率明顯降低。收獲期單株的莢果數(shù)明顯增多，大豆籽粒的商品性狀變好，色澤鮮黃，籽粒大小均勻，百粒重明顯增加。從當(dāng)前全國試驗(yàn)的情況來看，ARC技術(shù)為全國大豆單產(chǎn)提升、產(chǎn)能提升，提供了重要的技術(shù)支撐。
“未來，我們希望加強(qiáng)ARC技術(shù)大豆多點(diǎn)試驗(yàn)示范，拓寬ARC技術(shù)的應(yīng)用渠道，在玉米和其他豆科作物中試驗(yàn)示范。同時，我們會不斷探索ARC技術(shù)的科學(xué)機(jī)理，為非根瘤菌減毒與結(jié)瘤固氮的耦合機(jī)理，以及生物固氮提供新的原創(chuàng)性解決方案。”李培武說。
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