——记中国科学院成都生物研究所研究员赵海

王思瑶

目前，全球粮食安全形势严峻，我国粮食安全也备受考验。如何充分开发新的非传统生物资源，建立有别于传统农耕的粮食生产模式迫在眉睫。对此，中国科学院成都生物研究所赵海研究团队经过15年的研究，对水生植物浮萍在保障粮食安全上的战略价值有了系统而深刻的认识，取得了重要的研究成果。

15年前，赵海的研究重心集中在薯类燃料乙醇关键技术的研究和开发，相关研究成果已获得实际转化应用。但当时学界和产业界均认为生物能源的开发必须遵循不“与人争粮，与粮争地”的原则，只要是土壤里种出来的作物就不是“非粮原料”。因此薯类的非粮属性始终被一些专家质疑。

为此，赵海和团队决定要寻找一种不占用耕地的无争议的非粮物种，他们另辟蹊径地选择在水生植物中寻找合适的对象，最终，关注到了浮萍这一浮水植物。

浮萍是一类在全球广泛分布的水生植物，可生长期长，在温、热带地区可全年生长。其繁殖速度极快，最适条件下30小时即可翻倍，是生长速度最快的开花植物之一。国外对浮萍作为新型生物资源的重要价值认识较早，但研究工作分散，而国内对浮萍的研究不多，只开展了一些零散的研究工作。

为了更好地研究浮萍，赵海收集了来自全球800余份具有地域代表性的浮萍株系，建成了全球最大的种质资源库；并通过高通量筛选与评价技术体系的建立，实现了各种特性的浮萍资源的系统筛选。

经过多年连续的系统研究，赵海团队发现，浮萍具有高光合效能，在诱导条件下光能转换效率能达到5.7%～6.6%，比C4能源作物和粮食作物更高，且超过90%的碳流向了淀粉合成。为此，研究团队完成了对最具淀粉生产潜力的少根紫萍的全基因组测序，系统阐释了浮萍高淀粉积累的机制。

经过严格科学筛选出的浮萍高淀粉积累株系，可在调控下经10天淀粉含量从6.52%提高到75.88%，达到2.5吨/亩/年的淀粉生产能力，是水稻亩产淀粉的6倍以上，已建成100m2的高淀粉浮萍自动化植物工厂，并完成模式验证。筛选出的高蛋白株系，蛋白质含量>50%，达到1吨/亩/年的蛋白生产能力，是大豆亩产蛋白的5倍以上。

团队还开展了浮萍生物质能源转化技术开发研究，以高淀粉浮萍为原料，取得了发酵效率>95%、乙醇浓度>13%，丁醇浓度每升10.65克、总溶剂每升18.65克的技术指标，达到国际先进水平。这一成果于2014年获得联合国工业发展组织（UNIDO）颁发的“全球可再生能源领域最具投资价值领先技术蓝天奖”。

除此之外，团队还开展了将浮萍作为合成生物学底盘生物的探索性研究，已建立了浮萍遗传转化、基因编辑和浮萍细胞悬浮培养技术体系，目前已实现了鸡瘟疫苗、白介素等高值活性物质在浮萍中的高效表达，并验证了由此获得的转基因产物的生物活性和功能。

目前，赵海团队发表浮萍相关《科学引文索引》（SCI）研究论文40余篇，申请发明专利12项，其中已授权11项，被公认为全球研究浮萍系统、全面的团队。2021年，团队参与第十届国际环境与可持续发展大会（ISCES），获得由联合国环境规划署颁发的“全球环境挑战赛”奖第二名。

对浮萍15年的研究，让赵海意识到浮萍是极具研究与应用价值的水生植物。浮萍结构简单，以无性繁殖为主，适于工厂化生产，具有“农业产品工业化”的前景，可提供一种有别于传统粮食生产的新型生产模式；并且还具有模式植物特性，可作为合成生物学的底盘生物，提供高效的生物反应器。同时，浮萍的种植还有利于水体净化和CO₂的减排，为减轻温室效应作出贡献，助力“双碳”目标的实现。

为此，赵海表示将继续在浮萍研究领域深耕，让这一具有战略价值的生物资源造福人类，发挥他作为科研工作者的应尽之力。

（责编：苏寒山）