利用农业废弃物固态发酵生产阿维菌素：一种绿色可持续的生物农药制备新策略

为解决传统液态发酵(SmF)生产阿维菌素(avermectins)存在的高污染、高成本问题，中国农业科学院团队创新性地采用固态发酵(SSF)技术，以小麦麸皮、玉米芯等农业废弃物为基质，通过14天浅盘重复批次培养，使阿维菌素B1a产量达3.83 mg/gds，成本降低8.38%。该研究首次实现SSF规模化生产阿维菌素，为生物农药绿色制造提供新范式。

　　

在全球化作物保护需求激增的背景下，阿维菌素作为源自除虫链霉菌(Streptomyces avermitilis)的高效生物农药，年产量已超3500吨，市场规模突破30亿美元。然而传统液态发酵(SmF)工艺存在"三高"痛点：高能耗（需持续通气搅拌）、高污染（每吨产品产生20-50吨有机废水）、高成本（仅适用于经济作物），严重制约其在可持续农业中的应用。更棘手的是，全球每年产生的50亿吨农业废弃物若处置不当，将引发严重的环境问题。这一矛盾促使中国农业科学院团队探索将农业废弃物"变废为宝"的新路径——通过固态发酵(SSF)实现阿维菌素的绿色生产。

研究团队采用突变株NEAU12（源自CGMCC 4.8011菌株），创新性地构建了浅盘式重复批次SSF系统。关键技术包括：1）基于农业废弃物（小麦麸皮、甘蔗渣等）的基质优化；2）湿度（78.5%）与接种量（25%）精准控制；3）钴离子(CoCl₂)诱导的次级代谢调控；4）14天培养周期的动力学分析；5）四轮重复批次稳定性验证。

【材料与方法】
研究系统筛选了12种农业废弃物，发现小麦麸皮-玉米芯-蚯蚓粪复合基质（3:2:1）最利于菌体生长。通过Plackett-Burman实验设计，确定甘蔗糖蜜(8%)和(NH₄)₂SO₄(0.3%)为关键营养源，CoCl₂(0.05 mM)显著促进B_1a合成。

【结果与讨论】

1. 最优培养体系：在28℃浅盘培养中，第14天B_1a产量达峰值3.83 mg/gds（干基质），较SmF提高17%。产物中B_1a/B_2a比例稳定在4:1，符合农药标准。
2. 重复批次验证：四轮培养显示稳定性良好（RSD<5%），证实SSF工艺的工业可行性。
3. 成本分析：SSF使能耗降低62%，废水排放减少90%，综合成本下降8.38%。
4. 应用优势：SSF产物含活菌体(10⁸ CFU/g)及酶系，可直接用作微生物农药防控地下害虫。

这项发表于《Bioresource Technology》的研究具有三重突破：首次实现阿维菌素SSF工业化生产；创建农业废弃物高值化利用新模式；为链霉菌属其他天然产物（如多氧霉素、井冈霉素）的绿色生产提供模板。正如通讯作者Xiang Wensheng强调："该工艺使每吨农业废弃物的增值达300美元，真正实现了环境效益与经济效益的双赢"。未来通过整合代谢工程与智能发酵控制，有望将周期缩短至10天以内，进一步推动生物农药产业的可持续发展。