果园里卖不出去的橘子被扔掉，超市里卖相不佳的苹果被丢弃，水果加工厂的下脚料堆积成山……这些富含糖分、维生素和矿物质的废弃水果，常因腐烂变质成为环境负担。在全球范围内，每年有大量水果被浪费、损耗。 然而，在中国农业科学院烟草研究所，科学家们成功将这类看似无用的废弃水果，通过发酵转化成守护植物健康的“生物农药”——天然抗菌物质伊快霉素。这项发表在《工业作物与产物》的成果，不仅为解决水果浪费难题提供了新思路，更开创了绿色农药生产的新路径。 “我们在研究中发现，木贼镰刀菌D39发酵产生的伊快霉素对多种植物病原真菌有显著抑制作用，并且固体发酵产量很大，具备产业化的前景。”团队成员赵栋霖介绍，这令研究人员惊喜不已。 研究团队在后续准备田间试验的时候发现，运用固体发酵提取工艺复杂，难以进行大规模生产。液体发酵，作为工业化更常见的方法，自然成了团队的下一个尝试。问题随之而来——液体发酵需要大量碳源，比如葡萄糖、果糖，而这些原材料成本不低。 说干就干，研究人员从最常见的废弃水果——苹果入手。他们提取了废弃苹果中的糖类和淀粉，制成苹果提取液，尝试替代传统的液体培养基进行微生物发酵。 实验证明，当这些“天然营养液”加入发酵罐后，木贼镰刀菌D39如同获得“能量补给”，生产伊快霉素的效率大幅提升。数据显示，使用废弃苹果提取液作为培养基时，伊快霉素产量达到20.8毫克/升，不仅接近传统培养基的产量，更将原料成本降低了60% 以上。这种“变废为宝”的模式，让每吨废弃水果都能转化为具有经济价值的生物农药原料。 为什么废弃苹果提取液能高效促进伊快霉素生产？科学家们揭开了其中的奥秘——提取液中的果糖和淀粉扮演了关键角色。 据团队负责人张成省介绍，果糖能直接参与微生物代谢，不仅提供了发酵所需的能量和碳源，还能激活伊快霉素合成途径中关键酶的活性，提升合成效率；而淀粉则是伊快霉素合成过程中不可缺少的原料，确保整个生物合成顺利进行。 有趣的是，实验发现，并非所有糖类都能促进伊快霉素生产，例如，蔗糖反而会抑制其合成——这可能是因为蔗糖的代谢路径与伊快霉素合成存在“资源竞争”。这种选择性代谢的发现，为优化发酵工艺提供了精准方向。 赵栋霖介绍，伊快霉素可以直接由微生物发酵获得，不必经过复杂的化学合成和结构修饰等，因此在成本和环保等方面具有显著的优势。同时，伊快霉素从结构上属于聚酮合酶—非核糖体肽类化合物，“目前的杀菌剂没有这类结构，我们也通过研究发现这类化合物具有全新的抗菌靶点，因此不会具有抗药性。”赵栋霖说。 这项研究的意义并不止于废弃水果利用。据团队首席科学家李义强介绍，目前，伊快霉素已在葡萄和烟草灰霉病、小麦赤霉病、稻瘟病等作物病害防治中展现出良好效果，田间试验显示其对部分病害防效可达70%以上，接近化学农药水平。更为重要的是，该研究将食品加工过程中产生的废弃物作为发酵底料，既有利于资源循环利用，也显著降低了生产成本，实现了环保与经济效益的双重提升。 “它可能成为一个全新靶标的天然产物农药。”李义强说，“目前天然产物农药大多是经过化学结构修饰后的产物，而伊快霉素可直接通过微生物发酵，并具有不同于现有杀菌剂的新型靶标。近年来，我国涌现了几十种新颖的绿色农药，已成为世界上为数不多的具有新农药创制能力的国家，但在原创性分子和靶标研究方面，我国仍有落后之处。如果伊快霉素能被推广，能够减少生产中的环境污染，降低农药残留，推进化学农药减量增效。新靶标农药属于新质生产力，能够提升我国在国际上新农药创制的地位，增强国际竞争力。” 第一座山，是伊快霉素本身的复杂结构。它并不是一种单一的化合物，而是一群差向异构体的“大家族”。要想逐个拆解、分离、纯化这些成员，不仅耗时耗力，而且对设备和技术要求极高。 “后来我们换了个思路。”有成员回忆道，“与其一味追求分离每一种单体，不如先看看这个‘组合拳’在田间是不是有效。”于是，他们放弃了对单一结构的执念，转向探索整个混合物的生物活性。这一策略的调整，成为推动进程的重要一步。 第二座山，则是对伊快霉素作用机制的研究。作为一种全新靶点的杀菌剂，它不像传统农药那样，能轻松找到“它攻击的是哪个部位”。团队不得不在蛋白表达、结构建模、靶标筛选等多个环节中反复试错，每一步都仿佛在黑暗中摸索。 “幸运的是，我们不是孤军奋战。”张成省说，“我们团队在菌株筛选、发酵优化、生物合成调控、结构挖掘、靶标解析和效果评价等方面都有明确的分工，遇到困难不断求助相关领域的专家。很多专家也给予了我们很大帮助。” 研究团队透露，他们正在与农药公司合作，开发伊快霉素的制剂产物。未来，果园修剪的残次果、超市淘汰的水果，都可能成为生产生物农药的原料，形成“水果种植—加工—废弃物利用—农业保护”的闭环产业链。这种模式如果推广开来，预计每年可消化数百万吨废弃水果，减少数千万吨碳排放，同时为农民提供更安全的植物保护选择。（本报记者 周姝芸）
