農(nóng)業(yè)廢棄物是指在整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中被丟棄的有機類物質(zhì)，包含農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)中產(chǎn)生的廢棄物，主要指農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便。
數(shù)據(jù)顯示，我國每年產(chǎn)生各類秸稈約 9 億噸、畜禽糞污約 38 億噸。農(nóng)業(yè)廢棄物再利用，不僅能促進農(nóng)業(yè)資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，助力實現(xiàn) “碳達峰、碳中和” 目標，還有助于延長現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，拓寬農(nóng)民增收渠道，具有經(jīng)濟、社會和生態(tài)等多重效益。
今年1月，來自上海農(nóng)業(yè)科學院的研究人員利用食藥兩用真菌蛹蟲草，將農(nóng)業(yè)廢棄物如秸稈和廢棄菌渣轉(zhuǎn)化成高附加值的抗癌藥物噴司他丁，研究成果發(fā)表在期刊 Green Chemistry 上。
據(jù)上海市農(nóng)科院食用菌研究所鄒根研究員介紹，每生產(chǎn) 1 公斤蘑菇，就會產(chǎn)生 5 公斤的廢棄蘑菇培養(yǎng)基質(zhì)。目前，我國栽培食用菌年產(chǎn)量約 4000 萬噸，產(chǎn)生約兩億噸的廢棄蘑菇培養(yǎng)基質(zhì)（SMS）。
SMS 富含木質(zhì)纖維素、蛋白質(zhì)、生物活性天然產(chǎn)物和其他必需元素，如被適當回收或再生利用，極有潛力成為一種較好的資源。在農(nóng)業(yè)中，可用作肥料和堆肥；在工業(yè)中，基于 SMS 為底物的產(chǎn)品包括包裝和建筑材料、生物燃料、化學品和酶，然而這些傳統(tǒng)回收方法很耗時，轉(zhuǎn)化率和附加值較低。因此，迫切需要環(huán)保、可持續(xù)的SMS處理措施。
蛹蟲草。受訪者供圖
“食用菌本身就是食品，利用它生產(chǎn)的東西相對安全。選擇蟲生真菌蛹蟲草的原因有兩個。首先，蛹蟲草不僅是一種食用菌，還是一種名貴的藥材，蛹蟲草含有的一種活性物質(zhì)是 FDA 認證的治療白血病的一線藥物噴司他丁，其他食用菌也有很多有生物活性的天然產(chǎn)物，但被 FDA 認證的其實很少，這不是對其他食用菌功效的否定，只能說現(xiàn)階段還缺乏系統(tǒng)性臨床實驗。”鄒根說，“其次，蛹蟲草長得較快，從孢子接種 20 幾天就開始形成子實體了，很多食用菌栽培都是數(shù)以月計。”
通過在體外優(yōu)化能有效降解 SMS 的纖維素酶混合物，然后將優(yōu)化后的纖維素酶體系引入蛹蟲草，鄒根研究員團隊成功將 SMS 轉(zhuǎn)化為高附加值的抗癌藥物噴司他丁，該方法生產(chǎn)噴司他丁的產(chǎn)量不僅比工業(yè)上常規(guī)利用抗生鏈霉菌發(fā)酵生產(chǎn)高 10 倍以上，而且與化學合成相比，避免了使用各種復(fù)雜有毒有害化學試劑，分離純化更方便，整個合成過程也更環(huán)保。
據(jù)了解，該項研究的創(chuàng)新之處在于首次將食用菌做成抗癌藥物的細胞工廠，并且成功將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化成了高附加值的抗癌藥物，這充分驗證了利用合成生物學可以實現(xiàn)高回報的農(nóng)業(yè)生物經(jīng)濟與可持續(xù)的綠色生物制造，也是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。鄒根研究員表示，該實驗仍有可以改進的地方，蛹蟲草細胞工廠雖可利用纖維素為底物進行液態(tài)或者固態(tài)發(fā)酵，但一般秸稈和廢棄菌渣等農(nóng)業(yè)廢棄物的主要成分是木質(zhì)纖維素，而纖維素只是木質(zhì)纖維素的一部分，木質(zhì)纖維素相比纖維素是更為復(fù)雜、更難利用的一個成份，下一步計劃是將廢棄菌渣等農(nóng)業(yè)廢棄物的利用率進行進一步優(yōu)化，建立更穩(wěn)定和高效的細胞工廠。
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