[01119316]益生芽孢杆菌系列发酵关键技术应用

随着国家和社会对国民健康、食品安全、环境污染的日益关注,化学农药的使用在各国都受到不同程度的限制,高效、低毒、低残留的生物农药成为农药产业的主要发展方向。生物农药不仅可以替代传统化肥,为植物提供养分,而且具有促生、拮抗病原微生物、提高植物抵御不良环境和减少化肥农药使用量等作用,对促进作物增产、作物生物灾害预防、生态可持续控制、无污染无公害的绿色食品生产及农民负担的减轻有着不可估量的应用价值。欧美等发达国家十分重视生物农药的研究开发与应用,目前世界上生物农药使用量最多的国家有美国、加拿大和墨西哥,截至2013年,生物农药的活性成分已有352种,1200多个产品登记注册,产品销售额达到25亿美元以上。因此,研发高效、环保、生态的生物农药对我国农业的可持续发展意义重大。芽孢杆菌是目前生物防治中研究和应用的主要微生物菌株,大量研究认为芽孢杆菌系列微生态制剂能有效地控制甜菜、莴苣、洋葱叶片上的灰霉病。对其它瓜、果、蔬菜等经济作物的灰霉病、纹枯病、白粉病、黑斑病等多种病害也具有显著的防治效果。 虽然生物农药出现较早,但芽孢杆菌活菌制剂在产业化过程中遇到了瓶颈问题,如：（1）芽孢杆菌系列菌株高效培养关键技术缺乏突破,当前国内在探索芽孢杆菌系列菌株的大规模培养过程中遇到不少问题,如发酵放大过程信息采集困难、制剂有效期不长、产品货架期短等,这些也是目前活菌制剂存在的普遍问题;（2）芽孢杆菌微生态制剂发挥主要作用的是其芽孢,尽管芽孢杆菌以内生孢子的形式存在,且对加工、运输过程中的干燥、高温、高压、氧化等不良环境因素的抵抗能力强、稳定性高,但目前芽孢杆菌制剂仍普遍存在有效期内活菌含量低、货架期短等问题。 针对以上问题,项目组通过8年研究,在完成一系列国家和省部级项目的基础上,立足“研究一种新型、高效、低毒、低残留的生物农药,实现其规模化生产与应用”的目标,攻克了芽孢杆菌系列微生态制剂发酵的关键技术,主要包括：（1）发明了理论估计与实时监测技术,实现了菌种高密度培养,构建出具有针对性的多阶段发酵调控技术,最终提高菌体生长密度和芽胞形成率;（2）发明了PCR-DHPLC检测与酶活测定技术,有助于加强实验室研究中对芽孢杆菌系列菌株各方面理化性质的研究;（3）首创了多阶段发酵调控模型,针对这四个阶段菌种数量增长的特性,结合MFA分析技术获得的化学计量模型,分段构建出各个发酵阶段的过程模型,实现对各阶段的优化控制;（4）发明了高效培养生物反应器技术,通过合理的计算放大,尽量消除局部效应,建立了200L到1000L多种生物反应器;（5）发明了提高微生物农药的菌体活性和持久性的技术。 项目共申请相关国家发明专利11项,其中授权8项;发表论文32篇,SCI收录8篇;出版学术专著一部。项目技术已于南京新百药业有限公司、江苏丰源生物化工有限公司等多家企业实现转化,其中与南京新百药业有限公司生产的蜡样芽胞杆菌制剂新增经济效益6323.21万元;同时,项目与江苏省农科院及南京市农业技术推广站成功推广应用,新增效益200余万元,共节支近10万元,具有显著地经济社会效益。