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BSM CHEMICAL CO.,LTD

群访:拉美市场第二代固氮技术大有可为

2022-09-23
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陆雨田

陆雨田

Project managers of Biologicals; Editors

世界农化网

世界农化网中文网报道: 


编者按氮是植物生长和生产的一个关键限制要素。近一两年来,合成化肥价格上涨,同时化肥对气候和环境的影响逐步成为人们关注的重点,从而增加了对能够固定土壤中的营养为作物所用的创新商业化产品的需求。AgroPages世界农化网邀请到固氮微生物领域的创新型公司领导者Marcus Meadows-Smith、本土专家Carlos Becco和顾问Francys Vilella分别发表对拉丁美洲固氮市场的初步看法。


诸位能否介绍一下拉丁美洲市场上固氮产品的类型。这些产品有哪些技术上的突破?

   

Francys:


要回答你的问题,我们需要回顾巴西开始生物固氮的时代。在20世纪60年代,世界上最重要的科学家之一Johanna   Döbereiner博士在巴西研究可用于农业的生物固氮过程,以减少矿物肥料的使用。在同一个十年里,基于她对根瘤菌的研究,生物固氮(NBF)研究被纳入″巴西大豆改良计划″。生物固氮在大豆生产时可以大大降低对矿物肥料的依赖,这意味着巴西每年可以节省数十亿美元。随后,固氮菌的使用范围扩大,新的研究对国家变得越来越很重要,这些研究包括关于草和固氮微生物之间的关系,以及固氮细菌与非豆科植物的内生共生关系。这些年来发现了越来越多具有生物固氮潜力的物种和菌株,并将其用于大豆、玉米、豆类、甘蔗等作物。


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固氮由非共生菌和共生菌完成。非共生菌(例如褐球固氮菌、拜氏固氮菌和梭状芽孢杆菌)固定土壤中的游离氮,不与植物共生,因此不存在对彼此都有利的物理上的相互作用。共生菌(例如根瘤菌、慢生根瘤菌和固氮螺菌)通过在宿主植物的根部定植,与植物形成互利的物理上的相互作用。接下来,共生菌繁殖并刺激根瘤的形成,并在根瘤处将游离氮(N2)转化为氨(NH3),供宿主植物使用。种子一般用共生菌类的商业产品接种,特别针对种植于贫瘠,以及不利于微生物种群发展的土壤环境。

 

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生物固氮是一个在微生物的作用下N2被还原成NH3的酶解过程(固氮酶)。尽管大气中含有丰富的氮,但这种对生物功能十分重要的元素的形式不能被真核单细胞生物同化。为了使氮适合同化,必须由含固氮酶的所谓固氮微生物创造一个三键。固氮酶对氧极为敏感,可以与蛋白质的铁成分发生反应。保护固氮酶不受O2分子的影响,对厌氧菌来说不是问题,但对好氧物种,如蓝细菌、自由生活的好氧菌以及与豆科植物共生的固氮菌来说可能成为一个主要障碍。不过,这些微生物有办法防止O2与固氮酶接触,如通过保持在细胞内的高呼吸代谢。还有一些微生物能够产生胞外多糖,从而限制O2在细胞中的扩散。

 

豆科植物的生物固氮是通过与被称为根瘤菌/慢生根瘤菌的细菌共生而实现的,这些细菌与根部相互作用,形成被称为根瘤的特殊结构。根瘤内发生酶促反应,将大气中的氮转化为宿主植物使用的氨。作为回报,植物为根瘤菌/慢生根瘤菌提供碳源,并为固氮创造有利的环境。

 

大豆种植利用这种机制的情况最多,甚至从上面所说的时间就已开始。在巴西登记的接种剂有500多种,其中50%以上用于大豆,75%以上基于慢生根瘤菌固氮。还有另外相当一部分用于玉米和豆类。

    

Marcus:


固氮产品用于大豆的历史已有几十年。大豆和其他豆科植物自然固氮,不过,几十年来,农民一直在应用接种剂来帮助优化这一过程。今天,有一类基于微生物的新产品,其在根部定植,帮助玉米、小麦和其他非豆科植物固氮。BioConsortia的固氮产品是这些微生物产品中最好的,这是因为它们是基于我们精心设计的强大的孢子形成的微生物,储存期长,并制成种子处理剂或与肥料结合使用。最重要的是,我们的产品可优化合成肥料方案,在增加产量的同时减少合成氮的使用。由于减少了淋失或挥发,氮的损失也相应减少。


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Carlos:


阿根廷和其他拉丁美洲种植者使用最广泛的固氮产品是使用根瘤菌来接种豆科植物,其中大豆是最重要的,但不是唯一的作物。这在该地区是一种非常普遍的做法。在阿根廷去年种植的1600万公顷作物中,用根瘤菌处理的面积估计达90%。根瘤菌通过一种称作共生的互利关系,从大气中捕获氮,并使其能够被大豆植株吸收。


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固氮行业有哪些先进技术?


Marcus:


先进的技术包括:


- 基因组学方面的进展:使我们能够快速识别具有固氮基因潜力的微生物,这意味着我们拥有适用于各种作物情况的广泛的不同微生物组合。


- 基因编程改进:通过这种改进,研究人员可以释放固氮微生物的自然力量,提高固氮效率,即使是在其他微生物关闭其固氮机制的情况下。


- BioConsortia专有的专利AMS技术(Advanced   Microbial Selection高级微生物选择):使我们能够发现可以在玉米上定植和固氮的新型微生物,这些微生物既可以通过基因编辑也可以以其天然形式发挥作用。


每个拉美国家的具体农业环境各不相同。例如,阿根廷有肥沃的土壤,而巴西土壤贫瘠,需要更多肥料。诸位能否简单谈一谈哪些国家或地区对企业最具吸引力?原因是什么?贵公司在这些国家或地区是如何开展业务的?

   

Marcus:


所有国家和各种土壤类型都可以从BioConsortia的固氮微生物中受益。我们计划首先进入玉米和小麦对氮素需求最高的国家。这是一个自然的选择,因为我们的产品可以用于种子处理和标准农艺实践。接下来,我们将进入最大的水果和蔬菜作物市场。我们与美国美盛公司合作,分销我们用于行栽作物的产品。我们2022年种植季在拉丁美洲开展的田间试验将参考在北美对小麦和玉米进行的田间试验。我们将寻找分销我们的水果和蔬菜作物产品的最佳合作伙伴,这类产品可能会在一到两年后上市。


Carlos:


确如您所说,拉美国家之间有很多差异,决定如何在这些国家开展业务的标准也有许多不同。

 

其中最常见的是基于监管标准。在任何拉美国家开展业务之前,都必须从当地主管部门获得相关登记。这个过程可能需要大量花销,最长需三年时间才能完成。针对不同的国家制定适当的监管策略、明确关键优先事项是商业部署战略成功的关键。


天然气是制造氮肥的主要原料,化肥价格随着天然气的上涨而水涨船高。这是否是固氮产品在拉美地区越来越受欢迎的原因之一?还有哪些其他原因可以提高拉美国家的市场潜力?这个市场有多大?会扩大到何种程度? 

   

Marcus:


我们认为目前天然气和氮的高成本只是暂时的。相反,我们认为转向BioConsortia固氮微生物的主要驱动因素是:在植物生长季,氮/氨在植物根部产生,恰好是在需要的时间和部位,这意味着种植者可以减少合成氮的施用量。这一点很重要,因为氮肥生产需要消耗大量的能源,其二氧化碳排放量占总排放量的3%-5%,而且种植者施用到田地里的氮有50%流失到环境中,要么进入大气,要么渗入地下水,或者通过径流进入溪流、河流和湖泊,最终进入海洋。目前,海洋因缺氧而使动物无法生存的死水区达500个。我们为使农业生产中的氮使用更有效而采取的每一项行动都会对环境产生积极影响。 


Carlos:


一点没错。化肥成本是基于根瘤菌的产品在拉丁美洲大受欢迎的根本原因。阿根廷的固氮产品市场价值估计接近1亿美元,并以14%的复合年增长率增长。

    

Francys:


氮素合成肥料是栽培植物的重要养分来源,特别是氮磷钾。在集约化农业系统中,不使用氮素合成肥料是不可想象的。如上所述,生物固氮,尤其是共生固氮,是替代使用矿物肥料的最重要的方法之一。接种是加强这一过程并提高其效率的一种方式。用配方制剂产品进行接种,将基于微生物的液体或固体产品应用于种子或种植槽,帮助植物从空气中捕获氮。仅靠植物不能实现这一过程。

 

混合接种是巴西采用的一种更现代的技术,它在满足高产要求的同时,又具有农业、经济、社会和环境可持续性。混合接种以一种已知对植物有益的微生物为基础,以最大限度地发挥其潜力,并结合了种子与固氮菌、慢生根瘤菌/根瘤菌与固氮螺菌(一种以促进草类生长而著称的细菌)的接种。

 

混合接种有几个好处,如增加根系面积,通过增强根系对养分和水的吸收能力,提高肥料的利用率和植物抵抗水分胁迫的能力,提升生产力;通过更好地利用土壤养分和肥料,增强植物活力,改善营养平衡。需要强调的是,利用固氮螺菌促进植物网状根发育从而还可以使结瘤更大,生物固氮效率更高。这种混合接种技术可减少化肥的使用,特别是氮素合成肥料的使用,降低农资投入费用。慢生根瘤菌/根瘤菌+固氮螺菌可增加氮的供应,与固氮螺菌混合接种可带来额外好处,包括更好的植物营养和更强的非生物胁迫(如干旱)耐受能力。

 

除混合接种外,其他技术进步也刺激着市场增长,包括磷活化微生物和精准育种创新带来的许多可能性。巴西农业研究机构(Embrapa)的研究结果显示,巴西和世界其他地区的土壤中含有价值数十亿美元的磷。问题是,这一大笔储备并没有被植物利用。在所有投入土壤的肥料中,只有30%的磷被大豆利用,余下部分则保留在土壤中,且植物无法利用。正因如此,Embrapa开发了一种可促进根部吸收这种养分的微生物技术,可实现每公顷大豆增产7袋。为了溶解土壤中所含的磷,还开发出一种接种剂,通过细菌帮助植物获得自己无法获得的养分。

 

在巴西,生物投入品的使用一直在逐年增加。据估计,在2020/21生产年度,这些产品(包括生物农药和生物接种剂)的商业化价值约为20亿雷亚尔,其中接种剂市场占据20%。对生物制品需求的强劲持续增长表明,随着有害生物综合防治实践被种植者采用,这些解决方案的使用得到了巩固。

 

这种采用不仅是出于经济原因,而且也是在于生物固氮可最大程度地减少了对环境的破坏,同时为土壤提供更多的氮素供应,改善其物理、化学和生物特性及生产力,特别是缺氮土壤。

 

巴西采用这项技术的历史已超过50年,″生物固氮计划″是(巴西这一)地球上最大的热带农业基地成功的一个关键因素。大豆是巴西农业最重要的作物,而生物固氮是一项非常重要的战略,可以减少豆科植物对氮肥的高需求,同时还具有环境效益,有助于退化地区土壤的恢复,特别是在土壤的不可持续利用导致有机物和生产力损失的地区。 

   

由于微生物产品的特点,很难实现经营垄断性产品。贵公司如何应对来自本地生产的固氮产品和进口产品的竞争?

    

Marcus:


我们坚信我们的产品将明显优于第一代产品,特别是在功效、一致性和种子处理配方方面。我们期待着与当地专家合作,为拉丁美洲的种植者服务。

   

Carlos:


根据我们在大豆固氮市场的经验,并考虑到我们正在谈论的是销售活的生物体,事实证明不可能经营你所说的经营垄断性产品。关于大豆领域的根瘤菌经验,营销差异化主要是基于配方,因为该行业使用的大多数菌株都是一样的。

 

在玉米固氮市场,我非常期待不同的公司能有自己的差异化产品。

    

诸位如何看待固氮微生物产业的上游和下游?如何塑造大规模企业?

   

Marcus:


许多第一波固氮微生物产品都是施用于土壤的产品。我们的首批产品将以种子处理剂的形式上市,因此这些产品在存放期间以及用于种子后将保持稳定,并可以通过现有市场渠道进入市场,包括种子公司、种子处理公司或种子零售商。

 

我们是一家领先的微生物研发企业,资金雄厚,拥有约50名研究人员,采用高级微生物选择技术进行了十多年的研究,以发现、改进和开发卓越的微生物产品。近年来,我们开展了基因标记筛选和基因编辑,以真正释放微生物的力量,确保其具有卓越的性能和一致性。我们一直致力于开发市场上最好的产品,不过,我们没有自己的销售和营销团队。因此,我们的模式是与那些拥有专业知识、经验和影响力的主要企业合作,以满足整个地区种植者的需求。我们与美国美盛公司的合作以及与肥料和作物保护领域其他主要参与者正在进行的讨论就是这一模式的突出体现。


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Carlos:


开展固氮业务的基础是微生物研发。第一步是确定关键微生物。微生物多种多样,仅根瘤菌就有数千种不同的菌株。找出最有效的菌株是绝对必要的。

 

接下来是配制这些细菌,以方便和简化农民的使用。

 

需要牢记的是我们是在操纵活的生物体,为保持其有效,需要它们活着到达农场。考虑到拉丁美洲各地之间距离遥远,开发出能达成上述目的的剂型和包装十分重要。

 

在当今市场上,有许多技术可以使产品货架期达到120天,即所谓的″长寿命接种剂″。

 

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随着市场的持续增长,生产效率和质量标准变得越来越重要。在生产活生物体时,所有操作绝对必须在最严格的安全条件下完成,以避免污染风险。

 

最后,为了向最终用户提供这些产品,需要建立强大的渠道伙伴关系,适当覆盖所有农民的生产区并提供服务,这在拉丁美洲国家是一个相当大的挑战。 

   

我们知道,在全球范围内,Azotic、Symborg、Indigo等公司在提供固氮产品和技术。它们在阿根廷市场的表现如何?在阿根廷表现不错的公司还有哪些,不管是国内公司还是外国公司?

    

Carlos:


前面我介绍的是大豆固氮市场。玉米固氮市场是一个令人期待的新机会,包括你提到的公司在内的许多公司都希望开发这一市场。如前所述,这些公司中的大多数已经启动了监管过程。但到目前为止,还没有公司发布有关产品结果的信息。我毫不怀疑,一些本地公司也在抓紧探索这一市场机会,比如最近加入阿根廷头部生物企业Bioceres(其最新收购了美国Marrone Bio Sciences)、Indrasa和Ceres Demeter等公司。

 

Francys:


这类产品在拉丁美洲市场,特别是巴西市场,有着巨大的持续增长机会。对于新的物种和菌株、新的应用形式、新的微生物组合以及最近基于新形式的遗传操作的产品,肯定会有空间。总是有新公司进入市场,为这个行业带来创新。初创企业通过新的技术甚至新的商业模式,在这方面发挥着重要作用。在巴西,这是一个蓬勃发展的行业。根据Embrapa的Radar   Agtech数据,2020/2021年巴西的初创企业数量比2019年增长了40%。这一数字包含了所有从事相关解决方案,而不仅仅是生物投入品(bioinsumos)行业的初创企业。对于生物投入品初创企业来说,最大的增长集中在B2C模式,在这种模式下,企业通过研发开发创新产品,以满足不断增长的市场需求。然而,从内部项目的开始到最终产品面世,需历经多年的开发和测试。而B2B模式有一个特殊的空间,可以缩短从发现到最终使用产品的过程。ProspectaBio就是这种模式的一个例子,这家初创企业利用自己的微生物收集知识和工具确立定制产品,以满足对新产品不断增长的需求,而这种需求则推动生物投入品B2B对固氮、磷活化甚至耐旱的需求。

   

目前关于固氮产品的监管体系是什么?

   

Carlos:


在阿根廷和大多数拉美国家,监管体系主要根据目的来区分产品。从监管的角度来看,如果产品能改善营养,就被视为肥料;如果能控制虫害或杂草,就被视为农药。与生物制品不同,固氮产品被视为肥料,需要一年时间才能获得登记。目前还没有优惠政策,不过有些政策正在审议之中。


Francys:


在一些拉美国家,尚无规范固氮接种剂生产、进口和销售的法律框架。但由于此类产品对巴西农业非常重要,巴西从20世纪80年代起就制定了相关法规。生产和进口企业都必须获得从事此类业务法律许可,其产品也必须在主管部门农业部(MAPA)登记。巴西还对产品的生产、销售和标签,以及产品的保证和质量进行监管。对于那些所含微生物未曾在巴西登记过的产品,需根据特定要求在巴西土壤中进行功效试验,(合格后)方能登记。对巴西主管部门来说,对所有接种剂的质量控制也是另一个非常重要和敏感的问题。

 

对于基于精准育种创新技术的接种剂,MAPA和巴西国家生物技术安全委员会(CTNBio)必须参与监管过程。

 

本文首登于AgroPages世界农化网新出版的商业杂志《2022生物制剂专刊》!

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