小精尖首席专家风采（十八）|郭岩彬-富硒功能农业
2025年学校落实新时代人才工作会议精神，深入推进升级版人才强校工程，深化“破五唯”改革，引导人才分类发展，组织小精尖领域首席专家评审，经过个人申报、单位推荐、学校评审及审议，共遴选38位在其细分领域取得突出成就的教师。此次受聘的专家研究方向高度聚焦国家战略与产业急需，在细分“小领域”做到“精”和“尖”的水平。为更好的发挥各位首席专家的示范引领作用，人事处特推出“小精尖领域首席专家风采”专栏，展现受聘专家奋斗历程，让“小精尖”由小变大、由小变强、由小变优，激励广大教师在所深耕领域追求卓越，为强国建设贡献智慧与力量。
个人简介
郭岩彬，1978年生，中国农业大学资源与环境学院生态科学与工程系教授，博士生导师，农业农村部“神农英才”青年人才，青海省“昆仑英才”领军人才，中国农业大学富硒功能农业首席专家，中国富硒农业产业技术创新平台秘书长，农业农村部农产品营养标准专家委员会委员，中国营养学会硒资源和营养产业发展分会常务委员，青海省富硒资源利用工程技术研究中心副主任。
研究方向是富硒功能农业，合成生物学、微生物生态。主要研究微生物活性物质合成及其在富硒农业、有机农业上的应用，在纳米硒的生物合成与应用上实现技术突破，获批农业农村部饲料添加剂新产品（新饲证字（2024）09号），制定了《富硒产品认证技术规范RB/T 138 2023》行业标准。主持国家自然科学基金、国家科技支撑计划、公益性行业(农业)科研专项、省重点研发等项目20余项，以第一作者和通讯作者发表研究论文70余篇，主编专著5部，授权国家发明专利20余项，专利成果化7项。荣获农业部软科学优秀研究成果一等奖、新疆自治区科技成果二等奖和三等奖，中国产学研合作创新奖等。
一、初心溯源
从生产中发现问题
硒是人体必需微量元素，与人体健康密切相关。因为缺硒引起的地方病发生问题，我国在硒与人体健康方面从建国初就开展了较深入研究，在人体硒摄入量的研究处于世界前列。这个世纪以来，随着我国耕地地球化学的工作推进，在国内陆续发现了富硒土壤。2008年，在我工作的第二年，江西省丰城市、青海省海东市平安区等地区到中国农业大学寻求富硒农业生产技术，希望将土壤硒资源转化为特色农业产业发展优势。与地方领导交流、向学校前期工作积累的老师请教，也通过文献学习，让我认识到这是一个重大的生态学研究问题——“环境—农产品—人体健康“，土壤中微量元素含量影响农产品品质，并通过食物链影响人体健康。我国有三分之二的国土面积硒含量缺乏，近50%的人群硒营养摄入不足。农业的目标是为人类提供营养，如何生产高品质农产品，推动我国农业从满足温饱，到实现安全，再到营养健康的高质量发展，成为农业科学研究的重要工作。
在探索中坚定信心
我原来研究是在微生物肥料与农药方向，关注微生物与植物互作提高作物健康。做硒的研究，也是从微生物促进植物硒的吸收与转化方面开展，通过盆栽实验、田间实验发现植物促生菌能显著提高作物对硒的吸收及向地上部的转移。进一步研究促生菌-植物硒转化的互作机理时候，发现当把亚硒酸钠直接添加到培养基中时，随着细菌生长，培养基变成了血红色，观察到现象时很惊讶。通过文献检索、电子显微镜观察、能量色散X射线光谱仪等分析，确认细菌可以将亚硒酸钠生物合成纳米级的单质硒。观察到细菌合成纳米材料这个现象后，一系列的问题就涌现出来了“细菌合成纳米硒的生态学意义是什么”、“纳米硒在细菌体内的合成机理是什么”、“纳米硒与亚硒酸盐、硒氨基酸生物活性有什么不同”、“纳米硒合成对细菌生长与繁殖有什么影响”、“纳米硒是否能够高效发酵并进行应用”等等。带着一个个问题，和学生一起进入了一个新领域“硒的生物合成及其应用”。
二、起步维艰
1.交叉学科研究方法逐步完善
硒的生物合成研究本身是交叉学科，特别是纳米硒合成涉及到微生物学、分子生物学、纳米科学、环境科学、作物学、畜牧学等学科。新的研究方向，建立研究方法体系是最困难的，特别是纳米科学研究方向对我和学生来讲是全新的领域。从纳米金、纳米银研究文献中借鉴方法，缺少研究仪器，去清华大学、去中国科学院国家纳米科学研究中心借用仪器，材料学方面的图谱解析向清华大学、中国科学院等研究单位的老师请教；在研究过程中，也遇到很多没有方法可以借鉴，就和学生一起讨论，根据基本原理建立新方法。新的研究方法为工作推进铺平了道路，在这个过程中，多个学生的创新思维起到了关键作用。比如为了研究纳米硒在温度、酸碱、离子浓度下的稳定性，博士生李奎根据不同粒径纳米硒的吸收光谱特征建立了纳米硒稳定性的测定方法；为了研究硒在细菌中吸收机理，博士生徐巧林建立了细菌跨膜吸收硒的研究模型；为了解决纳米硒产品质量控制标准，博士生张洒洒建立了简便、高精度的纳米硒分析检测方法并起草了纳米硒的产品质量行业标准。
2.从实验室走向工厂的探索
纳米硒的生物合成在基础研究上遇到一些难题，但在从实验室放到到工厂化生产的过程中遇到的更是“一片空白”，特别是如何把纳米硒从发酵液中分离、提取，制备成制剂应该采用什么工艺，选用什么设备，如何提高制备效率同时提高纳米硒纳米结构稳定性。为了解决这些问题，我们把纳米硒生物合成工厂化生产分解成发酵、提取、制剂三个内容，逐步破解。根据纳米硒合成机理优化发酵工艺，从小摇瓶，到10L、50L、500L、10吨发酵系统逐级放大优化；根据纳米硒结构稳定机制，摸索提取和制剂制备工艺，把发酵液通过物流运输到各个设备厂家，筛选设备，一个一个摸索工艺参数。为了打通从实验室研究到工厂化生产，几乎跑遍了江苏和上海设备生产厂家，先后有5名专职科研助理、6名研究生，用了近5年时间完成了纳米硒工厂化中试生产工艺。
郭岩彬（左一）和博士生张洒洒
在纳米硒发酵中试车间
3.从技术突破到助力行业发展
纳米硒的生物合成技术突破及在动物健康中的应用，纳米硒化学合成及其在富硒农产品生产中的应用，药食两用菌合成硒氨基酸在功能性食品与保健食品中的应用等富硒相关技术日益成熟，逐步建立了从农产品到保健食品原料等富硒生产技术体系。但如何推动产业技术应用，助力行业发展成为新的问题。在团队吴文良教授、赵桂慎教授、李花粉教授、乔玉辉教授、万亚男副教授等多个老师的共同努力下，2015年成立富硒农业产业技术创新平台，组织富硒农业创新论坛，起草行业蓝皮书，发布富硒产品认证行业标准，并为十多个市县做产业发展规划，纳米硒的工作也联合学校动物科学技术学院多个老师完成了饲料添加剂新产品注册及其在动物上的应用工作，逐步构建了围绕富硒功能农业的“基础研究-新产品新技术研发-专利成果转化-产业咨询与规划-产业政策研究-行业标准制订”为一体的贯通式研究体系。
三、关键突破
阐明纳米硒生物合成机理
硒是人体必需微量元素中从有益到有害浓度范围最窄的微量元素，如何解决其生物有效性降低毒性是科学研究与产业应用的核心。纳米硒是毒性最低的硒形态，并展现出了提高免疫力、抗菌、抗肿瘤等多重生物活性。生物合成的纳米硒因其稳定性强、生物活性高、生产过程环境友好而备受关注。为高效低成本获得生物合成纳米硒，我们系统解析了细菌生物合成纳米硒的遗传调控机制，采用遗传突变、蛋白质组学、转录组学相结合方案，解析了细菌对亚硒酸盐的吸收与还原规律、单质纳米硒在细菌体内的合成规律及其遗传调控通路；创新性的发现2个亚硒酸盐跨膜运输新通道，揭示了水通道蛋白AqpZ和Na+/H+逆向转运蛋白NhaA控制亚硒酸盐在细菌中的跨膜运输；硫酸盐通道蛋白CysA/W通过影响硫吸收和谷胱甘肽合成影响纳米硒的生物合成；RNA分子伴侣蛋白Hfq通过调控谷胱甘肽还原酶和硫氧还蛋白还原酶系统控制亚硒酸盐在细菌中的还原和纳米硒的合成。纳米硒生物合成机理的解析，为建立高效发酵工艺奠定了基础。
AqpZ是细菌硒跨膜运输新通道
解析纳米硒结构稳定机制
纳米硒结构稳定性是其生物活性的基础，明确其结构稳定机制，制备高活性和高稳定性的纳米硒产品，才能实现其产业化应用。我们发现生物合成的纳米硒与化学合成的纳米硒相比，在高温、强酸、强碱、高离子浓度等条件下具有更强的稳定性，也发现在细菌合成的纳米硒表面存在紧密结合蛋白；采用蛋白质分离纯化与鉴定、基因缺失突变与互补、蛋白质体外表达、硒纳米颗粒体外组装模型等方法，分别在细菌体内和体外两个层面，揭示了细菌鞭毛蛋白FliC和孔蛋白OmpF在硒纳米颗粒组装控制和纳米结构稳定性中的机制，明确了无定形态纳米结构是纳米硒生物活性的基础，这些研究为产品开发中涉及的纳米硒颗粒分离提取、结构稳定性、生物活性保持等生产技术提供理论和技术支撑。
生物纳米硒组装与结构稳定机制
出版行业发展蓝皮书
人类发现硒有200余年，但认识硒对人体和动物的有益作用仅60多年。近20年来，国内外开展了大量关于硒与地方病、癌症、心血管疾病、抗病毒、调节人体免疫等多个方面的研究，人们对硒与人体健康功能的认识逐渐丰富和深入，对其关注程度也日益增加。总体上看，国内外富硒农业的发展相对滞后于人们对硒生物学功能的认识。在我国，富硒农业起始于上世纪80年代中期，近10年来国内富硒农业产业发展迅速，2019年“功能农业”写入国务院“关于促进乡村产业振兴的指导意见”，富硒农业作为功能农业的典型代表迎来新的发展机遇。但国内外系统分析富硒农业产业发展状况的行业分析报告或专著还比较少，我们从2015年以来，连续出版了4部《中国富硒农业发展蓝皮书》。系统总结我国富硒农业产业发展过程中的成功经验与问题，也成为全面展示我国富硒农业产业发展成效的重要“窗口”。
行业发展蓝皮书
四、标志成果
01 建设首条纳米硒生物合成工厂化生产线
通过专利成果转化（专利名称：利用枯草芽孢杆菌生物合成纳米硒的方法及其应用，专利号：ZL201610566900.1），利用枯草芽孢杆菌S12建设了首条10吨级纳米硒发酵生产线2条和分离提取生产线1条，在10mM硒浓度下，实现生物转化效率大于90%，提取效率大于90%，生产效率是酵母硒7倍以上，生产成本降低了近5倍。达到日产5公斤生物纳米硒（纯硒计）工厂化生产，日产能可应用于1.5万吨饲料生产。纳米硒的工厂化生物合成与产品制备，实现了纳米硒在农业上的低成本应用。
郭岩彬（左2）在建设完成的纳米硒发酵工厂（河北唐山）
02 获得纳米硒饲料添加剂新产品证书
联合动物科学技术学院动物营养团队，与成果转化企业共同完成了纳米硒在动物上的有效性、耐受性和安全性报告，有效性报告结果显示纳米硒新产品在生长、饲料转化效率、欧洲效益指数、抗氧化活性优于目前常用的硒饲料添加剂亚硒酸钠和酵母硒；纳米硒在动物上耐受性报告和安全性报告显示，纳米硒无致畸/致突变、无遗传毒性、无急性/慢性毒性风险。2024年12月正式获批农业农村部饲料添加剂新产品证书（红色无定形态单质硒，新饲证字（2024）09号，中华人民共和国农业农村部公告第862号）。新产品“红色无定形态单质硒”具有安全性高、稳定性强、生物活性高、产品质量稳定性、成本低等优势，也是目前国内和国际上第一个纳米硒饲料添加剂产品，对我国健康养殖具有重要意义。在2025年1月由学校社会服务处、资源与环境学院、动物科学与技术学院联合召开了“红色无定形态单质硒科技成果转化与饲料添加剂新产品发布会”，发布会上中国农业大学杨志书记指出“红色无定形态单质硒饲料添加剂新产品，是团队十年磨一剑的努力，是校企深度合作发挥高校科技创新作用的重要体现，也是多学科交叉融合，科技创新的重要成果”。
2025年1月 科技成果转化与新产品发布会 （郭岩彬右1）
饲料添加剂新产品证书
03 起草富硒产品认证技术规范
富硒农业是我国乡村振兴的特色农业类别，富硒农产品因其高营养特征也具有较高的市场售价。为规范富硒产品市场，强化富硒产品品牌，国家市场总局年立项了我国第一个富硒产品认证行业标准，我作为标准第一起草人，组织了6家科研院所、9个富硒产业发展优势市县、7家认证机构，经过5年工作，2023年10月，在江西赣州正式颁布了国家认证认可行业标准《富硒产品认证技术规范RB/T 138-2023》，该标准的实施，对推动我国富硒农业标准化、规范化和品牌化具有重要作用。
郭岩彬（前排左第9）在行业标准发布会
五、未来规划
在校内以富硒功能农业为核心，以技术-标准-政策-科普为链条，建立资环、生态、环境、动科、食品等多学科交叉研究与产业应用团队，带领团队搭平台、拓资源、育人才、强服务，引领我国富硒功能农业的高质量发展。以富硒创新平台、教授工作站、技术服务、成果转化等多重方式开展社会服务；以请进来、送出去等方式建立与国内外优势研究团队合作，扩大影响，助力国家农业向营养型农业转型升级。
六、获聘感受
学校在各专业细分领域，设立小精尖首席专家，我能有幸获得“富硒功能农业首席专家”倍感荣幸，这是对前十多年工作的认可，也是一个荣誉。我也将以这次获聘为起点，在学校的支持下，多学科研究团队的帮助下，在富硒功能农业的方向上创新育人、深入研究、扩大服务，为学校人才培养、学科建设和国家农业高质量发展中贡献力量。