【 2024花生大会】李培武：花生减毒固氮增产技术解析
中国工程院院士，中国农业科学院油料作物研究所研究员、博导 李培武
花生大豆是我国重要粮油作物，占食用油56%，是重要饲料蛋白源，对保障粮食、食用油和饲料安全具有重要意义。
国家统计局数据，花生2020年面积4730.8千公顷，总产1799.2万吨，2021年1830.78万吨52%油 43%食用;花生油占食用油8-10%。
国家高度重视大豆、花生油料生产，在油料产能提升工程推进下，大豆花生迎来空前机遇与挑战，扩面积，提单产，保安全成为持续的课题。
花生属豆科，绿色高产，面临两大共性国际难题：
共性难题1:易受黄曲霉污染，威胁食品安全与生命健康
黄曲霉毒素毒性最大、致癌力最强，AFB,毒性氰化钾10倍、砒霜68倍I类致癌物，引发全球肝癌比例高达28.2%，我国每年病例占全球近一半。污染花生、大豆、玉米、大米等110余种农产品食品，全球25%粮油；制约国际贸易，如2008年出口花生AF超标RASFF通报比高达98.8%。
所以，黄曲霉毒素检测控制与质量提高一直是世界性热点问题。
我国粮油真菌毒素污染损失3100/3500万吨/年，约占总产5%；地处真菌毒素污染严重地区，受种植贮藏及气候影响，污染加重严重威胁粮食安全与食品安全，导致粮食损失是全球共性难题；我国食品安全严格限量标准:花生及制品20ppb,大豆及制品5ppb。
共性难题2:属豆科有固氮潜力效率低，绿色增产难
138年前1886年德国Hermann Hellriegel:豆科根瘤共生固氮花生大豆有固氮习性，可共生结瘤固氮 N2-NH3，每个根瘤类似一座微氮肥厂，原料空气N2，能源自太阳。如何多结瘤多固氮提单产国际前沿热点难题。关键难题在于结瘤少、时间短，酶活低、易受环境影响大豆固氮占所需氮80%，巴、阿固氮贡献80%，我国仅40-50%接种菌肥:巴90%，阿90%，美65%，不施或少施氮肥，中国10%巴、阿、美单产225/230公斤,中国仅133公斤，固氮潜力未充分发挥。
黄曲霉毒素污染源头在哪里?如何实现源头控制?我们科研团队在花生黄曲霉毒素产毒菌源头探索上实现了5大突破：
揭示了毒素与产毒菌、地理生态气候等53因素时空关联；
收集分离纯化鉴定了黄曲霉产毒菌株。构建了花生黄曲霉毒素产毒菌株库(3711 株)；
解析了黄曲霉菌株产毒力与遗传分化关系，绘制了菌株产毒力差异分布图，高产毒菌株占比20%，低产毒菌株59%为产毒力差异调控因子发掘和分子预警奠定了基础。
绘制出了我国花生15年黄曲霉毒素污染分布图。为锁定监管重点、解析污染规律、精准管控提供科学依据。
探明了花生黄曲霉毒素关键影响因素与风险排序。采用最大熵模型方法，气候气象、土壤环境、菌株等53个参数分析，明确温度、降雨、湿度、菌株产毒力黄曲霉毒素污染关键影响因素；
发现了花生黄曲霉毒素污染源头。黄曲霉毒素主要由黄曲霉、寄生曲霉等真菌产生；黄曲霉产毒菌来源:大田土壤黄曲霉侵染或附着，进入食物链；把源头阻控目标锁定在:大田土壤新挑战:能否阻控花生从土壤带菌?
花生控毒与固氮两个难题均与土壤微生物有关。如何减少花生果土壤带菌，源头阻控黄曲霉？如何促进结瘤提高固氮效率，实现绿色增产？能否大田生产环节阻控花生果黄曲霉带菌同时促进结瘤、提高固氮效率，绿色增产?
探索花生控毒固氮、提质增产、生态低碳、绿色发展新途径，对花生产能提升、食品安全与绿色高质量发展具有重要意义。我们科研团队创造性地提出黄曲霉毒素源头阻控与结瘤固氮大田耦合的科学设想：
鉴定出了黄曲霉毒素污染密切相关的微生物种群，86%真菌与黄曲霉及其毒素正相关，60%以上细菌负相关，负相关微生物种群:北方高于南方，如根瘤菌、芽孢杆菌等。
发现了黄曲霉产毒菌与根瘤菌丰度呈负相关，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。
解析出了土壤环境因子对根际微生物多样性影响，土壤锌钙磷铁及pH值与花生壳内微生物多样性密切相关湛江和红安黄曲霉毒素高污染高可能与土壤锌含量有关。
筛选鉴定黄曲霉生防菌种群，构建生防菌库。黄曲霉拮抗强菌株集中于蜡样芽胞杆菌、解淀粉芽孢杆菌、伯克霍尔德氏菌、路德维希肠杆菌等细菌种及棘孢木霉、哈茨木霉等；构建了我国首个黄曲霉毒素生防菌菌种资源库，保存菌株1701株，对黄曲霉毒素生防菌筛选、组配及源头防控具有重要意义。
组配控毒固氮菌剂海量组合，开展实验室+大田聚合筛选。组配了黄曲霉阻控与结瘤耦合海量组合，实验室接种培养筛选；大田聚合目标:花生果阻控黄曲霉菌同时，促进结瘤固氮。
创制出黄曲霉毒素系列阻控剂为解析调控路径、环境影响及绿色阻控提供关键材料。研制出了系列抑制剂:非脱羧勒克菌和阴沟肠杆菌等生防菌、W0,纳米复合材料、柠檬醛肟化衍生物等。
发明了黄曲霉毒素阻控与结瘤固氮耦合ARC微生物菌剂。控毒固氮耦合功能ARC微生物菌剂，获批国家登记证。ARC含义: A-黄曲霉毒素控制+R-诱导根瘤菌结瘤固氮 C-耦合同步实现。
创建了花生控毒固氮绿色增产ARC耦合技术。施用时期与方法:播种前作底肥/种肥，机施或无人机撒施/条施；ARC用量:亩用量3kg，成本30元/亩，遇到干旱应及时浇水灌溉。
花生ARC菌剂，通过广泛的试验示范，发现花生超级结瘤固氮现象。可使花生结瘤数增加10倍以上，瘤重增加8.8倍，固氮酶活性提高5倍以上，可减轻死苗及青枯病、烂果病、白绢病土传病与重茬危害；可增光合、促生长、防早衰，花生叶绿素提高28%、光合速率提高48%。收获期花生果，黄曲霉产毒菌丰度平均降低67.6%，最高98.5%；南方、长江、北方及东北产区降低74.2%、66.8%、64.8%、63.5%；花生储藏6个月黄曲霉毒素污染减少80%。
目前，ARC技术和系列菌剂产品2020—2023连续4年花生大田试验:普遍显著增产。2020年全国花生10省12个示范点，ARC花期追施增产5%-10%；2021年优化施用方法，15省17个示范点普遍增产，底施+追施增产5.6%-25%；2022全国16省40个示范点ARC底施增产最高，5.4%-53.85%，平均增19.67%2023全国17省市175个示范点ARC底施增产，5.37%—34.5%，平均增20.62%。
综上，从大量的试验示范结果来看，花生ARC提质固氮绿色增产，ARC耦合菌肥应用前景广阔。因为，ARC对花生生产:两固（固氮、固碳）三增（产、增效、增安全）效果显著，五减（减毒、减损、减肥、减本、减碳）潜力大，对花生控毒固氮、提质增产、量质齐升绿色发展保障食品安全及生命健康具重要意义。
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