視點｜農(nóng)業(yè)新使命：樹立“三物”思維，重視微生物開發(fā)

QuanLiRen2016 2017-05-05

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文｜劉奇

農(nóng)業(yè)的本質(zhì)是開發(fā)利用生物資源，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是利用植物、動物資源的“二物”農(nóng)業(yè)。有史以來，人類的農(nóng)業(yè)活動主要集中在植物和動物，雖然對微生物也有所利用，如食用菌的采集、制酒釀醋等，但多處于自然狀態(tài)。隨著高科技的深入發(fā)展，近百年來，人類的農(nóng)業(yè)活動逐漸從中觀世界分別向著宏觀世界和微觀世界兩端延伸。在宏觀世界里，如太空種子、太空種植、火星地球化的探索。在微觀世界里，微生物的開發(fā)利用已經(jīng)形成微生物肥料、微生物飼料、微生物能源燃料、微生物食品、微生物藥品和微生物清潔劑六大領(lǐng)域。雖然技術(shù)上已不成問題，但社會的認知度卻遠遠不夠。因此，變植物、動物的“二物思維”為植物、動物、微生物的“三物思維”是農(nóng)業(yè)發(fā)展的新理念、新使命、新領(lǐng)域。利用微生物技術(shù)開發(fā)農(nóng)作物秸稈等廢棄物是“點草成金”，開發(fā)禽畜糞便是“點糞成金”，而這項技術(shù)本身則是“點廢成金”。且它具有“六不爭”的特點：即不與人爭糧，不與糧爭地，不與地爭肥，不與農(nóng)爭時，不與農(nóng)產(chǎn)品爭市場，不與其他爭資源。

陷入困境的二物思維

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對自然資源的掠奪式開發(fā)使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所依賴的自然環(huán)境日趨惡化，從根本上制約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。我國要實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，就要向地球生物圈學(xué)習(xí)——植物生產(chǎn)、動物消費、微生物分解還原，形成循環(huán)往復(fù)、生生不息的農(nóng)業(yè)循環(huán)系統(tǒng)。將傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)調(diào)整為植物、動物和微生物資源組成的“三物”農(nóng)業(yè)，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性調(diào)整之一。微生物農(nóng)業(yè)是遵循生態(tài)學(xué)原理，利用微生物——分解者的作用，開發(fā)農(nóng)業(yè)生物的潛在生態(tài)位，充分地利用農(nóng)業(yè)生物量資源，尤其是殘渣廢料的利用，有利于能量的轉(zhuǎn)化和物質(zhì)的循環(huán)利用。同時，發(fā)展微生物農(nóng)業(yè)有利于實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品工廠化生產(chǎn)，有利于改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，可將微生物在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的被動作用主動化、隱性作用顯性化，從而形成地球生物圈的良性循環(huán)，有利于資源的永續(xù)利用，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。這也是中央關(guān)于“綠色化”發(fā)展理念在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的具體體現(xiàn)。

微生物在地球上無處不在，在80多千米的高空，在11千米的海底，在2000米的地下，都可以找到微生物的蹤跡。微生物物種豐富，未知者甚眾。有人估計他們的種類可達1萬億種，但我們卻知之甚少，各國的學(xué)者已經(jīng)用分子生物學(xué)手段確切證明，迄今為止仍然有90%－99%的微生物未被認識。

動物、植物和微生物是生物資源的三個支柱。但是，長期以來由于受科學(xué)技術(shù)能力的局限，我們只在植物和動物二物思維二等中觀世界里打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，在微生物上考慮的不多，盡管人類對微生物的利用已經(jīng)有很長一段時間。二物思維已經(jīng)使農(nóng)業(yè)陷入困境。

一是資源承載力已經(jīng)超限。農(nóng)業(yè)有三大系統(tǒng)，分別是耕地農(nóng)業(yè)、草地農(nóng)業(yè)和捕撈農(nóng)業(yè)。種植業(yè)現(xiàn)在最大的問題就是土地，土地資源已經(jīng)非常緊缺。我國人均土地占有只是美國的十三分之一，加拿大的十八分之一。連比我們窮的印度，土地占有都比我們多，是我們的1.2倍。改革開放以來，有3億多畝耕地被城市與工業(yè)占了；草地系統(tǒng)超載過牧。草原退化越來越嚴重，由于氣候干燥，放牧過度，易造成牧草生長不良，覆蓋率降低，甚至引起沙化。草場退化可使載畜量降低，影響和限制畜牧業(yè)的發(fā)展，大到影響到整個地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。“三江源”地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)草場退化，鼠害猖獗，氣候變暖使蒸發(fā)量持續(xù)增高，水源涵養(yǎng)功能持續(xù)下降的現(xiàn)象。第三個系統(tǒng)是捕撈系統(tǒng)。中國是世界上惟一一個海洋養(yǎng)殖大于海洋捕撈的國家。主要靠養(yǎng)殖來解決水產(chǎn)品的問題。中國水產(chǎn)品的消費能力比其他國家大得多。我們現(xiàn)在是每年人均37公斤，消費量驚人。發(fā)達國家平均26公斤，發(fā)展中國家平均18公斤。

二是生態(tài)環(huán)境惡化。為了高產(chǎn)高效，過量使用農(nóng)藥化肥、除草劑以及動物使用的抗生素。現(xiàn)在面臨的污染越來越嚴重。特別是江河湖海等富營養(yǎng)化等問題。太湖的藍藻、安徽巢湖的藍藻等事件給當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟與生態(tài)帶來了巨大的破壞。地表水的污染也到了十分嚴重的地步。據(jù)有關(guān)方面調(diào)查，我們現(xiàn)在地表水可以測出68種抗生素，還有90多種非抗生素類的藥?，F(xiàn)在是無河不污。中國每年生產(chǎn)的抗生素是21萬噸，人均消費138克。美國是13克，我們是人家的10倍還多。在這種生態(tài)環(huán)境中從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量必然大受影響。

三是動植物之間的生態(tài)循環(huán)鏈條中斷。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)遵循的基本規(guī)律是一個封閉的內(nèi)循環(huán)。農(nóng)作物種出來，種子給人吃了，根莖葉喂牲畜，人畜糞便又回到田里作為農(nóng)作物的肥料。我們的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)就是在這樣的一個循環(huán)體系中緩慢向前發(fā)展?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)打破了這樣一個封閉的內(nèi)循環(huán)，注入了兩個外力；一個是從石油中提煉的農(nóng)藥化肥，第二個外力是機械代替了人力畜力?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)注入這兩個外力之后整個內(nèi)循環(huán)鏈條被打破，生態(tài)循環(huán)鏈條中斷，農(nóng)業(yè)就出現(xiàn)了許許多多的問題。如不光生態(tài)環(huán)境惡化，而且土地質(zhì)量嚴重下降等。

點廢成金的三物思維

高科技的介入使微生物的開發(fā)成為一個新興的戰(zhàn)略型產(chǎn)業(yè)，微觀世界的開發(fā)現(xiàn)在已經(jīng)使農(nóng)業(yè)生物化進入了一個不可思議的地步。農(nóng)業(yè)向未來進軍，有這么一些基本特征。一是由平面向立體發(fā)展。美國、以色列、法國都在搞農(nóng)業(yè)摩天大樓。一座30層的摩天大樓，可以種養(yǎng)100多種動植物。夠5萬人一年的消費。二是由自然化向設(shè)施化發(fā)展。2012年我國設(shè)施農(nóng)業(yè)面積已占世界總面積的85%以上，其中95%以上是利用聚烯烴溫室大棚膜覆蓋。三是由化學(xué)化向生物化發(fā)展。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)向生物技術(shù)領(lǐng)域邁進。近年來，我國生物產(chǎn)業(yè)保持20%以上的增速，2014年生物產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達3.16萬億元，微生物的開發(fā)將是未來農(nóng)業(yè)生物化的重中之重。四是由人控機械化向電腦自控化發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)中的運用使得種、管理、采摘、包裝、儲藏、運輸?shù)饶軌驅(qū)崿F(xiàn)智能控制。五是由陸地化向海洋化發(fā)展。用海水澆灌的農(nóng)作物科學(xué)家已經(jīng)試驗成功。未來的海洋文明不是以貿(mào)易為中心，而是以生產(chǎn)為中心，要在海洋建大農(nóng)場。六是由地球化向太空化發(fā)展。已經(jīng)有100多種農(nóng)作物帶上太空試種成功，未來我們將在太空上搞一些種植農(nóng)場。借鑒太空站技術(shù)，農(nóng)作物放在太空上種，用傳輸器采摘下來供人類食用。七是由生產(chǎn)化向移民化發(fā)展。美國的火星地球化的改造計劃，試圖在不遠的將來，將人類移民至火星。

當(dāng)今世界，人類有三大前沿科技，即生物技術(shù)、新能源技術(shù)和信息技術(shù)，其中微生物技術(shù)與人類的健康長壽關(guān)系最為密切，在這一領(lǐng)域的研究正突飛猛進地發(fā)展。一個健康人身上攜帶的微生物總重最多不會超過體重的3%，但如果論細胞數(shù)量，微生物是人體細胞的10倍。每個人攜帶的微生物種類都有著或多或少的差異，如指紋一樣獨一無二。微生物就是一切難以用肉眼看見的微小生物，包括細菌、真菌這些單細胞生物，也包括病毒、立克次體這些非細胞生物。至于微生物群組，就要從微生物獨特的進化特點說起。多細胞生物的傳宗接代周期少則以月計，多則以年計。而細菌這樣的微生物在條件適宜的情況下，只需幾十分鐘就能產(chǎn)生新一代。這樣高速的繁殖令它們有著遠高于多細胞生物的進化速度，能不斷修改自己的基因去適應(yīng)環(huán)境。在微生物研究中，很難像研究大熊貓、白鰭豚一樣去研究單一微生物物種，而是要研究聚集生活在一起的、所有具備不同基因的微生物。這些微生物組合在一起就被稱為微生物群組。微生物對人類來說意義重大。例如，腸道中大概包括一千余種不同的微生物，而且種類組成還在不斷變化。吃的食物不同，腸道中就會滋養(yǎng)出不同的微生物種類。近年的生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物群組竟然還是人體免疫系統(tǒng)的一個組成部分，是抵御致病微生物的第一道屏障。不僅如此，某些腸道微生物的分泌物還會對我們的身體產(chǎn)生顯著的調(diào)控作用，令我們罹患肥胖癥、二型糖尿病或是直腸癌，甚至影響到神經(jīng)系統(tǒng)，讓我們更快樂或更憂郁。對微生物的進一步研究、利用能讓我們生活得更健康。在食品工業(yè)中使用雙歧桿菌等益生菌作為添加劑，可以減少腸道感染的幾率。按照這個思路，今后或許可以通過在食物中添加特定的益生菌來治療諸如糖尿病、癌癥等疾病。這些傳統(tǒng)上要靠藥物解決的疾病，今后也許只需吃點微生物就可以搞定。2016年5月，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布啟動“國家微生物群組推動計劃”，將研究目標(biāo)鎖定整個生態(tài)環(huán)境中的微生物群組。隨著該計劃的啟動，人類將積累更多這方面的知識，創(chuàng)造更有利于人類的微生物環(huán)境（葉盛《微生物造就不一樣的你》）。

僅就發(fā)展微生物農(nóng)業(yè)而言，一是利用微生物技術(shù)處理，“點草成金”，實現(xiàn)廢棄物的無害化和再利用。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物處理粗放、綜合利用水平不高的問題日益突出。據(jù)估算，全國每年產(chǎn)生畜禽糞污38億噸，綜合利用率不到60%；每年生豬病死淘汰量約6000萬頭，集中的專業(yè)無害化處理比例不高；每年產(chǎn)生秸稈近9億噸，未利用的約2億噸；每年使用農(nóng)膜200萬噸，當(dāng)季回收率不足2/3。這些未實現(xiàn)資源化利用無害化處理的農(nóng)業(yè)廢棄物，實際是放錯了地方的資源。發(fā)展微生物農(nóng)業(yè)，這些有機廢棄物經(jīng)微生物發(fā)酵就能轉(zhuǎn)化為飼料、沼氣、生物乙醇等，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的無害化和再利用。

二是可以實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的工廠化生產(chǎn)，緩解糧食緊缺的矛盾。微生物農(nóng)業(yè)是具有高科技生物工程內(nèi)涵的“發(fā)酵工程”和“酶工程”，可實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的工廠化生產(chǎn)。我國農(nóng)作物秸稈，通過微生物發(fā)酵工程變?yōu)轱暳希梢垣@得相當(dāng)于400億千克的飼料糧，這相當(dāng)于目前全國每年飼料用糧的1/2。一座占地不多年產(chǎn)10萬噸單細胞蛋白的微生物工廠，相當(dāng)于12公頃耕地生產(chǎn)的大豆蛋白或0.25億公頃草地飼養(yǎng)的牛羊所生產(chǎn)的動物蛋白，數(shù)目十分可觀。利用秸稈類的農(nóng)業(yè)有機廢棄物——稻草、稻谷殼、玉米芯、棉子屑、鋸木屑、甘蔗渣和泥碳配制成食用菌的培養(yǎng)基，可獲得飼料生產(chǎn)（底料作畜禽的優(yōu)質(zhì)飼料）和食用菌生產(chǎn)的雙豐收。微生物飼料制劑包括單細胞蛋白飼料、菌體蛋白飼料、飼用酶制劑、真菌飼料添加劑、維生素類添加劑、抗生素類制劑、氨基酸類、活體微生物類、發(fā)酵飼料等。其混配在飼料中可起到幫助消化、促進生長以及提高畜禽自身免疫力，防病治病的作用。微生物飼料制劑由于可工廠化生產(chǎn)，效率高，且有利于環(huán)境保護而日益受到人們的重視。許多微生物除了可作飼料添加劑，還可用于發(fā)酵工程來生產(chǎn)大量飼料，實現(xiàn)人畜分糧，緩解糧食緊缺的矛盾。近年來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上利用殘渣食物鏈進行食物生產(chǎn)也越來越多，尤以食用菌為紐帶的生態(tài)模式效果明顯。微生物菌體以其豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸及維生素含量列為重要營養(yǎng)食品，許多食用菌品種還以其突出的抗癌、降脂、增智及提高機體免疫力的功效而成為首屈一指的保健食品。國際食品界已將其列為21世紀的八大營養(yǎng)保健食品之一。據(jù)科學(xué)估計中國菌物種約有18萬種左右，其中大型真菌約2.7萬種。目前已發(fā)現(xiàn)并報道的食用菌有710多種，其中能進行人工栽培的約有50種，已經(jīng)形成規(guī)模的商業(yè)栽培有15種左右。

三是可以改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。21世紀人類社會發(fā)展的首要問題是生態(tài)環(huán)境保護問題。農(nóng)藥、化肥的大量投入，給生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的破壞，對大氣、土壤和水體造成了不同程度的污染。為了促進我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，微生物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必將扮演更為重要的角色。發(fā)展微生物農(nóng)業(yè)，一方面減少農(nóng)業(yè)廢棄物污染，將有機廢物變廢為寶，有利于生態(tài)環(huán)境保護；另一方面，微生物農(nóng)業(yè)中的生態(tài)環(huán)境保護劑，還可直接清除空氣中的廢氣、污水和土壤中的有害化學(xué)物質(zhì)，是國際上正在興起的一項新產(chǎn)業(yè)。發(fā)展微生物農(nóng)業(yè)不僅可以滿足人們對食品數(shù)量增加、質(zhì)量改善和食品安全的需求，而且可以有效地提高動、植物資源利用率，改善和保護生態(tài)環(huán)境。2013年，美國出版了《微生物養(yǎng)活世界》一書，強調(diào)通過調(diào)控土壤微生物區(qū)系能夠增產(chǎn)20%，減少20%的化肥與農(nóng)藥，是未來環(huán)境友好、經(jīng)濟高效農(nóng)業(yè)的新出路。

我國高度重視生物技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出臺了一系列戰(zhàn)略規(guī)劃，研發(fā)投入持續(xù)增加，取得了一批標(biāo)志性科技成果，在世界上首次解析葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白晶體結(jié)構(gòu)，治療Ｔ細胞淋巴瘤新藥西達本胺上市，人工角膜“艾欣瞳”投產(chǎn)。微生物的開發(fā)產(chǎn)業(yè)前景也是十分廣闊。以食藥用菌為例，現(xiàn)在我們對于食用菌的消費非常有限?，F(xiàn)在全國人均只有60克。營養(yǎng)專家說每人每天應(yīng)該消費250克以上，那就是半斤多，如果按這個數(shù)量去計算，那么就需要1.2億噸。現(xiàn)階段中國每年的食藥用菌產(chǎn)量3000多萬噸，產(chǎn)值是2000多億元，這也就意味著，整個產(chǎn)業(yè)的的產(chǎn)值規(guī)模，差不多在這個基礎(chǔ)上要翻3倍以上，達到一個萬億級的產(chǎn)業(yè)。

高營養(yǎng)的價值使得微生物的開發(fā)成為時代的寵兒。中國共產(chǎn)黨人已經(jīng)向全世界承諾兩個百年目標(biāo)。第一個百年目標(biāo)是全面建成小康社會。建成小康社會之后就是要建設(shè)健康中國，而健康的核心就是首先要把吃的東西解決好。微生物營養(yǎng)的豐富和轉(zhuǎn)化，是未來人類營養(yǎng)鏈的重要一環(huán)。以食用菌為例，現(xiàn)代科學(xué)研究的最新成果表明，食用菌不僅具有很高的營養(yǎng)價值，而且有極好的藥用效果。特別是食用菌中的真菌多糖、抗菌素、核酸、核苷酸、有機鍺、有機硒等許多藥用成分，對人體細胞的修復(fù)作用和在治療肝炎、心血管性疾病、特殊疑難病癥、抗衰老等方面已顯示出極大的優(yōu)越性，成為人類篩選新的抗癌藥物、抗艾滋病藥物、抗菌素藥物的一條重要途徑。

前景廣闊的微生物開發(fā)

根據(jù)《中國微生物資源發(fā)展報告2016》分析結(jié)果，2001－2015年，中國在微生物資源領(lǐng)域取得巨大發(fā)展。中國微生物領(lǐng)域論文發(fā)文量位于世界第二，僅次于美國；中國微生物領(lǐng)域?qū)＠鍞?shù)量世界第一，從全球排名來看，中國于2009年成為微生物領(lǐng)域公開專利數(shù)量最多的國家；據(jù)全球微生物保藏中心信息網(wǎng)（CCINFO）統(tǒng)計，中國菌種保藏中心共33個，可共享的保藏菌株182235種，保藏的菌株總量為世界第4位；世界各保藏中心共保有96907個用于專利程序的生物材料，中國的CGMCC保藏專利菌株為11977株，排在第2位。我國的微生物研發(fā)利用已步入快車道。

1.微生物肥料

土壤是作物賴以生長的基礎(chǔ)。“鎘大米”事件曾引發(fā)社會的廣泛關(guān)注，為我們敲響了土壤污染的警鐘。近期，環(huán)境保護部和國土資源部做了一個全國土壤污染狀況的調(diào)查，調(diào)查發(fā)現(xiàn)全國土壤總超標(biāo)率16.1%，土壤污染已經(jīng)成為我國許多地方的“公害”。隨著化肥的大量使用，化肥的利用率不斷降低已是眾所周知的事實，化肥污染也越來越被重視。數(shù)據(jù)顯示，近年來我國化肥的使用量上漲了4.5倍，但我國糧食產(chǎn)量僅增長了82.8%，三大糧食作物氮肥、磷肥、鉀肥的利用率僅為33%、24%和42%。我國農(nóng)作物畝均化肥用量21.9公斤，遠高于世界的平均水平（每畝8公斤），是美國的2.6倍，歐盟的2.5倍。中國的耕地肥力出現(xiàn)了明顯下降，全國土壤有機質(zhì)平均不到1%。但是目前在農(nóng)作物用肥上，依然存在過度施肥和用肥單一、照“老經(jīng)驗”施肥的情況，不僅犯了經(jīng)驗主義的錯誤，還加劇了土壤內(nèi)在結(jié)構(gòu)的不平衡，僅靠增加施用化肥數(shù)量來提高作物產(chǎn)量是有限度的。

作物所需要的營養(yǎng)元素主要是依靠土壤中生活的微生物的作用。微生物肥料已經(jīng)成為植物營養(yǎng)與肥料中的重要組成部分，在提高養(yǎng)分轉(zhuǎn)化利用率、維護植物健康成長、增產(chǎn)提質(zhì)和保障可持續(xù)生產(chǎn)能力等方面具有不可替代的作用。隨著人民生活水平的不斷提高，尤其是人們對生活質(zhì)量提高的要求，市場對綠色無公害的食品需求不斷提升。在生產(chǎn)綠色食品的過程中，要求不用或盡量少用或盡量限用化肥、農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)。中國三大灌區(qū)之一河套平原的農(nóng)民企業(yè)家楊兆麟，流轉(zhuǎn)了2萬畝土地。只種植了6000畝小麥，其余種植大豆。種植的大豆在收獲之后，大豆留下的根瘤菌就變成了來年小麥的天然生態(tài)肥料，既節(jié)約了生產(chǎn)成本，又提升了小麥的品質(zhì)。2013年，他的小麥面粉通過了歐盟有機產(chǎn)品認證，同年中南海將它選為國宴用品?，F(xiàn)在該品種面粉是30-260元一公斤，做成面條更貴，460元一市斤，并且還供不應(yīng)求，提前3個月訂貨都訂不到。微生物肥料既能保護和促進農(nóng)作物生長和提高品質(zhì)，又不會產(chǎn)生和積累有害物質(zhì)，符合綠色食品和綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求，也是推動農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革、深化種植結(jié)構(gòu)調(diào)整及提高資源要素的使用效率的應(yīng)有之義。

目前，我國基本形成了微生物肥料產(chǎn)業(yè)，全國約有500個企業(yè)，年產(chǎn)量達到400萬噸，微生物肥料己逐漸成為肥料家族中的重要成員，獲得農(nóng)業(yè)部臨時登記證的產(chǎn)品近500個，其中已有200多個產(chǎn)品轉(zhuǎn)為正式登記。在農(nóng)業(yè)部登記的產(chǎn)品種類有12個，包括固氮菌劑、硅酸鹽菌劑、溶磷菌劑、光合菌劑、有機物料腐熟劑、復(fù)合菌劑、微生物產(chǎn)氣劑、農(nóng)藥殘留降解菌劑、水體凈化菌劑和土壤生物改良劑（或稱生物修復(fù)劑）、復(fù)合生物肥和生物有機肥類產(chǎn)品。微生物肥料使用菌種種類不斷擴大，所使用的菌種早已不限于根瘤菌，即使是根瘤菌種類也達10多種。其他的諸如各種自生、聯(lián)合固氮微生物，纖維素分解菌，PGPR菌株等，據(jù)統(tǒng)計，目前使用的菌種已達100多種。微生物肥料的應(yīng)用效果不僅表現(xiàn)在產(chǎn)量增加上，而且表現(xiàn)在產(chǎn)品品質(zhì)的改善、減少化肥的使用、降低病蟲害的發(fā)生、保護農(nóng)田生態(tài)環(huán)境等方面，應(yīng)用面積不斷擴大，累計達2000多萬公頃。

2.微生物飼料

健康動物腸道內(nèi)生長著各種各樣的微生物群落，各種微生物群落之間相互依存、相互制約，構(gòu)成畜禽腸道內(nèi)微生態(tài)系統(tǒng)的平衡，建立一個正常且平衡良好的腸道微生物區(qū)系對抵御病原性微生物感染具有十分重要的意義。多年來，禽畜飼養(yǎng)中所用的飼料中，長期添加化學(xué)促長劑和抗生素藥品，形成對禽畜體內(nèi)的有益細菌大量損害，給禽畜體內(nèi)的病毒細菌造成了大量的繁殖空間，迫使禽畜免疫力下降，進而又使得消費者對禽畜抱有恐懼感。不間斷地在配合飼料中添加抗生素等化學(xué)物質(zhì)，如此形成了惡性循環(huán)，進一步導(dǎo)致禽畜免疫力下降。飼料原材料價格居高不下，飼料價格隨之節(jié)節(jié)攀升，飼料轉(zhuǎn)化率低等因素使得養(yǎng)殖戶利潤得不到保障。

微生物飼料包括青貯飼料、糖化發(fā)酵飼料、單細胞蛋白和氨基酸添加劑飼料等。大量的研究結(jié)果表明，微生物飼料添加劑作為一種“綠色”添加劑，在促進動物生長發(fā)育，提高免疫力、防病治病，改善飼料適口性和轉(zhuǎn)化率等方面具有顯著效果。通過微生物技術(shù)，飼料發(fā)酵劑發(fā)酵之后可以轉(zhuǎn)化為動物愛吃的飼料，不僅保護了環(huán)境，還節(jié)省了飼料，這樣一舉兩得。該技術(shù)的最大功績在于，它可以逐漸替代農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)，取代激素和抗生素，生產(chǎn)出綠色食品。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部飼料工業(yè)中心成功開發(fā)出了一種生產(chǎn)工藝簡單、使用效果顯著的微生物發(fā)酵濃縮飼料，生產(chǎn)成本在每噸3000元左右。在生長育肥豬配合飼料中添加15%-20%的發(fā)酵濃縮飼料就可以實現(xiàn)從20公斤到出欄的全程無抗生素飼養(yǎng)。經(jīng)過北京地區(qū)6個豬場的飼養(yǎng)試驗證明，在飼料成本相同的情況下，每頭豬可以節(jié)省飼養(yǎng)成本20-38元，經(jīng)濟效益極其顯著。目前北京地區(qū)已經(jīng)有20多家規(guī)?；i場使用本產(chǎn)品，生豬總存欄數(shù)超過3萬頭。經(jīng)國家抗生素殘留權(quán)威檢測部門分析，通過飼用該產(chǎn)品獲得的豬肉中抗生素的殘留量極低，遠遠低于歐盟安全肉中抗生素殘留的限量要求。

國內(nèi)微生物飼料添加劑產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，從事活性微生物飼料添加劑開發(fā)應(yīng)用的企業(yè)大約有400家，獲得農(nóng)業(yè)部生產(chǎn)批文的約有140家。國內(nèi)微生物飼料添加劑年銷售額大約在20億人民幣，銷售額在1億元以上的不足5家，產(chǎn)品年銷售額在3000萬元以上的不過幾十家，大多數(shù)企業(yè)的年銷售額在1000萬元以下。根據(jù)目前國內(nèi)飼料年生產(chǎn)總量和豬、禽、反芻和水產(chǎn)動物的養(yǎng)殖總量來計算，國內(nèi)微生物飼料添加劑的市場容量在180億元至200億元之間，目前市場推廣普及率約為10%，市場空間極大，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景十分廣闊。

3.微生物能源

能源是人類社會進步與經(jīng)濟發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來的能源危機和環(huán)境惡化引起世界各國的高度重視，生物能源作為石油的替代能源已成為眾多國家能源發(fā)展的必然趨勢。自生物能源出現(xiàn)以來，微生物就與之產(chǎn)生了千絲萬縷的聯(lián)系，無論是生物乙醇、生物柴油還是生物制氫，微生物都是生物反應(yīng)的參與者。而該項研究為實現(xiàn)能源的可再生提供了又一種新的可能——微生物可直接合成燃料分子。

人們對生物能源并不陌生，早在19世紀，就出現(xiàn)了現(xiàn)代生物能源乙醇。1902年，Deutz可燃氣發(fā)動機工廠特意將1/3的重型機車利用純乙醇作為燃料，隨后的1925年至1945年間，乙醇被加入到汽油里作為抗暴劑?？梢哉f安全、清潔是乙醇的主要優(yōu)勢。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，利用微生物對生物質(zhì)加工制備生產(chǎn)生物能源已成為開發(fā)可再生能源的主要方向之一。例如，巴西用乙醇產(chǎn)生菌生產(chǎn)的乙醇1990年已達到1.6×107立方米，足夠供應(yīng)200萬輛汽車的驅(qū)動能源之需要。2012年，美國加利福尼亞州一家公司生產(chǎn)出基因改良的細菌，能夠從3公斤干海藻中生產(chǎn)出1公斤乙醇。為了不影響糧食產(chǎn)量，纖維素乙醇應(yīng)運而生，并迅速成為研究熱點。2000年以后，以藻類燃料為代表的生物柴油一度受到了格外的關(guān)注，也成為第三代生物能源的代表。

歐盟委員會積極推進生物燃料發(fā)展，制定了2015年生物燃料占運輸燃料消費總量8%的目標(biāo)。2011年8月16日，美國白宮宣布推出一項總額為5.1億美元的計劃，由農(nóng)業(yè)部、能源部和海軍共同投資推動美國生物燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，此外美國還通過法律手段強制在運輸燃料中添加生物燃料，具體比例是柴油中添加2%的生物柴油，汽油中添加5%的燃料乙醇。英國政府從2006年起要求生產(chǎn)運輸燃油的能源企業(yè)必須有3%的原料來自可再生資源，并且比例將逐年提高。據(jù)國際能源機構(gòu)（IEA）的數(shù)據(jù)，2010年全球生物燃料日產(chǎn)量為182.2萬桶，2011年降至181.9萬桶。

受工業(yè)經(jīng)濟迅猛發(fā)展和中產(chǎn)階級膨脹推動，中國能源消耗費已經(jīng)占全球能源消費的21%。盡管中國大力投資可再生能源，煤炭仍是我國最主要的能源。中國工業(yè)占GDP將近50%，使用了近70%的能源。中國近50%的原油依靠進口，能源安全和外交政策受到重大影響。石油進口主要來自中東，但安哥拉日益成為主要進口國。天然氣在中國能源構(gòu)成中占比很小，但2007年中國成為天然氣凈進口國。按照目前以煤炭為主導(dǎo)的能源結(jié)構(gòu)，2020年我國將面臨至少10億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能源缺口。而根據(jù)中國工程院的研究，2050年我國人均裝機容量要達到美國2002年的人均裝機容量的一半水平，就得需要電力裝機24億千瓦，而常規(guī)能源發(fā)電即使發(fā)揮到最大能力也只能提供17億千瓦的裝機容量，距24億千瓦至少有30%的缺口。我國水電開發(fā)潛能巨大，但也容易導(dǎo)致生態(tài)鏈的斷裂。美國現(xiàn)階段正在逐步開展拆壩運動，也正是嘗試恢復(fù)大壩周邊地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)。在中國四大家魚產(chǎn)地之一的湖北省，長江大壩沒筑之前，每年的魚苗產(chǎn)量200億尾；筑了之后，每年的產(chǎn)量2億尾，產(chǎn)能下降99%。中國政府一直大力投資可再生能源，竭力降低對煤炭的依賴。2011年中國成為可再生能源規(guī)模最大的國家，裝機容量達到133吉瓦，美國只有94吉瓦。

4.微生物食品

微生物都是核酸和蛋白質(zhì)的實體，大多是單細胞，用發(fā)酵法生產(chǎn)這些單細胞微生物就可以得到極為豐富的單細胞蛋白。微生物的繁殖速度驚人，一頭體重500公斤的牛，每天只能合成0.5千克的蛋白質(zhì)。而500千克的活菌體，只要有合適的條件，在24小時內(nèi)能夠生產(chǎn)1250千克的單細胞蛋白質(zhì)。單細胞微生物制造出來的蛋白質(zhì)可以制造人造肉、人造魚、人造面粉等食品。發(fā)酵食品是人類巧妙地利用有益微生物加工制造的一類食品，具有獨特的風(fēng)味，豐富了我們的飲食生活，如酸奶、干酪、酒釀、泡菜、醬油、食醋、豆豉、乳腐、黃酒、啤酒、葡萄酒，甚至還可包括臭豆腐和臭冬瓜，這些都是頗具魅力而長期為人們喜愛的食品。現(xiàn)在中國的食用菌產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中的第五大產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)量超過了3280萬噸，產(chǎn)值超過了2400萬元。其中藥用菌占有重要的份額。僅靈芝一項，2015年的凈出口量超過了20個億。中國的食用菌產(chǎn)業(yè)在供給側(cè)改革，國民經(jīng)濟進入新常態(tài)，特別是在2015年開始的精準(zhǔn)扶貧中，食用菌產(chǎn)業(yè)都發(fā)揮著不可替代的作用。正是因為食用菌具有不與人爭糧，不與糧爭地，不與地爭肥，不與農(nóng)爭時，不與農(nóng)產(chǎn)品爭市場，不與其他爭資源的優(yōu)勢，發(fā)揮著推進循環(huán)經(jīng)濟的不可替代的作用。在供給側(cè)改革中，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，很多地方都把食藥用菌作為首選。在精準(zhǔn)扶貧中，很多省區(qū)都把食藥用菌，特別是藥用菌的栽培作為脫貧致富的重要選擇之一。因此，我們?nèi)珖乃幱镁a(chǎn)業(yè)的企業(yè)家、科學(xué)家，特別是戰(zhàn)斗在第一線的工作人員，都有著重要的歷史責(zé)任。當(dāng)前，食藥用菌產(chǎn)業(yè)面臨著很多問題，亟待解決。譬如，我們的品種，我們的規(guī)模化栽培，我們的深加工。還有市場如何創(chuàng)新、如何規(guī)范、如何發(fā)展亟待解決的問題。

5.微生物藥物

人類認識微生物的歷史源遠流長，但有目的地從微生物次級代謝產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)新藥的歷史，至今不到70年。法國微生物學(xué)家路易·巴斯德曾經(jīng)嘗試將狂犬患者的唾液注射到兔子體中，并進一步從中提取和制成可供免疫用的弱化疫苗，1885年在一個9歲的患狂犬病的孩子身上試用，獲得成功。這一研究成果當(dāng)時被譽為“科學(xué)紀錄中最杰出的一項”，開創(chuàng)了藥物微生物技術(shù)的新時代。英國細菌學(xué)家亞歷大·弗萊明，首先發(fā)現(xiàn)青霉素。后英國病理學(xué)家弗勞雷、德國生物化學(xué)家錢恩進一步研究改進，并成功地用于醫(yī)治人的疾病。青霉素的發(fā)現(xiàn)，是人類找到了一種具有強大殺菌作用的藥物，結(jié)束了傳染病幾乎無法治療的時代；從此出現(xiàn)了尋找抗菌素新藥的高潮，人類進入了合成新藥的新時代。微生物制藥技術(shù)作為一項新興的技術(shù)，在世界各國衛(wèi)生醫(yī)療、環(huán)境保護等領(lǐng)域已經(jīng)取得了卓越的成績。歐美日等國已不同程度地制定了今后幾十年內(nèi)用生物過程取代化學(xué)過程的戰(zhàn)略計劃，可以看出工業(yè)微生物技術(shù)在未來社會發(fā)展過程中的重要地位。如胰島素、氨基酸、牛痘等微生物制藥技術(shù)成熟發(fā)展的產(chǎn)物。有關(guān)報道稱，武漢大學(xué)生命科學(xué)研究所已成功將人的基因移植到水稻，進而從稻谷中提取過去只能從人的血液中才能提取的人體血清白蛋白，一畝水稻可提取2公斤。該技術(shù)一旦面市，將像人工合成胰島素一樣，大大提升人的健康水平。胰島素過去只能從?；蜇i身上提取，一頭?；蜇i只夠一個糖尿病人一周的用藥。人工合成技術(shù)成功后，完全滿足了市場需求。我們目前人體血清白蛋白缺口甚大，年需求量為110-120噸，缺口高達60-80噸，該項技術(shù)將徹底結(jié)束供不應(yīng)求的局面。

農(nóng)藥的殘留是一個惡性循環(huán)。農(nóng)作物用了農(nóng)藥之后，人吃了種子產(chǎn)生抗藥性，根莖葉喂了牲畜，牲畜的糞便留流到土壤里面，使土壤里面含有農(nóng)藥殘留，再種莊稼，還有農(nóng)藥。動物的肉，人吃了，同樣在人體里面殘留，帶來一個惡性循環(huán)。人和動物的抗藥性越來越強。中國每年生產(chǎn)的抗生素是21萬噸，人均消費138克，美國是13克，我們是人家的10倍還多。在以高產(chǎn)為唯一目的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過量使用化學(xué)農(nóng)藥，是造成當(dāng)前農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境日趨惡化以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低下的一個重要因素。特別是在進入WTO以后我國農(nóng)業(yè)還面對日趨激烈的國際競爭，綠色農(nóng)業(yè)逐漸引起人們的重視，生物農(nóng)藥的研究和應(yīng)用在新世紀之初迎來前所未有的歷史機遇和技術(shù)挑戰(zhàn)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景十分廣闊。

微生物農(nóng)藥包括農(nóng)用抗生素和活體微生物農(nóng)藥。利用微生物或其代謝產(chǎn)物來防治危害農(nóng)作物的病、蟲、草、鼠害及促進作物生長，包括以菌治蟲、以菌治菌、以菌除草等。這類農(nóng)藥具有選擇性強，對人、畜、農(nóng)作物和自然環(huán)境安全，不傷害天敵，不易產(chǎn)生抗性等特點。隨著人們對環(huán)境保護越來越高的要求，微生物農(nóng)藥無疑是今后農(nóng)藥的發(fā)展方向之一。目前，我國生物農(nóng)藥類型包括微生物農(nóng)藥、農(nóng)用抗生素、植物源農(nóng)藥、生物化學(xué)農(nóng)藥和天敵昆蟲農(nóng)藥、植物生長調(diào)節(jié)劑類農(nóng)藥等6大類型，已有多個生物農(nóng)藥產(chǎn)品獲得廣泛應(yīng)用，其中包括井岡霉素、蘇云金桿菌、赤霉素、阿維菌素、春雷霉素、白僵菌、綠僵菌。雖然我國微生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)有了一定的發(fā)展，但市場空間極大，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景仍然十分廣闊。截至2015年12月31日，全國農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)2232家，抗生素農(nóng)藥生產(chǎn)廠家709家，其他生物農(nóng)藥生產(chǎn)廠家428家；農(nóng)藥進出口首現(xiàn)“雙降”。生物農(nóng)藥前景好，但目前仍有難題需要破解。我國生物農(nóng)藥企業(yè)存在著企業(yè)規(guī)模小、競爭力弱、自主創(chuàng)新能力弱、技術(shù)裝備水平低、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一、難以滿足系統(tǒng)解決方案的需求、銷售渠道不通暢、資金緊張等痛點，而農(nóng)民應(yīng)用生物農(nóng)藥的意識淡薄，對生物農(nóng)藥缺乏信心、懷疑效果。

6.微生物清潔劑

據(jù)2015年《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示，我國至少有近3000萬公頃的受污染土地，其中嚴重土壤污染區(qū)高達320個，占地約538萬公頃。此外，鎘、汞、鉛等重金屬含量也嚴重超標(biāo)，尤其是鎘污染，在全國范圍內(nèi)普遍增加，在西南地區(qū)和沿海地區(qū)增幅一度超過50%，情況不容樂觀。水污染則更嚴重，據(jù)有關(guān)方面調(diào)查，我國只有3%的城市水源基本清潔，97%的城市水源受到污染，其中嚴重污染的占64%，有專家研究，有效治理深層污染需要上千年的時間。鄉(xiāng)村田野流淌的大小河溝，污染程度更是觸目驚心，臭氣熏天、魚蝦絕跡的現(xiàn)象為數(shù)不少。有關(guān)研究認為，我國目前廢水排放量已成為世界之最，每天廢水排放量比美國、俄羅斯、德國、印尼、泰國、法國、烏克蘭、越南和意大利九個國家的總和還多。中國60萬個行政村每年生產(chǎn)90億噸污水、2.8億噸垃圾，基本處于“污水靠蒸發(fā)，垃圾靠風(fēng)化”狀態(tài)。每年年產(chǎn)1.5億噸的城市垃圾中，被丟棄的“可再生資源”價值高達250億元！北京市現(xiàn)日產(chǎn)垃圾13000噸，全年生產(chǎn)495萬噸，而且每年將以8% 的速度遞增。有外國人諷刺中國說，中國人死了，拍扁了掛墻上就是一張完整的化學(xué)元素周期表，吃的、喝的、呼吸的什么元素都有，一樣不缺。

有關(guān)資料統(tǒng)計表明，截止到2016年，國際上啟動了9個環(huán)境微生物組相關(guān)的研究計劃。20世紀初，中國科學(xué)院有關(guān)專家開始推動“微生物地球”研究計劃。最早利用微生物作為清潔劑的運用主要是在處理生活垃圾上。經(jīng)過微生物的發(fā)酵，將作為燃料的碳、氫和作為植物營養(yǎng)元素的N、P、K等分離開，制成沼氣。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，有機殘體及廢棄物不斷增加，對環(huán)境造成嚴重污染，給生產(chǎn)生活帶來不良后果。以沼氣為紐帶可促進物質(zhì)和能量在系統(tǒng)內(nèi)部有多重循環(huán)利用。如我國北方開發(fā)的“四位一體”高效種養(yǎng)結(jié)合發(fā)展模式，即太陽能溫室→沼氣池→豬圈→廁所和南方的“豬圈→沼氣池→果園”模式，可使一切有機殘體和廢棄物無害化和資源化，是一條適合我國國情的農(nóng)村發(fā)展之路。微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell， MFC）可以將污水作為底物進行發(fā)電，將其中蘊含的能量回收，可解決污水處理廠的電耗問題。MFC既可用于處理廢水有機物，也可用于廢水脫氮除硫，甚至可用于處理難降解有毒化合物。利用遺傳工程讓大腸桿菌具備分解塑膠廢液的功能。利用農(nóng)業(yè)廢棄的秸稈、枝葉等生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成生物能源，纖維素中的糖和玉米淀粉中含有的葡萄糖一樣，可以用傳統(tǒng)的酵母發(fā)酵成乙醇。纖維素存在于幾乎所有的植物生命體中，用纖維素獲取乙醇不但無須擔(dān)心原料來源，還能解決農(nóng)作物廢料燃燒污染空氣的問題。

微生物開發(fā)戰(zhàn)略與對策

微生物資源的開發(fā)利用無非是利用微生物菌體本身，或者其代謝產(chǎn)物，或者其某種特性和活性。微生物資源開發(fā)的基本思路，一般來說，是先從自然界找到目的菌，然后進行改良，最后進入量產(chǎn)。也就是說，使用生物技術(shù)培育出來的新微生物產(chǎn)品進入商業(yè)化生產(chǎn)要經(jīng)歷三個階段，第一階段是，收集微生物資源，并借此搜尋具有商業(yè)潛力的目的菌。第二階段是，一旦搜集來的微生物資源是可利用的，可以用現(xiàn)代生物技術(shù)分離出具有商業(yè)潛力的目的菌。第三階段是，利用具有商業(yè)潛力的目的菌進行實驗室檢驗。如果實驗成功，就批準(zhǔn)上市。微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略應(yīng)該圍繞這幾個環(huán)節(jié)優(yōu)先實施以下科技戰(zhàn)略措施，推動微生物產(chǎn)業(yè)快速和健康的發(fā)展。

（一）加強微生物資源的保護、開發(fā)和利用

微生物菌種資源與動、植物一樣，是國家重要的戰(zhàn)略性生物資源，這是微生物產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和前提。

1.強化政府的主導(dǎo)作用，加大資金投入力度，建立起高水平的國家級微生物資源庫與共享體系。

我國雖然已經(jīng)建立起了微生物菌種保存體系，但是其規(guī)模、機制、功能尚不能適應(yīng)當(dāng)今科學(xué)研發(fā)的需求。因此，需要裝備、重建高水平的國家微生物菌種資源保存與管理體系，以及信息共享系統(tǒng)。微生物資源的收集基本上都是天然材料，本身具有公共產(chǎn)品的特點。它們是非競爭性的。在一種微生物產(chǎn)品中使用某一菌種并不排除另一種產(chǎn)品對它的使用。另外，它們也很難完全排他的——阻止被人使用是困難的且代價巨大。大部分的菌種廣泛分布在各區(qū)域，很難被個別地區(qū)獨享，尤其是現(xiàn)代生物技術(shù)只需要微量的菌種，這使得微生物資源的“走私”幾乎不可能被阻止。微生物菌種資源搜集和保護具有很強的公益性，政府應(yīng)該發(fā)揮主導(dǎo)作用，加大資金的投入，并建立起相應(yīng)的高質(zhì)量管理機制。當(dāng)前的主要工作可以從三個大的方面著手：一是，加大力度對原始生態(tài)環(huán)境的保護。原始生態(tài)環(huán)境是巨大的微生物基因庫、種源庫，保護了原始生態(tài)環(huán)境就同時保護了微生物資源。因此，有必要劃定一些具有代表性的原始生態(tài)環(huán)境、極端環(huán)境和獨一無二的特殊環(huán)境作為保護區(qū)，使其盡量保持原始狀態(tài)，作為研究微生物資源的基地。二是，加快對我國微生物資源的清查和評價。特別是有應(yīng)用前景的微生物資源，并加強對現(xiàn)有微生物資源的功能評價，充分發(fā)揮現(xiàn)有資源的應(yīng)用潛力，尤其是極端環(huán)境微生物功能基因的挖掘及菌種的功能性研究。三是，建立微生物資源基因庫。2016年9月22日，我國建成世界最大的國家基因庫在深圳投入運行，分樣品庫、數(shù)據(jù)庫、活體庫三類，它的使命就是“留存現(xiàn)在，締造未來”。它還建有數(shù)字化平臺和合成編輯平臺。對于未培養(yǎng)的微生物資源，可采取提取DNA，分離和克隆不同的基因片段，以保護微生物基因資源。

2.對部分公共研究機構(gòu)和民營公司微生物資源收集和保存活動給予一定的補貼，加強對其生產(chǎn)菌種和專利菌種的保護。

微生物資源的搜集和保護具有公益性，但是緣于一種“時尚”，世界各國已采取行動賦予國家對部分微生物資源來源的所有權(quán)。長期以來，許多國家對微生物學(xué)方法和微生物產(chǎn)品授予專利，而對微生物資源本身并不保護。1980年美國法院關(guān)于微生物資源專利糾紛的判決，開啟了微生物本身也可以作為專利保護對象的先例。對部分菌種的專利保護有一定的合理性。微生物資源的開發(fā)面臨著巨大的風(fēng)險，比如要開發(fā)一種新的微生物藥物，大約需要10億美元的投資，10年以上的時間，大量的人力物力，還有非常高的失敗率。因此，一旦證明某個新菌種產(chǎn)生某種新物質(zhì)，授予其專利對于促進微生物資源的搜尋、保護和開發(fā)有著重要的作用。更重要的是，專利菌種的保護有利于糾正全球微生物研發(fā)活動收入分配的不平衡。在很多情況下，發(fā)達國家跨國公司獲得了研發(fā)成果的大部分收入，我們從研發(fā)活動中僅得到非常少的全球利潤。授予微生物資源專利權(quán)，將有助于我們分享一部分研發(fā)利潤，使得全球的研發(fā)收入分配更為平等。專利菌種完全排除其他人的使用是有一定難度的，為了鼓勵和促進微生物資源收集和保存，政府應(yīng)該對部分公共研究機構(gòu)和民營公司給予一定的補貼是非常有必要的。

（二）加強微生物產(chǎn)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)研究

全球生物安全頂級實驗室P4實驗室總計56個，其中美國14個、印度4個、日本2個、我國臺灣2個，中國大陸僅1個。2016年5月13日，奧巴馬宣布啟動“國家微生物組計劃”，主要針對不同生態(tài)系統(tǒng)的微生物進行比較研究，以尋求微生物的塑造方式，為人類改變微生物朝著有益方向發(fā)展提供可靠必要的路徑。它設(shè)定三大目標(biāo)，一是支持跨學(xué)科研究，回答多樣化生態(tài)系統(tǒng)中微生物組的基本問題，如什么是健康的微生物組；二是開發(fā)檢測分析微生物組的工具，如隨時檢測空氣、水、土壤或人體微生物數(shù)量的手持傳感器；三是科普培訓(xùn)相關(guān)微生物組工作人員。美國已將這一計劃上升到國家戰(zhàn)略層面，我國尚未設(shè)計這種技術(shù)基礎(chǔ)研究的制度構(gòu)架?；A(chǔ)性技術(shù)的研究知識密集度高，涵蓋面大，涉及面寬，需要國家層面從戰(zhàn)略高度總體設(shè)計。例如，僅微生物菌種的分離、篩選和選育就十分復(fù)雜，這是一門需要很多知識和經(jīng)驗的學(xué)問。不同的微生物類群使得他們的分離方法也各不相同，很難設(shè)計出對所有產(chǎn)品都好的分離方法。在一些企業(yè)，分離方法是核心機密，絕不外泄。目的菌種的分離、篩選和選育在相當(dāng)程度上也具有公共產(chǎn)品的性質(zhì)。在一種微生物制品中使用的一個被識別的菌種不能排除在另一種微生物制品對它的使用，而當(dāng)基因的逆向操縱相當(dāng)簡單時，排除其他產(chǎn)品的使用也是非常困難的。微生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要國家強有力的技術(shù)支撐。在今后的科技計劃中把微生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新作為一項戰(zhàn)略并給予適當(dāng)傾斜，在各類科研計劃中安排一定的資金和項目，開展微生物產(chǎn)業(yè)的技術(shù)研究。在設(shè)立國家農(nóng)業(yè)應(yīng)用微生物等重點實驗室、微生物工程菌構(gòu)建技術(shù)平臺、微生物發(fā)酵技術(shù)與酶工程應(yīng)用技術(shù)平臺等方面，加大資金和項目的傾斜，通過基礎(chǔ)條件建設(shè)，提高我國農(nóng)業(yè)微生物應(yīng)用水平。特別要針對我國創(chuàng)新藥物嚴重不足的情況，尤其應(yīng)該加大投入、加快微生物資源的收集，結(jié)合化學(xué)、藥理等高通篩選技術(shù)，提高發(fā)現(xiàn)新先導(dǎo)物質(zhì)的概率，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本，從已有的微生物資源庫中篩選出新藥，從微生物新資源中研發(fā)新藥，利用組合生物合成技術(shù)構(gòu)建工程菌株生產(chǎn)新藥。

（三）設(shè)置獨立的微生物開發(fā)管理部門

鑒于我國微生物開發(fā)涉及農(nóng)業(yè)、科技、林業(yè)、環(huán)保、食藥、國土、財政、發(fā)改等諸多部門，中央和省級政府應(yīng)按照精簡、高效、透明的原則，設(shè)立專門的微生物發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組或微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展局，制定國家層面的發(fā)展戰(zhàn)略，整合歸并性質(zhì)相近、用途相同、使用分散的相關(guān)資金。同時，理順各部門之間的工作關(guān)系，建立統(tǒng)一互通的微生物政策創(chuàng)設(shè)平臺和動態(tài)調(diào)整機制，提高微生物開發(fā)政策的精準(zhǔn)性、有效性和執(zhí)行力。根據(jù)中國目前年產(chǎn)9億噸農(nóng)作物秸稈及9億農(nóng)村人口生產(chǎn)廢棄物的現(xiàn)實，應(yīng)專門建立國家級微生物農(nóng)業(yè)科學(xué)院，加大微生物農(nóng)業(yè)新產(chǎn)品、新技術(shù)和新模式的研究和開發(fā)力度，重點開發(fā)食用菌新技術(shù)、鄉(xiāng)村廢棄物管理技術(shù)和農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化技術(shù)等；在省級農(nóng)業(yè)科學(xué)院中設(shè)立微生物農(nóng)業(yè)研究所（室），在省級農(nóng)業(yè)科研院所和農(nóng)業(yè)高校內(nèi)設(shè)立微生物農(nóng)業(yè)專業(yè)，以加強微生物農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)理論和科學(xué)技術(shù)的研究工作；建立促進微生物農(nóng)業(yè)高新技術(shù)、增效技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的考核體系和激勵機制，加速微生物農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新。

（四）打造具有國際競爭實力的微生物產(chǎn)業(yè)

在商業(yè)化的量產(chǎn)階段，市場應(yīng)該起決定性作用，但是我們也不能完全“無為而治”，而是因勢利導(dǎo)，實施農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略，努力打造具有國際競爭實力的高科技產(chǎn)業(yè)。一是要投入資金，建造一批能夠誘導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施和中試熟化基地，支持企業(yè)努力開發(fā)農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)新產(chǎn)品，打造一批國際知名的科技型企業(yè)，搶占國際市場。二是要完善科技產(chǎn)業(yè)政策，營造推進農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的良好環(huán)境和產(chǎn)業(yè)氛圍，把農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展納入國家中長期發(fā)展規(guī)劃，設(shè)立國家專項基金，以扶持處于國際領(lǐng)先領(lǐng)域的農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，并帶動農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)其他領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化水平的提高。

（五）加大宣傳力度，增強需求側(cè)對微生物開發(fā)重要性的認識

一是大眾媒體應(yīng)該加強微生物資源開發(fā)利用和保護方面的宣傳報道，普及知識，促進消費者對微生物制品的需求。在很長一段時間內(nèi)，人們對微生物的認識往往同疾病聯(lián)系在一起，認為它對人類有害無益，而對微生物有益的方面認識比較少，不了解微生物資源在醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)、輕工、環(huán)保和冶金等行業(yè)的廣泛運用，特別是微生物對人類健康保障事業(yè)的偉大貢獻。這顯然不利于大眾對微生物制品消費需求的增加。有必要大力普及微生物知識，宣傳微生物資源的重要性，特別是微生物對人類健康的重要性，以及保護微生物資源的必要性。

二是加強政策的引導(dǎo)作用，促進企業(yè)的投資需求。當(dāng)今世界，微生物資源的開發(fā)利用已經(jīng)涉及各個產(chǎn)業(yè)部門，取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。但是，由于長期政策的引導(dǎo)和宣傳不到位，企業(yè)界對微生物制品的投資還很有限，整個微生物資源的開發(fā)利用還處于較低的層次，零星、分散、不成體系，原始創(chuàng)新少，還沒闖出一條路來，在國民經(jīng)濟發(fā)展中的作用也不明顯。有必要加強對企業(yè)界的政策指導(dǎo)和宣傳引導(dǎo)，強化工商界對微生物制品的產(chǎn)品認識和市場認識，大力推進微生物制品的投資需求，促進生物農(nóng)業(yè)、微生物肥料、微生態(tài)制劑、生物醫(yī)藥、微生物能源、微生物食品以及微生物新材料等方面涌現(xiàn)出更多的高技術(shù)、高效益企業(yè)，推動我國國民經(jīng)濟更快更好更健康地發(fā)展。尤其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，一定要牢固樹立“三維資源結(jié)構(gòu)”的發(fā)展理念，變“植物、動物”的“二物思維”為“植物、動物、微生物”的“三物思維”，把“三物思維”作為農(nóng)業(yè)發(fā)展的“新型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)”，把微生物開發(fā)作為農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要增長極、主流價值觀和主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈，這是實現(xiàn)“減肥增綠”目標(biāo)的關(guān)鍵，也是生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的自然規(guī)律。它必將成長為一個戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，也必將成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的新動能。