[00150774]海洋微生物来源抗植物病毒活性物质的开发与产业化

一、课题背景 1.种植业和植物保护行业对生物防治的巨大需求。农业是人类的生存之本,化肥农药是粮食和蔬果产量的重要保障。然而,大规模使用化肥和农药,在确保了粮食和蔬果产量提高的同时,也给生态环境和人类健康带来了巨大威胁。目前我国农业正处于提质增效、转型升级的重要时期,实现化肥农药使用零增长。新的农业发展形势对改良土壤、促进作物生长、改善农产品品质和提高作物抗逆抗病能力的功能性农业微生物产品有些巨大的需求。为鼓励微生物农药、农业微生物的快速发展,农业部通过的“农业生产无公害行动”、国家制定的战略性新型产业、海洋高技术产业都明确支持生物农药的发展;在“863”计划和2015 年中长期科技规划中,科技部均将生物农药列为重点攻关项目。由此可见,21 世纪生物农药将得到国家政策的大力支持。 2.海洋微生物农药应用的巨大潜力。从海洋微生物资源中寻找具有特殊功能的活性物质应用于农业是一个新的研究方向,有着很强的创新性和巨大的应用潜力。随着对海洋微生物研究的逐渐深入以及其他生物技术的快速发展,研究人员从中分离和筛选到大量的活性次级代谢产物,其中的很多活性物质被发现具有拮抗植物病原菌和抗病虫害等作用,现已逐渐成为新型农药及免疫诱抗剂研发的重要来源之一。 二、成果简介 1.填补海洋微生物来源创制类生物农药国内空白 本项目以心叶烟为模式菌株,利用烟草花叶病毒构建活性筛选模型,对前期构建的海岸带微生物菌株资源库中的微生物进行了快速筛选,从中得到一株对植物病毒有 较好抑制效果的菌株D19。依靠快速活性追踪模型,结合多种色谱分离技术,从菌株D19的发酵产物中分离得到了系列抗植物病毒活性化合物,利用核磁共振、圆二色谱、 单晶衍射等技术确定其结构,鉴定并命名了一个全新结构的化合物Actetrophenone A,其对多种植物病毒的防效可到80以上。通过验证其抑制病毒、钝化病毒、防治病 毒的效果,探究器作用机理,最后开展制剂配方的研究,根据产品的特性验证其效果,完成登记实验,获得产品登记证书,最终将其开发成为全新海洋微生物来源的抗植物病毒生物农药。此创制类生物农药的研制成功,将占领国内作物抗病毒生物农药50%以上市场,达到国际领先水平,是建国以来第2个、90年代以来第1个新型抗病毒生物农药,也是海洋微生物来源得国内首创。 2.微生物来源化合物分子库的初步构建,多个化合物为世界首次发现 利用模型进行活性追踪,结构多种色谱分离技术,从活性菌株的代谢产物中分离 得到了130多个天然产物,通过核磁共振、圆二色谱、单晶衍射等技术对其进行了结构鉴定,其中包括了20多个新结构化合物。 3.建立了海岸带农用微生物菌种资源库,填补国内空白 与中科院海岸带研究所及滨州医学院共建国内唯一的海岸带农用微生物菌种资源库,目前已保存包涵细菌、真菌、放线菌等在内的各类菌株1万多株,为后续产品开发、创新发展提供源源不断的微生物资源。 4.基于高效表达载体构建的超敏蛋白免疫制剂工艺国内领先 我公司基于蛋白组学基础上自主研发二代蛋白疫苗,构建了表达高效、抗性强、安全性高的细胞工厂,在工艺、菌株方面进行了全面优化,新产品含量高、活性高、稳定性更强,在作物病害防控及增产提质上效果显著,成本具有明显优势。 5.自主研发的高品质壳寡糖酶解生产工艺,优于市场同类产品 采用原位降解的筛选策略,获得海洋来源的壳聚糖降解酶高活性菌株,结合固态发酵工艺形成高活性壳聚糖降解酶制剂。该酶制剂效率达50g壳聚糖/1g酶制剂/30分钟,反应速率较之前提高了66.7%。得到的壳寡糖聚合度更低且脱乙酰度更高,产品活性更强。且工艺绿色环保,生产成本低,适合大规模工业化生产。 6.建立多种高通量筛选模型,筛选效率国内领先 建立了抗植物病原菌快速筛选模型、抗花叶病毒快速筛选模型、杀线虫快速筛选 模型、解磷固氮筛选模型等,对海岸带农用微生物菌种资源库中的微生物资源和后续持续获得的菌种资源进行快速活性筛选,同时微型孔板（shaken microtiter plat e,MTP）高通量发酵产物筛选体系,大幅缩短产品开发进程。 7.构建微生物免疫制剂产品“研发-生产-推广”全产业链 构建了涵盖“海洋农用微生物菌种资源库建设、新型海洋微生物功能菌和微生态 制剂产品研发、规模化生产、产品效果验证和示范推广”的新型海洋微生物绿色防控产品产业链。 产品及推广：已开发新型海洋微生物生防菌剂6种:D19抗植物病毒制剂、土壤修 复菌剂、寡糖型益生菌剂、免疫蛋白II菌剂、海藻复合菌剂、免疫功能菌剂,海水养殖微生态制剂3种:多效复合益生菌剂、芽孢杆菌免疫菌剂、多效调水剂。其中海洋微生物生防菌剂产品在水稻、谷子、人参、茶叶、葡萄、草莓、大棚蔬菜等作物推广面积108.5万亩。水产养殖微生态制剂产品在养殖区内推广面积达5.5万亩。