11月14日,第八届“大北农科技奖”在京揭晓,中国农业科学院饲料研究所姚斌研究员的“饲料用酶技术体系创新及产品创制”科研成果一举摘得特等奖。
中国农业科学院饲料研究所1994年成立了中国饲料研究领域的第一个饲料酶工程研究室,开创性地将基因工程等新技术应用到传统饲料行业的研究工作中去。2001年,主持完成的研究成果“利用基因工程酵母生产植酸酶”获得国家科学技术进步二等奖,获国家“863”十五周年先进个人、重要贡献奖。姚斌及其研究团队,以饲料用酶的分子生物学、基因工程研究及其产业化开发为突破口,带动饲料生物资源的前期开发和应用技术研究,引领学科发展,使我国饲料用酶的基础研究和产业应用实现了从无到有的跨越式发展,并迅速成为一个兼具国际竞争力和社会经济效益的新兴产业。姚斌于2004年获农业部有突出贡献的中青年专家称号, 同年入选“新世纪百千万人才工程国家级人选”;2012年获得国家杰出青年科学基金项目资助,并同年获评农业部“农业科研杰出人才”。
90年代中后期,中国已成为世界第二大饲料生产国,但是饲料添加剂尤其是饲料酶制剂的研究水平与西方发达国家相距甚远。饲料酶制剂不仅可以减少饲料中抗生素及其他化学添加剂的使用, 提供更为安全、优质的动物产品,而且能大幅度减少动物排泄物中的氮磷等有机物含量, 减轻环境污染。同时,酶制剂还可以提高饲料利用率并拓展新的饲料资源。饲用酶制剂的质量取决于酶的活性高低、酶分子的性质及稳定性。当时国内酶制剂研究的主要途径是利用传统方法筛选优良菌种,酶制剂的活性较低,产量和功能都难以满足实际应用需要。国内的酶制剂市场主要由国外公司占有。
姚斌研究团队针对阻碍饲料用酶规模应用的两大瓶颈性问题——酶的性能和生产成本,确立了从酶的分子生物学等基础性科学问题入手、系统性解决的研究思路,即通过酶基因等新型资源的高效挖掘、酶的催化和构效机制研究及进一步的分子改良来解决酶的性能问题和知识产权问题;通过酶蛋白高效表达的机制及表达生产技术研究来解决生产成本问题。通过二十年的不断钻研,该团队建立了比较完善的饲料用酶基础研究和产品开发技术平台,取得了多项科研成果,确立了在饲料高新技术研究和实际应用领域的领先地位,同时还起到了很好的示范作用,推动了整个行业的可持续发展。
其实,不仅是在国内,姚斌研究团队所进行的饲料用酶的部分研究开发工作始终处于国际领先水平。以饲料用植酸酶为代表的多种饲料用酶的基因注册数量以及相关研究文章的发表数量按机构排名均为第一,实现了在饲料用酶技术领域从零到顶的发展,确立了饲料研究所在饲料用酶研发领域的世界领先地位。截至目前,该团队申请中国及国际发明专利63项,已授权37项。共发表酶制剂、饲料生物技术等研究相关的论文250余篇,其中SCI收录论文150余篇。专利及技术转让(许可)达到18项次,并成功实现了向美国的技术转让(二项次),转让金额超过5000万元。
团队关于饲料用植酸酶的研究和开发工作始终处于国际领先水平。在拥有自主知识产权基因和技术的前提下,已由1998年首次实现规模化生产的单一的植酸酶发展为较完整和细分的植酸酶系列产品,可针对不同动物和饲养技术区别应用,且生产技术水平持续提升。生产亟需的耐高温植酸酶生产水平已达到6.4万IU/mL,始终高于其他报导水平。研究团队成功地将研究成果投入到实际生产中。在对饲料用植酸酶技术深入研究的基础上,团队在其他饲料用酶技术上取得整体性突破,形成了比较完整的饲料用酶酶种生产的产业链。除植酸酶外,饲料用木聚糖酶、β-甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、α-半乳糖苷酶等多种酶制剂已实现产业化生产。
研究成果获得了较大的经济效益、社会效益和环境效益。以植酸酶为例,目前植酸酶的国内市场价格较国外公司进入中国的1995年下降了24倍,添加成本下降了近70倍,利用本单位技术生产的植酸酶产品占据了国内植酸酶市场份额的90%以上, 50%以上的产品实现出口,国外产品基本退出中国市场。此外,植酸酶应用可减少饲料添加的磷酸氢钙5—7kg/吨,扣除添加的酶制剂成本,可降低饲料成本12元/吨,该产品的广泛应用每年可节约饲料原料磷酸氢钙20万吨以上,节省饲料成本约9亿元以上,创造了可观的经济效益。还可使动物粪便中的磷排放降低40%,磷累计减排400万吨,且促进其他营养元素的吸收。酶的应用可大幅度提高饲料利用率,使动物粪便中的碳、氮等有机物排量减少500万吨以上。实现了经济效益、社会效益、生态效益“三赢”。
姚斌最常说的就是“每个人做好一个点的工作,点多了就连成了线,线多了,就形成了面”,他也正在科研工作中带领他的团队形成一个又一个闪光点,这些闪光点,终将会支撑饲料及酶制剂领域更好更快的发展。(王苑)