生物资源与环境科学学院十二五以来的代表性成果

标志性成果1：以杜仲胶提取为核心的杜仲综合开发利用技术体系的研究与开发

杜仲属单目、单科、单属的落叶乔木，是世界上珍惜的孑遗植物，分布于以武陵山区位中心的我国中部地区，周边及国外均有部分栽培。其叶、皮和种子中富含的白色丝状杜肿胶（Eucommia UlmoideGum，国际上称其为gutta percha 或balata） ，是天然三叶橡胶的同分异构体，为反式-聚异戊二烯；而天然橡胶是顺式-聚异戊二烯(如图1示) ，结构上的差异使二者性能迥然不同。天然胶具有高弹性，是橡胶工业中最主要的原料；而天然杜仲胶则是非弹性体的硬性橡胶，由于其熔点低、易于加工，并具有很好的电绝缘性，主要用作海底电缆、高尔夫球的原料，目前还没有如三叶橡胶树那样得到大规模有计划的发展。1984 年，我国科学工作者严瑞芳等研究的“反氏- 聚异戊二烯硫化橡胶制法”取得成功，大大拓宽了这种橡胶的功能和应用领域，使得其独有的“橡(胶) - 塑(料) 二重性”一度成为研究的热点对象。杜仲胶/ 顺丁胶共混汽车外轮与一般的天然橡胶轮胎相比，使用寿命大大地延长，从而开辟了广阔的应用前景。

图1 杜仲胶与天然橡胶的分子结构

杜仲在我国的栽植面积已达400多万亩，湖南是我国杜仲中心产区之一，杜仲资源面积约60万亩，其中慈利县约35万亩，占全省面积的58%左右，湘西自治州地区约10万亩左右，并在““十二五””规划中计划拟新增30万亩杜仲。特别是矮株多籽杜仲新品种的栽培，将为杜仲胶的生产提供丰富的胶源。杜仲是湘西地区丰富的特色植物资源之一，多年来由于在杜仲研究方面的科技人才缺乏、资金投入不足及其缺乏提供技术支撑的研发平台，对杜仲胶的研究和开发还不够深入。杜仲树在我国分布虽广，但杜仲胶的产出率与橡胶树相比却非常低，限制了其在实际生产中的应用。虽然过去采用了分段取皮的方法，可避免树的死亡而不断地获得杜仲胶，但恢复生长周期长，而且提取的胶量也有限，远达不到市场对杜仲胶的广泛需求。为充分利用资源，在杜仲资源相对集中的湘西地区，从杜仲翅果、皮、叶获取杜仲胶，并开展提胶创新技术研究，建立以杜仲翅果中提取杜仲胶为龙头的特色产业优势，是当前武陵山区杜仲资源深度开发与珍贵杜仲资源有效利用的技术基础。继而可以全面推进杜仲原料药、药物中间体、保健食品，并在提取杜仲胶后，开发杜仲饲料添加剂、大型真菌培养基质的复合循环经济体系。

本学科在““十二五””建设的三年中，组织精兵强将对该项技术进行了集中攻关。探索了常规溶剂浸提技术、破碎细胞壁提制杜仲胶技术、超声/微波辅助溶剂提取技术、物理/化学提取相结合的提取技术等多种方式。在提取技术的实验摸索过程中，我们探索出了一系列新的提取胶的新思路和新方法。

在提取物料的前处理方面，一方面，我们采用磨胶和打胶的机械处理方式将翅果中所含的约14-18%的杜仲胶提升到了40-50%左右。这两项技术研究均已申报了国家专利，专利技术已经公开。另一方面，我们探索了用微生物进行前处理提高提取杜仲胶效率的研究，该技术正在申请专利。

在关键提胶技术的研发中，抛弃了原有的碱法提取，改用了有机溶剂的循环萃取，尤其是在循环萃取过程中，创新性地运用了避免出胶污染提高出胶率的真空脉动和低温冻析的关键技术。该技术所产生的残渣和溶剂溶解物质还可以进一步进行综合利用。真正实现了物理、化学和生物法三法合一，实现了以杜仲胶为核心的杜仲翅果综合利用。目前，该技术正在进一步执行工业小试并正在申报多项国家发明专利和实用新型专利。

标志性成果2：湖南西部地区产学研合作创新研究与应用（游俊，张永康，申绪湘，陈功锡，麻成金等）

湘西地区社会经济发展相对滞后，但资源十分丰富，生态资源独具优势和特色，具有巨大的潜在产业化价值。如何将资源优势转变为经济发展优势，不仅是需要长期探索和实践的科学问题，也是着力解决该区域社会发展的政治问题。为充分发挥自身优势，更好地为地方服务，吉首大学多年来一直致力于产学研合作的探索。项目在充分认识湖南西部资源和产业发展的基础上，经过长期的产学研合作实践，提出了“立足资源，瞄准产业，创新技术，培养人才，服务地方”的产学研合作新思路，实现了理念创新，很好地解决了产学研合作的方向定位和途径问题。

针对湖南西部地区资源、技术和产业实际，构建了湘西“三带”理论体系，提出了湖南西部地区“三带”优势资源的科学论断和大力发展“三带”产业的战略思想，形成了“三带”资源开发的创新技术体系；建立“文化偏离——文化回归——文化与环境耦合运行”的文化制衡理论，实现了理论创新，从根本上解决了湖南西部地区产学研合作定位和目标问题，对开展产学研合作具有重大的理论和实践指导意义。建构了高校技术推动型、企业需求拉动型和政府引导带动型等三种适合湖南西部地区产学研合作的新模式，实现了合作模式的创新；在认真研究当前产学研平台优劣势的基础上，建立了“武陵山区发展研究中心”和“湘西生物产业开发研究院”，实现了产学研合作平台的创新，从操作层面上解决了产学研合作的有效途径和措施问题。

项目成果为湖南西部地区产学研合作提供了思想指导、技术支撑和操作模式，得到了有关权威专家、各级领导的高度评价和认可，中央及湖南省内多家媒体予以报道，引起了较大社会反响。出版著作6部、发表论文25 篇，项目研究过程中曾先后获得湖南省科技进步奖7 项、湖南省教学成果奖4 项以及国家发明专利7 项。成果应用于湘西州、张家界、怀化等地区，对地方产业经济结构体系的优化以及产业发展发挥了重要指导作用，特别是湘西自治州，催生了一批“三带”企业，形成了“三带”产业链，促进了经济社会发展和科技进步，实现产值约126亿元，税收约9.9亿元，使近百万农民脱贫致富，经济和社会效益显著。成果促成湖南西部产学研联盟的形成，促进校—地、校—企、校—校合作，对新时期产学研工作产生了巨大推动作用；指导吉首大学的科学研究和创新人才培养，促使办学特色更加鲜明、核心竞争力进一步增强。

标志性成果3：绞股蓝发育与总皂苷积累的相关性研究及其在生产中的应用（刘世彪，田启建，彭秀建，彭小列，李朝阳，等）

绞股蓝（Gynostemma pentaphyllum）又名七叶参，为葫芦科绞股蓝属植物，主要分布于中国南方，因体内富含人参皂苷成分而被誉为“南方人参”。绞股蓝皂苷具有降血压血脂、抗肿瘤、延缓衰老、改善神经和消化系统功能等生理功效，是重要的药食两用保健植物。自2002年以来，项目组在湖南省自然科学基金和省教育厅科研基金等项目的支持下，开展了对绞股蓝相关内容的应用基础研究和综合开发利用。取得的主要研究成果如下：1．了解到绞股蓝营养器官的显微和超微结构特征，确定了绞股蓝皂苷在绞股蓝组织中的积累部位。①绞股蓝的根为不定根，具有次生结构；茎具有双韧维管束，其地下茎的性质为根状茎。幼叶叶肉细胞的液泡中具有蛋白体性质的电子致密物。②通过植物组织化学定位方法，证实皂苷类物质主要存在于绞股蓝的同化组织、茎的外生韧皮部、厚角组织、栓内层、表皮毛和腺毛中。

2．对绞股蓝营养器官中总皂苷含量的变化规律及其影响因子进行了研究。①在不同生长季节中，夏秋季的花果期皂苷含量最高。②在不同营养器官中，根状茎中的含量最高，叶中的含量高于茎；③幼嫩部位的含量高于成熟和衰老部分。绞股蓝为雌雄异株植物，雄株的含量高于雌株。④不同种类的绞股蓝其茎叶结构类似但皂苷含量不同。⑤在影响皂苷积累的诸多因素中，光照强度和光质具有主要作用，适度的光强有利于皂苷积累和叶光合效率的提高，而红橙光最利于绞股蓝生长发育和皂苷产量的增加。⑥温度直接影响绞股蓝保护酶的生理活性，也是影响其生长发育和总皂苷积累的重要因素。

3．掌握了绞股蓝的繁殖方法及优质高效栽培技术。①通过绞股蓝组织培养技术，获得了无菌种苗。②采取生理学措施有效提高绞股蓝种子的萌发率，为绞股蓝的种植提供充足的种苗。③推广四倍体绞股蓝品种和精细栽培管理技术，大幅度地增加绞股蓝田间产量。

4．对绞股蓝资源的综合开发利用取得了良好效益。①绞股蓝的幼嫩茎叶采摘后，加工为品质高档的绞股蓝龙须茶。②绞股蓝与绿茶和何首乌藤相配伍，加工成具有保健养生功效的复合袋泡茶。③绞股蓝的地下根状茎用于提取绞股蓝皂苷，在生产中采用超声波辅助提取方法，有效地增加了皂苷的得率。

本成果在理论上阐明了皂苷类物质积累与绞股蓝结构和发育的相互关系，以及外界条件对其影响。在生产上则解决了种苗的繁育问题、优化栽培措施、茶叶加工和皂苷提取技术。三年来绞股蓝项目在陕西省平利县推广了10000亩，1000余种植户获得经济收入4200万元。在湘西州5个县市推广2400亩，带动295户农民从事绞股蓝种植和茶叶加工，农民收入984万元，新增利润298万元。产学研合作企业收购绞股蓝提取加工和销售绞股蓝皂苷产品，新增利润7580万元，新增税收620万元，经湘西州国家税务局确认，近四年绞股蓝产业新增利润12180万元，新增税收996万元，获得了良好的社会和经济效益。

标志性成果4：产学研合作技术创新与服务平台的建设取得新进展——湖南省发展与改革委员会和湖南省科技厅科技创新与服务平台的建设

本学科根据依托单位的自身定位与产学研结合服务地方的基本思路，自学科成立起就着手创建适应本地区经济社会发展实际的产学研合作方式。在借鉴先进地区经验的基础上，学科形成了以科技创新、成果转化和技术服务为形式，以产学研合作一体化实验平台为实体的产学研合作新理念。本学科在““十二五””建设的三年中始终坚持贯彻“立足资源、瞄准产业、创新技术、培养人才、服务地方”的基本思路，积极争取各方面支持建立能够落实产学研合作的技术创新和服务平台。

自2011年3月起，先后对杜仲、蛇足石杉和特色发酵食品等特色题材进行了专项调研，形成了最初的杜仲产业开发和蛇足石杉培育与扩繁等专题平台建设方案，经学科和依托单位多次讨论认为必需整合多个专项以形成合力，并结合产学研合作的方式才能更好地支撑和带动湘西生物产业的发展。2012年年初，我们针对单项项目存在的不足，结合产学研合作的新思维和新模式，确定了既能夯实平台共用基础，又能提升应用与服务能力的新方案。新方案整合学科在植物资源保护与利用方面的优势资源，尝试建设技术支持、信息咨询和人才培训等技术部门。以学校智力支持和一流的技术与设备吸引周边相关企业合作组建产学研联盟，为湘西乃至武陵山区的植物资源资源利用产业提供强大支持和动力。具体建设内容见第四章公共服务平台建设的工程技术方案。

通过对以上方案的进一步整合，在向多方争取政策和支持的基础上，于2012年底前后分别获得湖南省科技厅和湖南省发展与改革委员会的积极支持，建立起集分析检测，技术研发，成果转化，信息咨询和人员培训于一体的两个产学研合作技术创新平台。在购置部分实验仪器设备和进行实验室设施改善方面的基础上，正式开始为周边企业单位进行各种技术服务。平台的建立意义重大，第一，公共服务平台的建立将大大提升湘西乃至武陵山区植物资源相关企业自主创新能力和可持续发展能力，培养出有持续发展后劲的龙头企业。第二，公共服务平台的建立将大大推进武陵山区生物产业的迅猛发展，使生物产业真正成为新的支柱性行业，为地方经济发展铸就强有力的引擎。为以湘西为核心的武陵山区约150万农民实现脱贫致富做出突出贡献。第三，公共服务平台的建立将为我省抢占以湘西为核心的武陵山区产学研合作创新的先机和制高点，真正在武陵山片区扶贫中承担领头雁的作用。第四，通过该新型产学研合作模式在武陵山区的广泛推行，为类似老、少、边、穷地区的经济发展提供优质示范。

两个平台的建立不仅符合学校“平民大学”的定位，能进一步发挥吉首大学在服务武陵山区经济协作区中的使命与功能。同时，这两个平台的建设符合服务所在广大武陵山区经济社会发展的要求，更重要的是能够以产学研合作这条线索牵引学校人才培养和学科发展，实现学校向教学科研型大学的胜利转型。