张友明：微生物技术助农业强，农民富，农村美

胖郑声鱼

农业绿色发展事关国家粮食安全、资源安全和生态安全，事关美丽中国建设，事关当代人福祉，事关子孙后代可持续发展。以微生物技术创新为龙头，推动绿色农业发展潜力巨大。

2015年，农业部正式启动“减肥减毒”行动。

2017年，两办印发《关于创新体制机制推进农业绿色发展的意见》，指出“以碧水青山是无价资产理念为导向...全力构建人与自然和谐共生的农业发展新格局，推动形成绿色生产方式和生活方式，实现农业强、农民富、农村美……”

这些政策的出台，源于在外源性污染和内源性污染的双重压力下，我国农业资源环境可持续发展的瓶颈约束越来越明显。也是基于中国消费者在满足了吃饱吃好之后，转向科学健康饮食的需求越来越迫切。

事实上，现代高效农业发展至今，“减肥药”已经不再是简单的减法。其底线是“粮食不减产”，目标是农业“增效”。那么，如何在做减法的同时做加法，守住粮食安全的底线，实现供给与生态的协调统一？

答案是:依靠科技创新实现农业绿色发展。山东大学微生物学国家重点实验室主任张友明和他的团队，经过长期探索，给出了解决问题的办法——

荧光假单胞菌固氮菌助力绿色种植

“荧光假单胞菌固氮剂”乍听起来很神秘，其实是一种农用微生物制剂。20世纪40年代有机化学农药发明后，人类控制病虫害的能力大大增强。然而，有机合成化学农药的长期大量使用带来了环境污染、生态平衡破坏和食品安全等一系列问题。

农用微生物菌剂作为一种新型肥料，能够分解土壤养分，刺激作物生长，提高土壤养分含量，产生多种生理活性物质，增强作物抗病性和抗逆性，提高作物产量和品质。它们被广泛应用于农业生产。

张友明，微生物学国家重点实验室主任，山东大学微生物研究所所长，山东大学亥姆霍兹研究所中国生物技术研究所所长。他的研究领域是微生物基因组编辑和天然药物生物合成。近五年来，他的团队共负责省部级科研项目50余项，其中国家级项目23项，发表SCI论文120余篇。2018年、2019年连续两年被评为“爱思唯尔中国高被引学者”。2019年被授予“欧洲科学院院士”。

他开辟了肿瘤血管生成和抑制的新领域，首创了Red/ET微生物基因组编辑技术；批准国际国内专利10余项；建立的大片段DNA直接克隆、多片段组装、质粒/基因组/BAC无痕突变修饰的研究平台，已在全球30多家著名生物医药公司、数百家科研机构得到应用。利用Red/ET转化具有肿瘤靶向定殖特性的益生菌表达抗肿瘤药物并进行体内动物验证，在国内尚属首创。

作为微生物技术领域的专家，张友明介绍，农用微生物菌剂是指用于农作物种植、畜禽养殖、水产养殖和农业有机废弃物无害化处理的活菌制剂。它们因菌株或菌株组合的不同而具有不同的功能和用途，包括:调节动植物微生态平衡，减少疾病；提高植物营养素和动物营养素的吸收能力，促进生长；加速有机物的分解和转化，清洁环境，净化水体等。

荧光假单胞菌属于假单胞菌属，能产生活性分子、水解酶等代谢产物，能促进植物生长，抑制植物病害。张友明团队在植物促生根际细菌中开展荧光假单胞菌的定向遗传转化和人工选育，引入固氮基因簇增加对植物的促生作用，突破了根际微生物的天然固氮极限，实现了肥料和农药施用的双减量，获得了集药肥于一体的微生物菌剂——荧光假单胞菌固氮菌剂。

荧光假单胞菌属于生物农药的杀菌剂范畴。本发明的改造后的荧光假单胞菌工程菌具有更突出的杀菌性能和更高的安全性，能够产生多种活性分子，有效治疗植物真菌和细菌，并能有效防治害虫和植物病毒病。团队的实验数据表明，改造后产品的杀菌能力提高了5倍左右，该成果已申请并授权相关发明专利。

目前荧光假单胞菌一般用于生物农药，对于生物肥料并不突出。张友明团队开发的荧光假单胞菌工程菌经过改进和优化，适用性非常广泛。它不仅适用于豆科作物，还在拟南芥、紫花苜蓿、茅草、小麦、玉米、大蒜、番茄、韭菜、生姜、苋菜等作物上进行试验。，效果显著。农民使用这种产品，只需要花费过去农药的成本，就可以收获农药和化肥的双重效果。在减肥的同时，给农民带来了实实在在的好处。此外，高浓度微生物菌剂还可作为连作障碍严重地区的土壤修复剂，抵抗有害细菌的生长，减少病原菌的积累，提高根系活力，增强作物抗逆性，增加产量。

张友明团队先后与禹城农药厂、山东省农药研究所、中国化工集团公司合作开发科研成果，产品已申报农药登记证。目前项目已经实施，与青岛德信生物科技有限公司进行产品产销合作。

CM复合菌剂助力绿色养殖

针对水产养殖相关的环境污染问题，团队研发了CM复合菌剂，可用作生物除臭剂和堆肥调理剂，不仅可以降低成本，还具有抑制有害菌、净化环境、降解抗生素、提高产量等多重功能。

“禽流感”、“非洲猪瘟”等疾病的发生，增加了水产养殖的风险，提高了水产养殖的准入门槛，造成肉蛋奶价格上涨，影响民生和食品安全。

CM复合菌剂通过其成分中乳酸菌和放线菌的相互协同作用，具有很强的杀菌能力，能有效抑制和杀灭病原微生物、腐败菌和致病菌，避免养殖废弃物对家畜、操作者和环境的危害。同时，微生物菌剂可以除臭和净化环境。能有效抑制大肠杆菌等腐败菌的生长，减少大肠杆菌分解氨基酸产生的氨气等有害气体；菌剂中的硝化细菌和反硝化细菌能将粪便污水中的含氮有机物转化为离子化合物，抑制氨气的挥发；微生物菌剂中独特的固氮假单胞菌能将空气体中的氮转化为铵并在反应器中积累。长期使用可明显降低氨气、硫化氢、异味等有害气体的浓度。在饲养环境中，减少病害诱因，增加堆肥全氮含量。菌剂中的光合细菌可在厌氧光照或好氧黑暗条件下进行光合作用，硫氧化细菌可将硫化物或低价硫有机物氧化成单质S或SO42-，从而实现含硫臭气的去除。

长期以来，抗生素在水产养殖中被广泛使用，并随着畜禽粪便对土壤和环境造成二次污染。CM复合微生物菌剂中的假单胞菌、光合细菌、酵母菌、芽孢杆菌等成分，通过高温发酵，可以生物降解畜禽废弃物中的头孢菌素、阿维菌素、红霉素、四环素、金霉素、土霉素等常见抗生素，去除抗生素药物残留，保护环境。

结果发现，在粪便水处理过程中长期使用CM复合微生物菌剂后，反应器中产生恶臭和动物疾病的类杆菌、毛螺旋菌、梭菌、真细菌等细菌数量逐渐减少，芽孢杆菌等部分有益菌的比例明显增加。连续施用微生物巢3个月后，垫料含水率维持在70%左右，pH值为7，为维持微生物活性提供了保障。同时，由于含碳量降低，反应器垫料木质素含量增加，有利于破碎造粒，是生产有机肥的优质原料。

CM复合微生物菌剂作为养殖场的生物除臭剂，不仅绿色环保、处理效率高、适应性广、针对性强，而且处理成本比物理化学法低60% ~ 70%。另外操作简单，还能化害为利。粪便无害化处理的同时进行施肥，粪便处理由高投入低产出变为低投入高产出，彻底颠覆了传统，有利于水产养殖中污染物的资源化利用，促进循环农业。目前，该成果已与当地多家企业合作推广实施，部分产品已进入生产、RD和营销阶段。

2020年是实现全面建成小康社会目标的一年。为推动农业质量和绿色发展，农业农村部于2020年3月印发了《2020年农业农村绿色发展工作要点》的通知。张友明团队在微生物技术领域的研究和创新，为实现农业和绿色产业的双减提供了强有力的科技支撑。

我们任重道远，积极推进产学研建设、创新创业的融合发展。

作为山东大学的学术带头人和微生物学国家重点实验室的带头人，张友明教授在科研道路上从未止步于个人成就。他务实，关注民生，带领团队长期致力于科技成果转化。他还适应时代需求，结合当地资源环境和行业需要突破的关键技术难题，扎实推进产学研建设、创新创业的融合发展之路。

他的团队研发的“固氮杀虫杀菌微生物菌剂生产新工艺”项目于2020年初成功试生产，这是一项突破性进展，也是其与学校、地方企业三方合作的标志性产业化项目。团队与青岛亿邦生物公司合作研发的非洲猪瘟载体疫苗项目被列为山东省自然科学基金重大基础研究；团队转化项目“城市污水处理共生复合微生物(CMA)污泥减量技术”为国内首创，达到国际先进水平...

如何将团队的多项成熟科研成果尽快转化实施，应用于相关产业、经济社会发展和服务人民健康生活的需求，成为张教授多年来一直面临的重要挑战。

为了建立成熟的成果转化生态系统，实现科研创新服务经济社会发展的战略大局，张友明教授一刻也没有懈怠，在科研之余投入更多精力探索和推进产学研创新生态系统建设。在他的努力下，山东大学微生物学国家重点实验室与青岛啤酒、华为、华大基因、鲁抗等龙头企业在基因测序、生物信息学、健康大数据等领域开展了深入的产学研合作。面对当前新冠肺炎常态化的严峻形势，他迎难而上，积极与当地政府沟通合作，建设了造福人民健康福祉的国家微生物技术创新中心和包括新冠肺炎在内的病原微生物研究“三级安全实验室”。积极推进投资10亿元的小分子药物和健康产品研发生物医药产业中试基地建设和投资13亿元的细胞医药产业园建设；建立了以健康产业和绿色制造产业为重点的青岛国际海洋合成生物医药产业园、以科技创新与产业创新融合为重点的青岛蓝色经济区生物技术国家重点实验室联合体等10多个产学研合作平台项目。

作为一个在国外留学多年的学者，他深知中国与海外发达国家在科研成果转化、创新、创业、融合等方面的差距。回国后，他积极致力于推动国际合作和国际化的进程。他的科研团队与德国亥姆霍兹联合会的Rolf Müller院士长期保持着密切的合作。得益于双方的长期合作和共同努力，团队多年来在微生物基因组编辑技术领域保持了独特的技术优势和创新特色。双方合作的成果包括建立了山东大学-亥姆霍兹生物技术研究所(简称SHIB所)、微生物基因组工程学科创新引智基地、亥姆霍兹国际实验室等国际合作平台。这些国际合作平台位于蓝色硅谷核心区，崂山北麓，黄海之滨，鳌山湾畔。周边有100多所高校、国家重大科研平台和各类科技创新创业平台。它们是科学研究、成果转化和孵化的理想场所，也是中德微生物领域科技合作和国际建设的典范。同时，这些合作平台和产业园的建设顺应了时代和国家战略性新兴产业的发展需求，创造了更多的就业机会，有利于引导一批重大科技创新项目应用于生物、医药等产业的绿色转型升级，提升我国新兴生物技术产业在当前发展中的竞争力。

科学技术服务于经济社会发展和人民健康需求是必然，也是国家战略发展的需要。张友明教授带领团队迎难而上，勇于创新，不负使命，展现了一个齐鲁学者对民生的承诺。