“我们已经从新疆盐碱地采集的微生物里，筛选出能依靠亚磷酸盐提供的碳与甲酰胺提供的氮而生长的微生物。”近日，南京工业大学（以下简称“南工大”）食品与轻工学院教授江凌团队成员、南工大副教授刘伟打开实验室一个冷藏柜的柜门，向记者展示了一个微生物的世界。
只见几层柜架上，摆满了培养皿。里面的微生物虽然身份各异，但都有一个共同的使命，那就是贡献出它们的耐盐碱基因，推动盐碱地治理。
最近，团队正在尝试将这些微生物应用于农业，希望能降低微生物菌种发酵成本，高效开发微生物菌剂。
系统筛选耐盐碱微生物
新疆盐碱地分布范围广、面积大，占全国盐碱地总面积的22%，是潜在的耕地战略储备资源。“极端微生物因其强大的氧化还原能力，以及独特的代谢产物，成为修复盐碱及重金属土壤最理想的微生物之一。”江凌说。
为了“唤醒”盐碱地沉睡的微生物资源，从2012年开始，历经十余年，南工大、南京师范大学、新疆农业科学院微生物应用研究所等机构的科研人员组建的联合研究团队，进行上百次野外科考，在新疆辐射污染区、阿克苏盐山、罗布泊盐湖、冰川一号、艾丁湖等特殊环境中，采集了500余份土壤样本。
“经过系统筛选，我们最终建立了国内最大的来源于新疆辐射、盐碱等极端生境的农业微生物种质资源库，收录了在极端环境中生长的5297株微生物菌株，并从中发现了乌鲁木齐异常球菌等14个微生物新种。”江凌说。
江凌团队成员、南工大教授朱丽英介绍，从新疆盐碱地中筛选耐受高盐环境，并能促进作物生长的微生物，始终是团队的目标。
团队从农业微生物种质资源库进一步筛选出白蚁菌IS7、芽孢杆菌HM-311等57株菌株。“这57株菌株中，86%的菌株可以在氯化钠含量达10%的溶剂中生存，50%的菌株具有分解无机磷的能力。其中，白蚁菌IS7抗逆性能强，不仅在氯化钠含量达10%的培养基上生长良好，同时具有解磷、解钾、固氮等特性；而芽孢杆菌HM-311对重金属吸附去除率达90%以上。”刘伟说。
开发微生物高效制备技术
想要将发现的极端微生物菌株用于土壤改良，需要将其大规模制备。
“以往制备菌株时，需要抑制杂质产生，灭除不相干的菌，所以要在高温高压的发酵罐中进行，能耗较高。”刘伟说。
团队在经过一年的摸索后，渐渐掌握了一种非灭菌高密度发酵过程放大技术。
“我们将发酵培养基中的磷源替换为亚磷酸盐，氮源替换为尿素和甲酰胺后，发现培养基中并没有滋生其他菌落，且亚磷酸盐、尿素、甲酰胺为筛选获得的微生物菌株提供了丰富的磷和氮。这意味着，将这些物质用于定向培养微生物菌株，可以提高培养的纯度和效率，降低发酵成本。”刘伟说。在此基础上，团队进一步通过人工神经网络和遗传算法结合的智能模型，对发酵培养基成分进行了优化，以菌株的生物量和发酵体系中菌群结构为评价指标，确定了最优发酵培养基组分，实现了芽孢杆菌的非灭菌发酵，使原料成本下降了30%。
盐碱土壤修复效果显现
“科研成果只有走出实验室，在厂房车间、田间地头开花结果，才能真正地发挥作用。”江凌说，极端生境农作物种植是个系统工程，考虑到微生物菌剂的应用过程受温度、酸碱度等环境条件影响，团队制备了基于功能菌、海藻糖、生物炭的三联复合微生物菌剂。
“我们将三联复合微生物菌剂应用于在重金属污染土壤中种植的盆栽玉米，发现菌剂固化了土壤中的重金属离子，玉米芽与根对铅离子的富集量分别下降了40.86%和51.34%，玉米植株长度与干重分别提高了23.6%和73.3%。”刘伟说。
我国新疆地区盐碱土地分布广，农业种植难。针对这一问题，团队还与新疆天物生态环保股份有限公司开展联合技术攻关，开发了系列复合微生物菌剂，取得了3项肥料登记证，并在新疆石河子、阿克苏等地区的盐碱地进行了盐碱土壤修复示范工程。
江凌介绍，通过3—5年的推广应用，碱解氮、速效磷、速效钾、有机质等土壤肥力指标分别提高了26.3%、24.7%、40.2%、37.8%。同时，盐渍化土壤农作物的生长与存活率得到有效提升，其中，棉花、沙棘、甘草等作物存活率分别从57%、55%、60%提升至96%以上，亩产分别提升了21.5%，26.4%、18.3%。
“未来，我们希望能筛选出更多耐盐、吸附土壤重金属的微生物，用于改良江苏等沿海区域的盐碱地，以提高土壤肥力、植物产量。”江凌说。