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微生物技术"魔法"赋能中国农业——记中国科学院微生物所微生物技术团组│全国科技工作者日

  • 2026-11-03 11:14:06
微生物技术"魔法"赋能中国农业——记中国科学院微生物所微生物技术团组│全国科技工作者日

微生物技术"魔法"

赋能中国农业

编者按:

今天是2026年5月30日,第十个全国科技工作者日。

在这个致敬科学、礼赞创新的特殊日子里,我们向全国广大科技工作者致以最崇高的敬意!

农业是国之根本,粮食安全是“国之大者”。在我国农业现代化的征程上,无数农业科技工作者以把论文写在祖国大地上的赤诚,扎根田野、深耕沃土,用智慧和汗水破解农业生产中的难题,为保障国家粮食安全、助力乡村振兴注入了源源不断的科技动力。

他们是田野上的追光者,是丰收背后的隐形英雄。

中国科学院微生物研究所农业微生物技术团组,正是这支队伍中的杰出代表。他们在生物技术与农业的交叉领域深耕不辍,把实验室搬到田间地头,用实际行动诠释了爱国、创新、求实、奉献的新时代科学家精神。

今天,我们推出这篇特别报道,记录这支微生物国家队的奋斗足迹,致敬每一位在平凡岗位上创造不凡业绩的科技工作者。

在祖国广袤的田野上,有这样一群人:他们的“实验室”是烈日下的棉田、深山里的菌棚、边疆的牧场。

他们手中的“武器”不是锄头和镰刀,而是显微镜和培养皿;他们调遣的“士兵”,是肉眼看不见的微生物。

他们是中国科学院微生物研究所农业微生物技术团组。这支由多位科学家领衔的团队,年复一年穿梭于实验室与田间地头,用微生物的“魔法”为中国农业现代化写下独特注脚。

01

棉田里的十八年

如果你问郭惠珊研究员,十八年有多长?

她会告诉你,是从一株棉花到另一株棉花的距离。

2008年,当郭惠珊第一次站在新疆的棉田里,面对的是被称为“棉花癌症”的黄萎病。这种土传病害一旦暴发,轻则减产,重则绝收,全世界束手无策。要破解这道难题,考验的不仅是“十年磨一剑”的坚持。

转机来自一个纯粹的基础科学发现:团队率先捕捉到自然界中天然存在的“植物-真菌跨界抗病RNAi”现象。这个在学术圈引起轰动的发现,为他们打开了一扇全新的大门——既然存在天然的核酸干扰机制,为什么不能给棉花设计一套“免疫系统”?

从理论到种子,从实验室到棉田,团队建立了跨界RNAi介导的陆地棉种质创新技术体系。

多年的抗性鉴定给出了一组扎实的数字:RNAi棉花的抗黄萎病性较受体品种提高了55.7%。2017年,拥有完全自主知识产权的“中科棉1号”问世——在重病田的产量比对照品种高出41.7%。

“我们的技术就像是给棉花打了‘抗体’。”郭惠珊这样解释。这项从0到1的突破,登上央视新闻直播间,被国际期刊《The Scientist》专题报道,入选“十三五中国科学院科技成就展”,并斩获2020中国农业科学重大进展和第十二届大北农科技奖创新奖。

十八年,足够一个婴孩长大成人。而对郭惠珊团队来说,这是从一粒种子到另一粒种子的生命接力。

02

点“土”成金的密码

中国70%以上的国家级贫困县,都位于马铃薯主产区。对那里的农民来说,土豆既是主粮,也是钱袋子。

仲乃琴正高级工程师比大多数人都更早意识到:这片土地需要的不是更多化肥,而是一把农民增产增收的钥匙。

这把钥匙,就是微生物技术对土壤的改良和病害的防控。

她带领团队利用有益微生物及其代谢产物,研发出一系列提高肥效、改良土壤的技术。环保肥料增效助剂将肥料利用率提高约30%,让农民可以少用20%的肥料;土壤调理菌剂则让板结的土地重新“呼吸”,作物增产超过10%。

但真正的“硬骨头”是马铃薯疮痂病。这种病害让土豆表面布满疮疤,严重影响商品价值。团队建立起“化肥减施+肥料增效+功能菌剂”三位一体的综合防控体系,在内蒙古、甘肃等省区推广。

数据是最好的证明:技术在全国推广应用约3000万亩,在种薯及商品薯种植区累计推广1070余万亩,示范区平均增产12.9%。

更沉甸甸的是另一组数字:在贵州水城、宁夏南部山区、内蒙古商都等贫困地区,累计推广超过2000万亩,帮助种植户和企业增收29.6亿元。

团队牵头发明的多项技术获20余项专利授权,其中6项由肥料领军企业受让,从实验室走进了田间地头。

仲乃琴和她的团队证明了:微生物虽小,却能让“土”真的变成“金”。

03

一根甘蔗里的“革命”

甘蔗是中国的“糖罐子”,但这个罐子还不够满。

张杰研究员很清楚,要打破甘蔗育种的困局,不能只靠传统的杂交选育,必须在底层来一场育种技术迭代。

2023年10月,中国科学院正式启动前瞻战略科技先导专项—— 优质甘蔗新品种培育项目。该专项由微生物研究所牵头统筹,联合国内十余家科研院所及广西本土科研团队协同攻关。专项总指挥由钱韦所长担任,张杰出任专项总工程师。

项目团队依托智能育种与基因编辑双技术体系协同发力,顺利建成全自动智能化甘蔗表型精准选育平台与配套机器人原型机,搭建适配甘蔗物种的高效遗传转化体系和高倍体基因编辑体系,突破传统甘蔗杂交育种周期长、经验依赖、选育效率偏低等瓶颈,多途径创制优质甘蔗特色新种质20余份。

此外,团队同步推进优良品种筛选选育与配套标准化种植技术集成优化,相关种植培育技术已在广西多地落地示范,辐射推广种植面积达万余亩。

从“经验育种”到“定向选育”,张杰和专项团队正在重新定义一根甘蔗的可能。

04

登上Science封面的“柑橘保卫战”

2025年4月11日,国际顶级期刊《科学》以封面文章的形式,发表了中科院微生物所叶健团队破解柑橘黄龙病重要科学难题的研究成果。这是百余年来,全球黄龙病研究领域登顶的第一篇封面论文。

柑橘黄龙病有个令人绝望的外号——“柑橘界的癌症”。它已肆虐近50个国家,每年给全球柑橘产业造成超百亿美元损失。感染的果树叶片斑驳、果实畸形,最终整株枯死。长期以来,学界的主流判断是:这种病无药可治。

叶健研究员和赵平芝副研究员不信这个邪,他们把目光投向了柑橘的“远亲”——花椒、九里香等芸香科植物。八年攻关,团队揭示了其中的奥秘:这些抗病植物中存在PUB21DN旁系同源体,通过39个关键氨基酸变异,形成一种独特的“显性负效应”,能显著增强MYC2蛋白的稳定性,进而激活多种抗病蛋白及次生代谢物的合成通路。换言之,这些植物天生就有一套对抗黄龙病的“分子盾牌”。

破译机制只是第一步。团队紧接着构建了全球首个靶向稳定MYC2蛋白的药物筛选系统,引入深度学习算法,从百万级分子库中高效筛选出APP3-14等系列治疗多肽。广西、江西的田间试验传来捷报:APP3-14可显著抑制黄龙病菌定殖,单季防控效率达80%。

从“不可治”到“可治”,这个关键的“0到1”,利用人工智能技术和生物技术(AI+BT)获得肠道微生物来源新型多肽药物,为全球柑橘产业点燃了新的希望。

05

一株乳酸菌的“青贮人生”

什么样的饲草,能让牛羊吃得更香、长得更好?

钟瑾研究员的答案是:找对那株乳酸菌。

她的研究方向听起来微小而专精——乳酸菌分子遗传及资源利用。但正是这些不起眼的微生物,决定了青贮饲料的品质命脉。传统青贮技术粗放,损失大、品质差,长期困扰着草牧业发展。

钟瑾带着团队从全国各地采集、分离了几千株乳酸菌,从中靶向精细筛选出十余株功能菌,研制出一系列自主知识产权的青贮复合菌剂,成功打破了优质青贮饲料加工的技术瓶颈,同时还拓展了地缘性饲草及秸秆等农业副产物的饲用化利用。团队制定的青贮加工技术规程,每年示范加工优质饲草超10万吨,在内蒙古、山东、云南等地推广,有力支撑了草牧业的提质增效。

她的工作多次获得肯定:2020年获评“中国科学院年度感动人物”,同年获“中国科学院科技促进发展奖”;2021年,被授予“全国巾帼建功标兵”称号。

一株小小的乳酸菌,连接的是实验室的严谨与草原上牛羊的低哞。这是钟瑾的“青贮人生”。

06

小菌菇撑起“致富伞”

在所有农业微生物里,最让董彩虹研究员着迷的,是食药用菌。

茯苓、冬虫夏草、蛹虫草……这些珍稀菌类,是许多山区农民赖以生计的“金疙瘩”。但产量不稳、品质良莠不齐,始终是产业的痛点。

在湖北大别山,团队聚焦茯苓产业,攻克了同核体及交配型鉴别技术瓶颈,首创茯苓分子标记辅助育种技术,成功选育出高转化率新菌株,被黄冈列为主推菌种,为产区注入了新动能。

在青藏高原,团队建立起冬虫夏草产地精准溯源方法,主导制定覆盖全产业链的多项标准——这意味着每一根虫草从哪里来、品质如何,都将有据可查,为保护道地品牌、保障藏区牧民收益提供了核心科技支撑。

而实验室里的突破同样令人瞩目:蛹虫草基因编辑、基于RNP的金针菇基因编辑、茯苓基因编辑体系相继建立,安全菌株与抗病菌株的选育为产业发展铺就了更长远的道路。

从大别山的茯苓到高原上的虫草,董彩虹和她的团队让“小菌菇”真正变成了“致富伞”。

结语

从天山脚下的棉田到广西的甘蔗林,从大别山的茯苓基地到青藏高原的冬虫夏草产区——中国科学院微生物所农业微生物技术团组的科学家们,用脚步丈量田野,用科技点亮希望。

他们做的事,有时需要十七年才见分晓,有时要在一百万个分子里大海捞针,有时不过是从几千株细菌中找到最合适的那一株。

但正是这些看似微小而漫长的努力,守护着中国的棉花、糖罐子、马铃薯田和柑橘园,让“藏粮于地、藏粮于技”从一个政策目标,变成田间地头可感可触的现实。

他们用智慧与汗水,在祖国大地上写下了属于自己的论文。

在这个属于全国科技工作者的节日里,让我们向这些默默奉献的科技工作者致敬!

供稿:综合处

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