“硒”望的田野

徐巧林

希望田野上“芳草萋萋，禾苗茁壯，金黃麥浪”，在我眼中，“xi”望的田野還不止這些。我是中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)學(xué)專(zhuān)業(yè)的博士，一直從事富硒相關(guān)的研究，我心中的“xi”，是硒元素。

“硒”是人體必需的微量元素，被譽(yù)為“生命的火種”“心臟的守護(hù)神”，但我國(guó)富硒耕地僅占耕地總面積的3%，我國(guó)居民硒的平均日攝入量與中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)推薦的最低日攝入量之間仍有31%的缺口，發(fā)展富硒功能農(nóng)業(yè)勢(shì)在必行。

缺即缺?富非富

富硒種植主要通過(guò)兩種方式：一種是天然富硒區(qū)可以利用土壤中的硒資源，另一種是缺硒地區(qū)可以通過(guò)外源增施硒肥，經(jīng)生物轉(zhuǎn)化方式使農(nóng)作物中的硒含量得到積累。

于是，我們走田間、看地頭、訪(fǎng)農(nóng)戶(hù)，2014年，我們跑了200多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。通過(guò)深入細(xì)致地分析，我們發(fā)現(xiàn)，在我國(guó)富硒區(qū)，由于硒的分布不均勻，且作物可吸收利用的有效硒含量低，加上不同作物對(duì)硒的吸收和轉(zhuǎn)化差異較大，農(nóng)產(chǎn)品的硒含量并不穩(wěn)定。因此，富硒區(qū)要著重活化土壤中的硒，提高植物對(duì)有效硒的吸收，同時(shí)穩(wěn)定控制植物可食用部分中的硒含量。在缺硒區(qū)，使用的硒肥產(chǎn)品安全性低、效果差，加上技術(shù)短缺，富硒農(nóng)業(yè)發(fā)展困難重重。因此，缺硒區(qū)要著重開(kāi)發(fā)安全、高效、低價(jià)的硒肥和配套應(yīng)用技術(shù)。

技術(shù)穩(wěn)“硒”

立足于富硒農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心問(wèn)題，針對(duì)富硒區(qū)“土壤有效硒難以活化”的問(wèn)題，我們采集了湖北恩施、陜西安康、江西豐城等富硒區(qū)土壤，分離了分布于38個(gè)屬（17個(gè)新屬）共968株生物納米硒合成菌株，首創(chuàng)了全國(guó)最大最豐富的富硒微生物菌庫(kù)，優(yōu)選出能活化土壤硒的菌株，可提高土壤有效硒含量2～4倍。針對(duì)“作物硒含量難以穩(wěn)定”的問(wèn)題，基于大量田間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們明確了不同土壤背景下38種農(nóng)作物硒的吸收和轉(zhuǎn)化規(guī)律，開(kāi)發(fā)了作物硒含量穩(wěn)定技術(shù)，并形成了20多個(gè)因地制宜的富硒種植技術(shù)規(guī)程。

追問(wèn)生物納米硒

針對(duì)缺硒區(qū)“硒肥產(chǎn)品安全性低、效果差”的問(wèn)題，依托實(shí)驗(yàn)室前沿微生物合成技術(shù)，我們合成了活性好、易吸收，安全性比有機(jī)硒高10倍，比無(wú)機(jī)硒高100倍的生物納米硒。

事實(shí)上，生物納米硒的納米結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)會(huì)明顯受到生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸以及儲(chǔ)藏等不同處理的影響，而納米硒的穩(wěn)定與否是其能否廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。

我們查閱了大量的文獻(xiàn)和書(shū)籍，學(xué)習(xí)了很多軟件分析工具和物理相關(guān)知識(shí)，終于解析出了生物納米硒的物理結(jié)構(gòu)?？晌覀儼l(fā)現(xiàn)生物和化學(xué)納米硒具有相似的粒徑、表面電荷、消光譜等物理特性，但為什么在各種脅迫環(huán)境下，生物納米硒要比化學(xué)納米硒的穩(wěn)定性更高呢？接下來(lái)，我們對(duì)生物納米硒的化學(xué)組成展開(kāi)分析，發(fā)現(xiàn)生物納米硒氮元素、有機(jī)元素總量高于化學(xué)納米硒，我們猜測(cè)，生物納米硒上包裹著蛋白。于是，我們進(jìn)一步對(duì)生物納米硒的表面蛋白進(jìn)行了分離和純化，并鑒定了兩個(gè)特異性蛋白。

最終，生物納米硒的高效合成和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定兩項(xiàng)世界性難題都在我們的不斷追問(wèn)中被逐一攻克。

從1升到10噸

要將生物納米硒落地并形成產(chǎn)品，還需完成最后一步，即建立工廠(chǎng)化生產(chǎn)線(xiàn)。從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化，中間包括了小試、中試等多個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要克服不同的技術(shù)難題。我們沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可參考，除了自己慢慢摸索，提升改進(jìn)，沒(méi)有別的路可走。我們順利從實(shí)驗(yàn)室搖瓶（1?L）實(shí)現(xiàn)了小試（10?L-50?L）和中試（500?L），將實(shí)驗(yàn)規(guī)模擴(kuò)大了500倍，中試試驗(yàn)成功，也就意味著科研成果的一只腳已經(jīng)踏入了產(chǎn)業(yè)化階段，這給了我們很大的鼓勵(lì)和動(dòng)力！

產(chǎn)業(yè)化階段（10噸）是對(duì)中試結(jié)果的繼續(xù)放大，這個(gè)過(guò)程并不順利。中試階段一個(gè)微不足道的小波動(dòng)，到了產(chǎn)業(yè)化階段，就會(huì)以幾何倍數(shù)放大。我們開(kāi)始仔細(xì)復(fù)盤(pán)每一個(gè)工藝細(xì)節(jié)，通過(guò)一步步調(diào)整發(fā)酵條件、培養(yǎng)基通氣攪拌等參數(shù)，反復(fù)試驗(yàn)，摸索出重現(xiàn)中試發(fā)酵最高產(chǎn)量的條件，最終突破了生物納米硒的10噸發(fā)酵瓶頸，開(kāi)創(chuàng)性地建設(shè)了全球首條生物納米硒富硒營(yíng)養(yǎng)液規(guī)?；a(chǎn)線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了納米硒在富硒農(nóng)業(yè)上的低成本應(yīng)用。

責(zé)任編輯：馬春梅