精耕大洋,挖掘深海生物资源宝藏

自然资源部第三海洋研究所60年奋斗足迹之三

编辑:记者陈佳邑  来源:288563体育在线   发布时间:2019-11-20 10:15:19   [打印本页] [关闭窗口]

  在自然资源部第三海洋研究所,有一个独特的微生物“银行”—— 中国大洋微生物菌种库,堪称世界藏量最大,种类最多。库中2570份大洋生物样品、2.3万株海洋微生物菌种,面向全国开放共享,为深海微生物研究与开发提供重要的深海微生物样品。

  昔日,深海生物开发是我国蓝色科研领域一片未开垦的“处女地”,海洋三所人潜心研究开发海底“沃土”,破解深海生物密码,成果令人刮目。中国大洋生物基因研发基地、国家海洋微生物资源平台、海洋药源生物种质资源库、中国大洋样品馆生物样品馆……一系列用于海洋生物资源保藏和开发的设施平台在这里搭建,一大批具有自主常识产权和广阔市场前景的海洋科技成果,在经济社会发展中日益展现出无限的魅力。

  培养“吃”油污的“细菌大军”

  时至今日,被称为“美国历史上最严重的生态灾难”的墨西哥湾溢油事件依然深深刻在人们的记忆中。海面上经久不散的浮油,“身披”油污的海鸟、鱼类等,诉说着这场惨剧的触目惊心。

  由于石油烃类污染物的潜在毒性和生物积累效应,溢油会导致近岸海域环境质量和生物种类多样性指数下降,破坏海洋生态系统功能。

  寻找“吃”油微生物、降解油污一直是科学家们探索的方向。

  当溢油事故发生后,靠传统的物理、化学方法处理可能会发生二次污染。海洋三所海洋生物遗传资源重点实验室主任邵宗泽先容道,利用“吃油”菌来清除石油烃,不仅成本低,而且对环境更友好,除污更彻底。

  “吃”油菌又称噬油菌,它在自然界中由来已久,不少种类的细菌、真菌都能利用原油中的有毒物质完成生长,从而达到降解石油的目的。据了解,噬油微生物的“胃口”并不仅限于海面上的油污,它们还能沉入海底,或渗透到沉积物中,一边“饱餐”,一边对污染物进行彻底降解,既不会对海域造成二次污染,也不会留下什么“后遗症”。邵宗泽说,其实这些石油“清洁工”早在一个世纪前就被发现了。1989年,美国阿拉斯加发生大规模漏油事件,这一空前海洋生态浩劫引起了研究者对于噬油菌的高度注意;墨西哥湾钻井平台溢油事故的发生再度引起学者对于噬油菌的关注。为此,美国开展了大量海底石油降解微生物生态学的研究。

  我国相关研究起步较晚。2003年,邵宗泽带领团队开启对深海微生物烃降解菌的探究。十几年间,从近海、深海、大洋到极地环境,他们在各类海洋环境中采样、分析烃类降解菌的多样性分布特征,先后获得了3000多株石油降解菌资源。

  “通过研究,大家首次揭示了细菌从烷烃感受、趋化、吸取到代谢调控的复杂过程,开发了高效的海洋石油降解菌剂,可用于含油废水治理及海洋溢油的生物治理。”邵宗泽说,科研人员对海洋微生物进行富集、初筛、复筛,最终筛选出石油高效降解菌株,为海洋生物修复实践奠定了基础。

  2016年1月,厦门市观音山人造沙滩受到重油污染,面积达3000平方米。如何有效清理海滩油污,又避免二次污染发生,邵宗泽团队培养的“吃油菌”大军临危受命,奔赴“战场”,4种石油烃降解菌各显“绝技”,不断传来获胜的战报。

  “大家肉眼就能看到沾满油污的泥沙渐渐由黑变黄。”邵宗泽回忆道,半年后检测显示,投入的菌株对海滩的石油污染总去降率达到99.7%,“那些经过降解的油泥还可以像泥巴土一样重新填埋”。

  “目前,利用微生物治理石油污染的应用技术在我国的研究开发相对较少,但巨大的市场需求表明生物修复将成为海洋石油类污染物处理的主力。未来,大家将重点开发微生物除油制剂等环保微生物制剂等产品。”邵宗泽说,如今,实验室已与多个国家和企业开展了共建合作,相关产品技术已经投入应用。

  帮助对虾们“强身健体”

  邵宗泽团队还将海洋微生物研究拓展到动物“保健品”行业,培养出能够对抗虾病、帮助虾类“养生”的有益菌种。“这种益生菌可以分泌活性物质,抑制虾池里病原菌的肆虐,避免抗生素滥用,同时促进对虾的饲料消化与健康生长。”邵宗泽说明道。目前,这种抗虾病微生物制剂已经进行实际应用。

  1993年,对虾白斑杆状病毒曾在我国沿海养殖区暴发,随后又在泰国、印度、 朝鲜、日本及太平洋海岸国家肆虐,防治对虾白斑病成了一道世界性难题。由海洋三所徐洵院士带领的团队迎难而上,经过悉心研究,于1997年在世界上率先破解了迄今已知最大的动物病毒——对虾白斑病病毒基因组密码,为后来防治这种病毒立下了头功。

  1998年,海洋三所开始涉足深海微生物研究。“深海生物,由于其生境特殊,在长期的生命演化过程中,会形成一些功能特殊的基因或代谢物。这些基因资源和活性物质,对解决人类的重大疾病和资源环境等问题有着十分重要的意义。”邵宗泽指出,正因如此,深海生物基因资源被许多国家视为战略性资源。20余年来,海洋三所培育了一支从事深海生物及其遗传资源研究开发的科研团队,逐渐将原本荒芜的深海生物资源研究“处女地”,变为了我国海洋科技重点研发的“沃土”。层出不穷的研究成果确立了其在深海生物及基因资源研发方面的领军地位。

  “大家已经不是孤军作战了,因为国家探索深海生物的力量在一天天壮大。”邵宗泽欣慰地说。2004年,288563体育在线微生物菌种保藏管理中心(国家海洋微生物资源平台)建立并投入使用。海洋三所既是该中心的承建方,又是菌株种类捐献的最大贡献方。据了解,该中心现有菌株2.3万株,并以每年2000多株新增菌株的数量迅速扩大着整个菌种“队伍”。“中心现在已经成为一个具有国际影响力的国家海洋微生物资源平台,同时具备深海基因资源采集、研发双重功能。”截至去年12月,中心共为317家高等院校、科研单位、医院、政府部门及企业提供了菌种资源14000余株/次共享服务。

  彰显深海新菌的神奇

  海藻寡糖生物肥、蓝湾氨糖保健品、海洋胶原蛋白肽系列化妆品……谈起海洋三所的深海生物“创业”成果,海洋三所产业处处长陈力如数家珍。围绕海洋生物资源高值化利用,海洋三所走出了一条独具特色的蓝色道路。

  1994年,海洋三所还未系统开展海洋科技成果转化及应用研发。没有实验室,甚至连间像样的办公室都没有,团队就在一个废弃的澡堂子里“创业”了好几年。2000年,三所成立了化学与化工研究中心,初步构建起海洋产业研发平台。2004年,海洋生物遗传资源重点实验室被科技部批准为国家重点实验室培育基地。一系列专业科研平台催生了海洋技术成果不断涌现。

  地处重庆东南边陲的酉阳县花田乡是远近闻名的“贡米之乡”。当地土壤肥沃,光照充足,昼夜温差大,出产的贡米获得国家地理标志和有机双认证,但农家肥的不足严重限制了水稻的产量。如何在符合有机标准的前提下,实现水稻增产,提高抗病虫害能力?由海洋三所研发的海藻肥为花田乡提供了解决方案。

  “海藻肥是一种以龙须菜为原料、利用微生物发酵制备的海藻寡糖生物肥。”海洋生物遗传资源重点实验室副主任曾润颖告诉记者,“这种肥料没有使用化学试剂裂解,绿色无污染,还能有效增强农作物抗病虫害的能力”。2009年10月,由曾润颖领衔的深海生物酶课题组将研究方向锁定龙须菜琼胶寡糖领域。

  龙须菜广泛养殖于我国南方海域,主要是用于提取琼胶和作为养殖鲍的饲料,具有较高经济价值。然而琼胶提取过程需要使用大量强酸碱,极易造成环境污染,且由此产生的藻渣也极难处理。即使是从琼胶中提取寡糖,也无法真正解决环境污染和成本问题。曾润颖团队决定另辟蹊径,直接跳过提取琼胶这一过程,将菌株与龙须菜共同培养。经过不懈探索,研究团队率先研发出“一步法”生产工艺,通过从太平洋深海沉积物中分离得到的一株火色杆菌,用它从龙须菜中酶解出海藻寡糖,从而避开中间的琼胶提取工序,有效降低了生产和污染治理成本。

  然而,提取出寡糖只是生物肥研制的开始,随后,团队又连续数月试验,改进,再试验,再改进,最终获得了最佳的海藻肥优化配方,成功使海藻肥专利技术由实验室迈向工厂化。2012年,曾润颖团队攻克了提取龙须菜琼胶寡糖的所有技术难关,并于2013年获得了国家发明专利。“太平洋火色杆菌中丰富的酶系简直称得上可以‘包治百病’。”曾润颖玩笑道。

  凭借这项酶解寡糖技术,实验室先后研发出海藻寡糖系列化妆品、防脱发产品等,并与企业对接,成功实现了成果转化。昔日让人感到遥不可及的深海生物,如今却走进了寻常百姓家。

  架起对接产业的桥梁

  过去,阻碍科技成果转化的主要原因就是基础研究和市场需求脱轨,导致许多来之不易的实验室成果总是“躺在抽屉里睡觉”。

  2017年,海洋三所海洋生物产业化中试技术研发公共服务平台通过验收并投入使用。“该中试基地相当于一个新型‘孵化器’,在基础研究与企业需求之间搭建起桥梁。”中试平台陈晖高级工程师如此类比。

  该平台通过模拟企业生产线,验证实验室工艺能否放大并投入生产应用,同时为其提出相应的修改或优化方案。“有了该平台,可有效简化用户的生产流程,为其节约大量时间和成本。”陈晖说。

  据先容,该平台已经具备了海洋生物活性产物分离纯化、海洋藻类规模培养、海洋中药材研发等功能。截至目前,已为40余家科研院所及企业提供了70多项技术服务。陈晖说:“大家希翼打造一个第三方技术服务机构,使蓝色科技造福更广地域和更多人群。”未来,该平台将逐渐与各地科技园区对接,通过“虚拟入园”,为更多中小企业提供技术帮助。

  近来,海洋三所的海洋生物天然产物化合物库、海洋微生物制剂产业开发平台、海洋中药材和海洋中药研发技术平台等建设也相继启动。

  幽静深远的大洋海底,蕴藏着无尽宝藏,丰富的海洋生物资源,开发潜力尤为可观。背倚万顷碧波,海洋三所的目光看得更远。未来海洋三所将统筹建立更加规范、高效、安全的运行机制,从社会和企业需求出发,着力推动实验室技术的市场转化,以更多的高新技术成果,为海洋经济高质量发展提供有力支撑。