糖是生命科學(xué)領(lǐng)域非常重要的一類生物大分子,糖生物工程技術(shù)是繼基因工程、蛋白質(zhì)工程之后,人類歷史上第三大生物平臺技術(shù),其核心必然是糖鏈測序與糖鏈合成技術(shù),糖鏈的從頭測序、微量樣品的糖鏈測序、糖鏈測序的高效性、穩(wěn)健性、易操作性、通用性等,這些決定了糖鏈的結(jié)構(gòu)--功能關(guān)系研究。糖鏈的產(chǎn)業(yè)價值不僅限于生物醫(yī)藥和人類健康,對于植物健康也具有非常重要的意義,特別是在糖鏈與植物免疫這個領(lǐng)域,具有極大的想象空間。專訪中國科學(xué)院過程研究所博士、中科榮耀公司總經(jīng)理趙勇,探秘其研究了二十多年的寡糖的研發(fā)與應(yīng)用技術(shù)。

請您科普一下甲殼素、殼聚糖、殼寡糖的區(qū)別及其在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用,尤其是殼寡糖的應(yīng)用特點。

甲殼素和殼聚糖都是多糖,主要來源于蝦蟹殼、昆蟲外殼、真菌細胞壁等,代表了自然界中最為豐富的生物質(zhì)資源之一。甲殼素,也叫幾丁聚糖,難溶于水和常規(guī)的有機溶劑。甲殼素經(jīng)高溫強堿脫乙?？梢缘玫綒ぞ厶?殼聚糖難溶于水,但可以溶于弱酸。殼聚糖經(jīng)過酸水解或酶水解可以得到更低分子量的殼寡糖,殼寡糖易溶于水。因此特點目前在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用最普遍的是殼寡糖,其作為一種植物免疫誘抗劑,或生物刺激素,在我國已有二十多年的應(yīng)用推廣經(jīng)驗。

殼寡糖并非植物營養(yǎng),但其可以通過改善植物自身的根系發(fā)育,間接地提高植物的營養(yǎng)吸收效率。殼寡糖更不是傳統(tǒng)意義上的靶向性農(nóng)藥,但其可以通過激活植物自身的先天性免疫防御系統(tǒng)(Pattern triggered immunity,PTI),提高植物自身對于生物性脅迫(病蟲害)與非生物脅迫(低溫、干旱、鹽堿)的應(yīng)對能力,增強植物的抗病和抗逆性能,減少化學(xué)農(nóng)藥的使用量,與化學(xué)農(nóng)藥一起使用,還具有協(xié)同增效的效果。

經(jīng)過多年的應(yīng)用摸索,殼寡糖第一市場定位是防控植物病毒病,其次是與噻唑膦或阿維菌素等搭配而成的線蟲解決方案。我認為,未來殼寡糖的應(yīng)用市場主要還在與化學(xué)農(nóng)藥的協(xié)同上,通過殼寡糖來提質(zhì)增效。

中科榮耀是用殼聚糖酶酶促方式制備的殼寡糖,該方式與傳統(tǒng)用酸降解和氧化降解相比,優(yōu)勢和技術(shù)難點是什么？

殼寡糖的制備方法主要有三種：化學(xué)法、物理法和生物法,目前市場上主流的方法是生物酶法。市場更愿意在制備方法上做文章,事實上,關(guān)鍵的問題不在于是不是生物酶法,而在于生產(chǎn)出來的殼寡糖的結(jié)構(gòu)特性。據(jù)確鑿的證據(jù)表明,雖然同是酶法生產(chǎn)的殼寡糖,產(chǎn)品的活性可以相差很大。而殼寡糖的使用者往往不具備結(jié)構(gòu)分析來分辨優(yōu)劣的能力,所以,常有使用端客戶反饋,殼寡糖的效果不夠穩(wěn)定。本質(zhì)原因在于對殼寡糖的結(jié)構(gòu)的控制,結(jié)構(gòu)決定了穩(wěn)定性和功能。

殼寡糖的結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜在聚合度所代表的糖鏈長度不一、脫乙酰度GlcNAc單糖和GlcN單糖組成比例不同以及乙?；植嫉呐帕许樞蚨鄻?。殼寡糖雖功能多樣應(yīng)用廣泛,但不同的結(jié)構(gòu)特征對應(yīng)著不同的機理。

圖1 不同聚合度殼寡糖的空間結(jié)構(gòu) 

中科榮耀的殼寡糖二十多年來持續(xù)創(chuàng)新,歷經(jīng)多次技術(shù)迭代,在創(chuàng)新的過程中總結(jié),制備優(yōu)質(zhì)的、高活性的殼寡糖,必須綜合考慮四個要素：原料、工具酶、過程工藝、結(jié)構(gòu)機理。

請您詳細分享下殼寡糖的應(yīng)用情況和效果。

誘導(dǎo)抗病毒病是市場對殼寡糖的第一定位,在50μg/mL殼寡糖處理下,作物病情指數(shù)降低率可達85.45%。相似試驗結(jié)果的作物有煙草、木瓜、黃瓜、辣椒等。殼寡糖對真菌病害防效作用約在40-85%,且具有廣譜性。與靶向性殺菌劑混配,內(nèi)外兼顧,可起到減藥增效作用。包括吡唑醚菌酯、乙蒜素、戊唑醇、氰烯菌酯等。新功能發(fā)現(xiàn)殼寡糖還有降解農(nóng)殘的顯著作用。

圖2 煙草誘導(dǎo)抗病毒試驗(左)和黃瓜白粉病試驗 (右)

除了實驗室試驗,中科榮耀團隊與國內(nèi)知名的生物農(nóng)藥公司、肥料企業(yè)和地方植保站建立了長期的合作與探索。例如與北京三浦百草張劍波在馬鈴薯的田間應(yīng)用,噴施3%殼寡糖50倍液噴處理,試驗結(jié)果顯示對黑痣病防治上性價比優(yōu)于進口醚菌酯,防效為75%。另外還表現(xiàn)出對早疫病70%的防效,以及可見的根系發(fā)達,莖潰病發(fā)病減輕。

圖3 殼寡糖處理后的馬鈴薯、醚菌酯處理和空白對照 

中科榮耀的核心競爭力和產(chǎn)品優(yōu)勢是什么？

中科榮耀是由中國科學(xué)院過程工程研究所與蘇州市市政府共同孵化的一家科技型企業(yè),專注于高品質(zhì)寡糖的研發(fā)與生產(chǎn)銷售,目前已建成年產(chǎn)300噸的殼寡糖原料和6000噸制劑的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線。相較規(guī)模,我們更注重產(chǎn)品質(zhì)量和用戶價值。有國家科技部背書的千萬元科研經(jīng)費,在十三五期間,我司把重點精力頭方在本就有強優(yōu)勢的研發(fā)端,先后創(chuàng)制了三種新型結(jié)構(gòu)的寡糖：DA-誘抗素、幾丁寡糖素和褐藻寡糖,每種不同結(jié)構(gòu)的寡糖都有其獨特的功能定位：褐藻寡糖,促生根的效果就非常顯著,是一種非常優(yōu)秀的肥料增效劑；DA-誘抗素的誘導(dǎo)抗蟲能力很強 ；殼寡糖,誘導(dǎo)抗寒和抗病毒病、真菌病、線蟲都有顯著效果。

任何一家農(nóng)藥或肥料公司都需要開發(fā)有競爭力的好產(chǎn)品,而好產(chǎn)品往往離不開好的原料,高品質(zhì)的原料產(chǎn)品必不可缺。但是“這個原料產(chǎn)品為什么好？”,能把這個問題講透的并不多。其次,原料品質(zhì)在實際應(yīng)用過程中,需要多重檢驗。

中科榮耀一直是減法戰(zhàn)略,我們只專注于做好寡糖原料產(chǎn)品,又有二十多年寡糖研發(fā)與應(yīng)用技術(shù)經(jīng)驗的加持,相較而言我們更有優(yōu)勢更有經(jīng)驗去研發(fā)創(chuàng)制更好的寡糖,并且能夠講清楚為什么更好,怎么才能用好,怎么才能幫助用戶更大化的提升產(chǎn)品力和問題解決能力,我認為這才是我們的核心競爭力。