问题——油料供给安全与质量安全双重压力下,关键作物仍有“卡点” 大豆、花生同属豆科,是我国重要的粮油兼饲用作物,相关油脂在国内食用油消费中占据重要比重。
当前,我国食用油对外依存度仍处高位,提升大豆、花生等油料作物综合产能,是保障粮油安全、食品安全和饲料安全的重要抓手。
然而在生产与流通环节,两类国际性难题长期制约产业提质增效:一是黄曲霉毒素污染风险突出,直接影响产品质量安全与市场准入;二是自然条件下结瘤固氮能力有限,难以支撑绿色高效生产,化学氮肥补充又带来成本与生态压力。
原因——微生物生态失衡与传统路径“单点突破”难以兼顾多目标 黄曲霉毒素被认为是已知毒性和致癌性最强的真菌毒素之一,一旦污染,不仅造成产量损失与品质下降,还可能通过食物链危及公众健康,并对出口贸易形成硬约束。
业内人士回忆,加入世界贸易组织后,我国花生曾因难以满足欧盟更严格的限量标准而遭遇出口受阻,暴露出检测、评估与源头治理能力短板。
与此同时,固氮问题并非简单“缺氮”,而是作物与根瘤菌共生效率不足:结瘤数量偏少、固氮效率不高,导致对外源氮投入依赖上升。
单纯依靠增施化肥在短期内或可见效,但长期容易引发土壤板结、面源污染和温室气体排放增加,难以符合农业绿色转型方向。
传统科研与生产措施往往分别在“控毒”或“增产”上发力,难以实现质量安全、资源效率和生态效益的同步提升。
影响——从田间到市场的链条风险,倒逼“安全与增产”一体化方案 两大难题叠加,直接影响油料作物稳定增产与产业竞争力:一方面,污染风险会带来加工环节损耗、品牌信誉与市场准入风险,进而影响农民收益与产业预期;另一方面,固氮效率不足导致投入增加、单位成本上升,削弱规模化经营的可持续性。
在保障国家粮油安全的背景下,油料作物既要“多产油”,更要“产好油、产安全油”,这要求技术路线从单一目标转向多目标协同,从单点治理转向系统集成。
对策——ARC生物耦合实现“控毒+固氮”协同,构建绿色高效生产新路径 在第十四届中国创新创业大赛颠覆性技术创新大赛上获得最高奖的ARC生物耦合技术,正是围绕上述矛盾提出的系统化解决方案。
该技术由中国工程院院士、中国农业科学院油料作物研究所研究员李培武及团队首创,核心在于将两个看似不相干的方向——黄曲霉毒素污染控制与根瘤菌诱导结瘤固氮——纳入同一套生物学耦合框架,实现同步提升。
据介绍,ARC中“A”指向对黄曲霉毒素污染的源头阻控,“R”指向诱导根瘤菌结瘤固氮,“C”强调两者耦合协同。
技术应用于花生、大豆等豆科作物后,可在固氮固碳、增产增效增安全等方面形成综合效应,并在减少有害菌、降低损耗、减少化肥投入、降低成本、减碳等方面体现绿色价值。
其逻辑并非“叠加两项措施”,而是基于土壤微生物群落的互作规律,推动田间生态向有利于作物健康与养分高效利用的方向重构。
这一成果的形成,源于长期连续攻关。
研究团队自上世纪末开始面向产业痛点布局研究,先后突破黄曲霉毒素高效检测等关键技术,为风险识别和监测奠定基础;随后把重点前移至源头阻控,通过对污染分布态势持续跟踪监测,系统解析代表性菌株与群落特征。
在此过程中,团队观察到根瘤菌与产毒黄曲霉相关指标存在明显的此消彼长关系,由此提出耦合思路:在抑制产毒菌的同时,强化结瘤固氮能力,推动作物在安全与产量上实现协同提升。
围绕这一思路,团队在土壤微生物群落中开展分离鉴定、筛选组合与反复优化,最终形成可推广应用的技术体系,推动科研成果从实验室走向田间。
前景——从示范推广到产业化应用,服务粮油安全与农业绿色转型 业内认为,ARC技术获得权威赛事认可,释放出两个信号:其一,面向重大需求的原创性农业科技成果正加快形成可复制的生产解决方案;其二,技术的产业延伸与市场前景受到看好,有望在更大范围内推动油料作物生产方式转型。
随着我国对粮油作物产能提升、质量安全监管与绿色低碳发展的要求不断提高,能够兼顾“增产、提质、减投、控风险”的技术更具推广价值。
下一步,ARC技术的持续验证与扩大应用仍需在不同生态区、不同土壤类型与不同栽培模式下开展规模化示范,完善标准化操作与配套服务体系,并加强与种业、农机、加工、仓储等环节协同,形成覆盖全链条的安全与效率提升方案。
通过科技创新与产业需求同向发力,有望进一步释放大豆、花生等油料作物的增产潜力,降低对外部资源投入的依赖,提升我国油料产业的韧性与竞争力。
从基础研究到产业应用,从实验室到田间地头,ARC生物耦合技术的成功突破充分体现了科技创新对产业发展的驱动作用。
二十余年的持续攻关,不仅破解了长期制约大豆花生产业发展的关键难题,更为我国粮油作物绿色高质高效生产开辟了全新路径。
这一成果启示我们,面对产业发展中的深层次问题,需要科研工作者的执着坚守和创新思维,更需要将科技优势转化为产业优势,才能真正实现科技与产业的共生共赢,为国家粮油安全和食品安全提供有力支撑。