ARC技术：守护“油瓶子”安全——“生物技术兴农”系列报道之一|微生物_新浪财经

转自：中国科技网

科技日报记者马爱平

“作为我国重要的油料作物，花生的提质增产需要攻克两个难题，一是黄曲霉毒素的污染阻控，二是花生结瘤固氮的效率提升。”近日，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在接受记者采访时介绍，历经20多年的研究，他所在团队从土壤源头开展黄曲霉毒素阻控和结瘤固氮的探索，研发了ARC功能微生物菌剂诱导花生高效结瘤固氮提质增产一体化技术（以下简称ARC技术）。这项技术不仅提高了花生的固氮能力和产量，还有效降低了黄曲霉毒素污染的发生率。

日前，该技术成功入选农业农村部发布的2024年农业重大引领性技术。

从源头上控菌减毒

黄曲霉毒素是迄今发现毒性最大、致癌力最强的一类真菌毒素。花生、玉米等粮油产品易受黄曲霉毒素污染，对其进行污染阻控一直是世界性难题。国内外研究表明，土壤中黄曲霉菌和寄生曲霉菌是感染花生的初侵染源，与花生继发的黄曲霉毒素污染紧密相关。目前，对于粮油作物中黄曲霉毒素的污染阻控主要是在收获、运输、加工环节进行防控抑制或降解、脱毒等。但这样的方式需要消耗大量能源和库容，且无法直接从田间生产源头控制。

同时，花生属于豆科作物，能够与土壤中的根瘤菌共生结瘤固氮，将空气中的氮气转化为作物养分——氨。目前现有的豆科植物与根瘤菌共生固氮的理论是结瘤自调控，即豆科植物会针对环境有效氮素的多少做出相应调节，平衡个体的结瘤数量和结瘤固氮过程中的能量消耗。但自然状态下花生根瘤数量少，固氮效率差，难以满足高质高效绿色生产需求。如何提高花生结瘤固氮效率，同样是世界性难题。

既然花生控毒固氮的两个难题均与土壤有关，那么，能否在田间源头阻控花生黄曲霉产毒菌的同时，提高花生的固氮能力，减施化肥从而实现绿色增产？

研究前期，团队鉴定出了与黄曲霉毒素污染密切相关的微生物种群，同时发现花生主产区土壤黄曲霉产毒菌与根瘤菌丰度呈负相关，黄曲霉代谢物显著抑制根瘤菌生长。据此，科研人员组配了黄曲霉阻控与结瘤耦合的海量组合，并开展实验室接种培养筛选和大田聚合筛选，最终发明出ARC功能微生物菌剂。

ARC包含了三层含义：“A”代表黄曲霉毒素控制；“R”代表诱导根瘤菌结瘤固氮；“C”代表耦合同步实现。ARC功能微生物菌剂实现了从源头阻控黄曲霉毒素污染，突破了结瘤自调控理论认知，在不使用外源根瘤菌的条件下诱导超级结瘤固氮。“把黄曲霉毒素的控制关口前移，移到大田生产里面去，就能从源头降低收获后花生黄曲霉产毒菌的丰度。”李培武介绍。

技术应用成果显著

2020年至2024年，ARC技术已在全国花生主产区连续4年示范应用，使这些产区的花生普遍结瘤时间提前、结瘤数量增多、结瘤及固氮时间延长、固氮酶活性提高，示范点增产显著。2022年，全国农业技术推广服务中心等组织，对全国花生主产区示范点进行的ARC技术现场测产结果显示，高、中、低产田及盐碱地四类产田花生果黄曲霉产毒菌丰度降低了60%以上，花生仁黄曲霉毒素污染水平下降80%，黄曲霉毒素源头阻控效果十分明显。同时，四类产田普遍显著增产，平均增产19.67%。

2023年，河南省正阳县黄磊家庭农场2800亩花生连片示范现场的考察结果显示，技术示范区花生正处于饱果期，植株叶色浓绿，生长健壮，根系发达，根瘤数量显著增加，果实更饱满。“应用ARC功能微生物菌剂后能明显减少死苗、烂果，还能明显提高花生的品相，花生果变得又多、又白、又饱满，每亩增收200元到300多元应该不成问题。”种植大户黄磊说。

除了让花生提质增产，ARC功能微生物菌剂应用在其他作物生产中也有显著效果。2023年，在黑龙江省黑河市爱辉区西岗子村，全国农业技术推广服务中心组织专家组对“ARC生物菌剂提质固氮耦合技术研发及产业化”项目成果进行实打实收现场验收。结果显示，应用ARC大豆提质固氮耦合绿色增产技术后，大豆瘪荚率降低，结荚层增多，收获当天根系仍有大量鲜活根瘤，株高、单株荚数、粒数等与对照组相比分别提高了16.83%、25.65%、29.32%。“我们抱着试试看的态度用了ARC微生物菌肥，大豆在苗期时长得茂盛、抗病、盖草好，成熟后结荚多，每个荚都是三四个豆粒，产量明显不一样了！”村民徐长胜说。

“二固”“三增”优点突出

业内专家认为，ARC技术创新性突出，打破了豆科作物共生固氮理论的现有认知，具有“二固”（固氮、固碳）和“三增”（增产、增效、增安全）的鲜明特点，在控制黄曲霉毒素污染和减损、减肥、减本、减碳方面具有广阔的应用前景。

李培武介绍，在使用ARC功能微生物菌剂后，植株前期长势好，苗齐、苗壮，病害发病率明显降低。收获期单株的荚果数明显增多，大豆籽粒的商品性状变好，色泽鲜黄，籽粒大小均匀，百粒重明显增加。从当前全国试验的情况来看，ARC技术为全国大豆单产提升、产能提升，提供了重要的技术支撑。

“未来，我们希望加强ARC技术大豆多点试验示范，拓宽ARC技术的应用渠道，在玉米和其他豆科作物中试验示范。同时，我们会不断探索ARC技术的科学机理，为非根瘤菌减毒与结瘤固氮的耦合机理，以及生物固氮提供新的原创性解决方案。”李培武说。