本文選自中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》2022年第5期 作者:周楊,鄧名榮,杜娟,宋仲戩,吳清平,朱紅惠 來源:我國農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究[J].中國工程科學(xué),2022,24(5):197-206. 編者按 農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)作為利用農(nóng)業(yè)微生物資源和生物技術(shù)形成的生物科技產(chǎn)業(yè)和高增值農(nóng)業(yè),涉及種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)業(yè)環(huán)境等,在保障糧食安全、提升耕地質(zhì)量、促進(jìn)農(nóng)業(yè)減排增匯方面具有重要意義。近年來,我國農(nóng)業(yè)微生物市場發(fā)展勢頭迅猛,而市場空間依然較大,如微生物肥料僅占肥料總用量的10%,相比微生物技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用,農(nóng)業(yè)微生物發(fā)展整體上仍處于初級(jí)階段。 中國工程院吳清平院士研究團(tuán)隊(duì)在中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》2022年第5期發(fā)表《我國農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究》一文,從微生物肥料、飼用微生物產(chǎn)品、微生物農(nóng)藥、酶制劑微生物產(chǎn)品、農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用等方向,梳理了我國農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,進(jìn)而總結(jié)了農(nóng)業(yè)微生物技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢;在研判種質(zhì)資源、技術(shù)研究、產(chǎn)品研發(fā)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨問題的基礎(chǔ)上,提出了布局科研平臺(tái)專項(xiàng)、建設(shè)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)、加強(qiáng)微生物種業(yè)創(chuàng)新、構(gòu)建法律法規(guī)體系等重點(diǎn)舉措。文章建議,建立完善的產(chǎn)業(yè)政策體系和相關(guān)配套措施,健全農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系,孵化參與國際競爭的高科技企業(yè),以此保障我國農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。 一、 前言 農(nóng)業(yè)微生物是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(含種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè))、農(nóng)產(chǎn)品加工、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)等有關(guān)應(yīng)用微生物的總稱,覆蓋種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)業(yè)環(huán)境等領(lǐng)域,涉及與農(nóng)業(yè)有關(guān)微生物的特性、生命活動(dòng)規(guī)律、作用過程調(diào)控等研究,也是促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的新興方向。農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)指利用農(nóng)業(yè)微生物資源及相關(guān)工程技術(shù)的產(chǎn)業(yè),具有生物工程、高增值農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)特征,成為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要增長點(diǎn);微生物肥料、微生物飼料、微生物農(nóng)藥、微生物能源、食用菌、微生物食物、微生物生態(tài)環(huán)境保護(hù)劑等是其重要的產(chǎn)品形式。鑒于農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)在糧食安全、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面的重要價(jià)值,世界主要經(jīng)濟(jì)體均在產(chǎn)業(yè)發(fā)展層面給予高度重視。根據(jù)Fortune Business Insights發(fā)布的研究報(bào)告,全球農(nóng)業(yè)微生物市場2019—2024年的復(fù)合增長率約為14.6%,預(yù)計(jì)2024年細(xì)菌類、真菌類、病毒類產(chǎn)品的產(chǎn)值分別為31.4億美元、13.4億美元、25.4億美元。 以動(dòng)物、植物“二元結(jié)構(gòu)”為特征的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)正在向動(dòng)物、植物、微生物“三元結(jié)構(gòu)”的新型農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變,微生物在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的重要性得到了更多認(rèn)識(shí)。發(fā)展農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)事關(guān)國家糧食安全保障和耕地質(zhì)量提升,支持農(nóng)業(yè)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn),促進(jìn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展。保障國家糧食安全的壓力始終存在,而微生物產(chǎn)業(yè)將在解決糧食可靠供給方面發(fā)揮積極作用。例如,以農(nóng)業(yè)微生物為基礎(chǔ)的白色農(nóng)業(yè),能夠明顯緩解現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中化肥和農(nóng)藥不合理使用產(chǎn)生的環(huán)境污染、作物病蟲害頻發(fā)、農(nóng)業(yè)投入成本上升、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降等問題;耕地質(zhì)量是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸,而微生物肥料、微生物農(nóng)藥等有利于改善土壤健康狀態(tài),促進(jìn)耕地質(zhì)量恢復(fù)。 近年來,我國農(nóng)業(yè)微生物市場發(fā)展勢頭迅猛,而市場空間依然較大,如微生物肥料僅占肥料總用量的10%。微生物及其相關(guān)技術(shù)開始向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的諸多方面滲透,以微生物農(nóng)藥、菌肥、堆肥、微生物飼料等為代表的產(chǎn)品,其技術(shù)研究和生產(chǎn)應(yīng)用取得一定進(jìn)展。也要注意到,相比微生物技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用,農(nóng)業(yè)微生物發(fā)展整體上仍處于初級(jí)階段。因此,本文旨在開展農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究,識(shí)別農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)、痛點(diǎn)、機(jī)遇,總結(jié)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢,提出重點(diǎn)舉措建議及對(duì)策,以期為農(nóng)業(yè)微生物技術(shù)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)研究等提供基礎(chǔ)參考。 二、 農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 (一) 國家層面重視微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局,開始研究制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策 多個(gè)國家制定了戰(zhàn)略規(guī)劃來推動(dòng)本國微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展。美國將微生物組列入國家計(jì)劃,形成了“微生物組技術(shù)對(duì)認(rèn)知和理解農(nóng)業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行至關(guān)重要”的結(jié)論,將之作為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域亟待突破的研究方向。在北美、歐洲等地區(qū),有機(jī)農(nóng)業(yè)、可持續(xù)農(nóng)業(yè)理念更加深入,優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)農(nóng)作物、土地生產(chǎn)力、土壤健康等需求推動(dòng)了微生物產(chǎn)品市場份額的增長。例如,德國拜耳公司搶先布局農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)品,收購了開發(fā)細(xì)菌類微生物農(nóng)藥產(chǎn)品的AgraQuest公司、研發(fā)真菌類微生物農(nóng)藥產(chǎn)品的Prophyta公司,建立了先進(jìn)的生物產(chǎn)品技術(shù)平臺(tái)以完善公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu);先正達(dá)集團(tuán)股份有限公司與荷蘭皇家帝斯曼集團(tuán)合作開發(fā)了基于微生物的農(nóng)業(yè)解決方案,建立了微生物篩選的專用研發(fā)平臺(tái)。 我國尚未專門針對(duì)農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)布政策文件,一般以農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)、微生物性質(zhì)的政策作為依據(jù)。農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)作為種業(yè)、生物技術(shù)的重要環(huán)節(jié),已經(jīng)納入國家層面的發(fā)展規(guī)劃,如“十四五”規(guī)劃綱要中加強(qiáng)種質(zhì)資源保護(hù)利用和種子庫建設(shè)、培育具有國際競爭力的種業(yè)龍頭企業(yè)、深入實(shí)施農(nóng)藥化肥減量行動(dòng)、推進(jìn)秸稈綜合利用和畜禽糞污資源化利用等內(nèi)容;基因與生物技術(shù)列入七大科技前沿攻關(guān)領(lǐng)域,將生物技術(shù)作為九大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。管理部門以更為細(xì)化的形式明確了農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)和方向,如《2020年種植業(yè)工作要點(diǎn)》提出深入開展有機(jī)肥替代化肥工作,向長江經(jīng)濟(jì)帶、黃河流域等區(qū)域傾斜;《科技部對(duì)十三屆全國人大一次會(huì)議第7313號(hào)建議的答復(fù)》明確了有關(guān)微生物科技創(chuàng)新的支持舉措,將在加強(qiáng)微生物資源保護(hù)、開發(fā)、利用,加快微生物研究在農(nóng)業(yè)、食品、藥物領(lǐng)域應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化等方面進(jìn)行部署。 (二) 微生物種質(zhì)資源開始發(fā)揮農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)的“芯片”作用 農(nóng)業(yè)微生物種質(zhì)資源指能夠純培養(yǎng)、具有一定研究與應(yīng)用價(jià)值的細(xì)菌和真菌等,是整個(gè)微生物行業(yè)的核心,微生物學(xué)和生物技術(shù)研究、微生物產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。性能優(yōu)異的微生物菌種資源已成為農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)的核心關(guān)鍵,一個(gè)菌種支撐一個(gè)細(xì)分產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)象趨于普遍。例如,阿維菌素曾是農(nóng)用殺蟲劑的重點(diǎn)產(chǎn)品,科研人員基于阿維鏈霉菌高產(chǎn)菌株的阿維菌素生物合成適配性體系,設(shè)計(jì)了高效生產(chǎn)高效阿維菌素的元件與模塊,將阿維菌素產(chǎn)量提高了1000倍,市場價(jià)格下降至原來的1/50以下;阿維菌素的生產(chǎn)技術(shù)革新引領(lǐng)了農(nóng)用抗生素產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,也為其他天然產(chǎn)物生物制品的改良提供了啟示和借鑒。 以原位培養(yǎng)、微流控培養(yǎng)、細(xì)胞分選、單細(xì)胞測序等為代表的新型培養(yǎng)技術(shù)逐步成熟,發(fā)展了多種“非定向”“定向”相結(jié)合的“未 / 難培養(yǎng)微生物”分離技術(shù)與方法,為發(fā)掘新的農(nóng)業(yè)微生物資源創(chuàng)造了技術(shù)條件,也為獲取優(yōu)良菌種提供了基礎(chǔ)。在后基因組時(shí)代,未培養(yǎng)微生物的分離培養(yǎng)將以基因組功能預(yù)測為基礎(chǔ),重點(diǎn)開展原位功能活性測試,從生理特點(diǎn)、代謝途徑、營養(yǎng)需求等方面探析微生物可培養(yǎng)機(jī)理,從而獲取性狀優(yōu)良的可培養(yǎng)農(nóng)業(yè)微生物菌種資源。 從自然界中分離獲得的野生菌種,通常不滿足規(guī)?;a(chǎn)要求,需要進(jìn)行選育以獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的菌種。以合成生物學(xué)、高通量自動(dòng)化篩選為核心的現(xiàn)代生物技術(shù),為菌種改良提供了新手段,篩選效率較傳統(tǒng)誘變方式高出千倍以上。生物信息大數(shù)據(jù)、基因編輯等技術(shù),成為利用合成生物學(xué)技術(shù)對(duì)微生物進(jìn)行更為精準(zhǔn)的人工調(diào)控以實(shí)現(xiàn)更高效的定向進(jìn)化,進(jìn)而開展農(nóng)業(yè)微生物菌種選育及改造的技術(shù)基礎(chǔ),相關(guān)研究正在引領(lǐng)微生物產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。農(nóng)作物微生物組技術(shù)可揭示作物微生物組的功能,闡明與農(nóng)業(yè)有關(guān)微生物的特性、生命活動(dòng)規(guī)律、作用過程調(diào)控機(jī)制,正處于從基礎(chǔ)研究成果向田間應(yīng)用轉(zhuǎn)化的階段,將為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)共性關(guān)鍵問題提供新的解決方案。 (三) 基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)進(jìn)展助推農(nóng)業(yè)微生物的技術(shù)革命 農(nóng)業(yè)微生物領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化進(jìn)步顯著。以我國為例,在Web of Science數(shù)據(jù)庫中(截至2021年年底),農(nóng)業(yè)微生物領(lǐng)域的發(fā)表論文數(shù)超過1.3×104篇;近10年的技術(shù)專利占比超過90%。伴隨著現(xiàn)代生物科學(xué)的發(fā)展,農(nóng)業(yè)微生物研究進(jìn)步迅速。多組學(xué)聯(lián)用研究的深入,新一代測序、基因編輯、微生物組、新興培養(yǎng)、合成生物、生物信息、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的突破,驅(qū)動(dòng)微生物從傳統(tǒng)單一功能菌株到合成功能菌株、從自然篩選菌株到人工設(shè)計(jì)菌株的重要轉(zhuǎn)變,代表著農(nóng)業(yè)微生物的新一輪技術(shù)革命。單細(xì)胞成像、分析檢測、高通量篩選等方向取得了積極進(jìn)展,顯著提升了微生物資源的分離篩選、細(xì)胞工廠構(gòu)建篩選等能力。微生物新技術(shù)的不斷涌現(xiàn),支持農(nóng)業(yè)微生物開發(fā)成為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),相應(yīng)市場將主要由新技術(shù)、創(chuàng)新優(yōu)良種質(zhì)等推動(dòng)。 (四) 微生物資源鑒定精準(zhǔn)化、功能評(píng)價(jià)系統(tǒng)化成為發(fā)展潮流 對(duì)微生物資源進(jìn)行規(guī)?;?、精準(zhǔn)化鑒定評(píng)價(jià),發(fā)掘滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需求的新型資源和基因,已經(jīng)成為微生物利用領(lǐng)域的重要內(nèi)容。在持續(xù)開展微生物資源的收集、保藏、應(yīng)用開發(fā)等工作的同時(shí),世界主要保藏中心正在由單一資源保藏機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向包含評(píng)價(jià)、專業(yè)應(yīng)用開發(fā)在內(nèi)的綜合性資源中心,注重將資源保藏與研發(fā)相結(jié)合,使高附加值化微生物資源得以充分利用。此外,隨著微生物組研究的深入,針對(duì)微生物遺傳資源、代謝物的合成生物學(xué)研究,生物制造先進(jìn)技術(shù)和顛覆性技術(shù)開發(fā)是未來農(nóng)業(yè)微生物領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 我國雖是微生物種質(zhì)資源大國,但未進(jìn)入種質(zhì)資源強(qiáng)國行列,菌種資源的精準(zhǔn)鑒評(píng)能力亟待提升。微生物多樣性高、代謝途徑多樣,然而大量具有優(yōu)良性狀的微生物資源“深藏庫中無人識(shí)”:通過表型與基因型精準(zhǔn)鑒定、用于育種創(chuàng)新的微生物種質(zhì)資源比例不足10%,多數(shù)資源尚未進(jìn)行有效的開發(fā)利用,資源優(yōu)勢未能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。精準(zhǔn)鑒評(píng)微生物遺傳資源,發(fā)掘適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展所需的新資源和功能基因,是農(nóng)業(yè)微生物利用的重要方向?;谵r(nóng)業(yè)微生物的資源、基因、蛋白、代謝物等的合成生物學(xué)研究與應(yīng)用正在積極開展之中。 (五) 多學(xué)科技術(shù)交叉與融合助力農(nóng)業(yè)微生物智能制造和精準(zhǔn)應(yīng)用 大數(shù)據(jù)技術(shù)推動(dòng)了農(nóng)業(yè)微生物研究與應(yīng)用朝著數(shù)據(jù)化模式發(fā)展,為農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)邁向現(xiàn)代化提供了新的支撐。物理、材料、計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科與生命科學(xué)的交叉與融合,推動(dòng)了生物成像、基因編輯、微生物組學(xué)等技術(shù)革新。測序技術(shù)的通量、準(zhǔn)確度顯著提高,基因編輯、合成生物學(xué)、現(xiàn)代生物信息學(xué)等促進(jìn)了農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)的深刻變革。利用智能傳感器、智能控制裝備、深度學(xué)習(xí)等技術(shù),構(gòu)建發(fā)酵工藝的智能在線監(jiān)測能力、微生物制造智能化技術(shù)與工藝體系,據(jù)此實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)品的智能制造,逐步成為農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潮流。農(nóng)業(yè)智能裝備、大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈等技術(shù),提供了異構(gòu)數(shù)據(jù)的收集、分析、存儲(chǔ)、共享、集成能力(及相應(yīng)的高級(jí)分析方法),可實(shí)時(shí)監(jiān)測日照、溫 / 濕度、土壤養(yǎng)分、作物 / 養(yǎng)殖動(dòng)物生長,水分、病原體、微生物在跨越土壤、動(dòng)植物、環(huán)境時(shí)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)過程以及病蟲害情況。利用數(shù)據(jù)科學(xué)、信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)品的精準(zhǔn)應(yīng)用,在動(dòng)態(tài)變化條件下自動(dòng)整合數(shù)據(jù)并進(jìn)行實(shí)時(shí)建模,促進(jìn)形成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧管控及精準(zhǔn)應(yīng)用,成為重要的發(fā)展趨勢之一。 (六) 農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)成為資本市場的熱點(diǎn) 農(nóng)業(yè)微生物的研究和應(yīng)用成為加快農(nóng)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、提升農(nóng)業(yè)科技競爭力的主導(dǎo)力量,國際農(nóng)業(yè)強(qiáng)國已將微生物組列入農(nóng)業(yè)領(lǐng)域五大亟待突破的方向。隨著微生物技術(shù)的發(fā)展:農(nóng)業(yè)微生物催生新產(chǎn)業(yè)發(fā)展,成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰、碳中和的核心途徑。受良好前景的吸引,社會(huì)資本積極涌入農(nóng)業(yè)微生物領(lǐng)域,微生物科技公司成為新興的投資對(duì)象。美國Indigo Ag公司率先創(chuàng)建了農(nóng)業(yè)微生物基因組信息數(shù)據(jù)庫,獲取了有利于植物營養(yǎng)和健康的微生物且增產(chǎn)提質(zhì)效果明顯,累計(jì)融資達(dá)到6.09億美元。在我國,南寧漢和生物科技股份有限公司、甘肅中成德潤生物科技有限公司、慕恩(北京)生物科技有限公司、成都新朝陽作物科學(xué)股份有限公司、北京藍(lán)晶微生物科技有限公司等成功獲得了融資,積極拓展微生物肥料、微生物菌劑、微生物農(nóng)藥、養(yǎng)殖替抗、農(nóng)業(yè)面源污染治理、退化耕地質(zhì)量提升等方面的業(yè)務(wù)。例如,慕恩(北京)生物科技有限公司選擇農(nóng)業(yè)作為微生物組產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用方向,在多輪融資的支持下快速推動(dòng)了植物微生物組產(chǎn)品線的產(chǎn)業(yè)化。 (七) 農(nóng)業(yè)微生物安全監(jiān)管法規(guī)趨于完善 各國高度重視農(nóng)業(yè)微生物,生物安全問題更為突出,相應(yīng)的監(jiān)管法規(guī)進(jìn)一步規(guī)范。農(nóng)業(yè)微生物菌種的精準(zhǔn)鑒定、生物安全等級(jí)要求更為嚴(yán)格,環(huán)境安全評(píng)價(jià)已納入菌劑產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)督和管理程序。例如,不在農(nóng)業(yè)微生物領(lǐng)域中使用溶血型枯草芽胞桿菌已成為共識(shí),從而將該菌的限制使用從醫(yī)藥行業(yè)拓展至農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。轉(zhuǎn)基因微生物的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化正在快速發(fā)展,突出問題便是對(duì)其進(jìn)行有效的安全評(píng)價(jià)和法律監(jiān)管;基因工程菌不能直接進(jìn)行環(huán)境釋放也成為多國的應(yīng)用慣例?!吨腥A人民共和國生物安全法》已經(jīng)頒布和實(shí)施,“保護(hù)生物資源”“生物資源安全”成為法定事項(xiàng),標(biāo)志著生物安全進(jìn)入依法治理的新階段。 三、我國農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)細(xì)分領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀 (一) 微生物肥料 我國微生物肥料產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為生物產(chǎn)業(yè)、生物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。微生物肥料標(biāo)準(zhǔn)體系相對(duì)全面,核心企業(yè)群基本形成。2021年,微生物肥料企業(yè)數(shù)超過2900個(gè),產(chǎn)量約為2×107 t,產(chǎn)值約為400億元。微生物肥料分為微生物菌劑、復(fù)合微生物肥料、生物有機(jī)肥等3種、11類產(chǎn)品,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部登記證產(chǎn)品有9414個(gè),相關(guān)產(chǎn)品的有效菌種由單一型向復(fù)合多效型過渡。現(xiàn)階段各省份均有微生物肥料菌劑的應(yīng)用,其中以華中地區(qū)最多,華北、西北地區(qū)次之,東北、華南地區(qū)較少。微生物肥料在30多種主要農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到應(yīng)用,累積應(yīng)用面積超過5億畝(1畝≈666.67 m2);以禾谷類農(nóng)作物應(yīng)用量最多,其次是纖維類、油料類。微生物肥料標(biāo)準(zhǔn)體系包括5個(gè)層面、近30個(gè)標(biāo)準(zhǔn),為微生物肥料市場的菌種資源、產(chǎn)品生產(chǎn)、質(zhì)量檢驗(yàn)、產(chǎn)品使用、包裝 / 儲(chǔ)存全過程的規(guī)范化,監(jiān)管部門的質(zhì)量監(jiān)督提供了依據(jù),支持了微生物肥料產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展。 (二) 飼用微生物產(chǎn)品 我國微生物飼料添加劑產(chǎn)業(yè)尚處起步階段,相關(guān)企業(yè)約有400家,年銷售額約為20億元,企業(yè)的平均規(guī)模不大。2018—2020年,飼料添加劑總產(chǎn)量年均增長率為12%,其中飼用微生物添加劑年均增長率為21%。按照飼料生產(chǎn)量、養(yǎng)殖動(dòng)物總量計(jì)算,微生物飼料添加劑的國內(nèi)市場容量約為180億~200億元,而目前的市場普及率僅約10%,產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。在養(yǎng)殖業(yè)實(shí)施“禁抗令”的背景下,微生物飼料添加劑成為替代養(yǎng)殖用抗生素的重要種類,相應(yīng)的科研資金投入加大,安全高效的新產(chǎn)品不斷推出。 (三) 微生物農(nóng)藥 在我國,隨著環(huán)保問題受重視程度的提高,使用化學(xué)農(nóng)藥受到越來越多的限制,因而市場對(duì)農(nóng)用微生物制劑的需求穩(wěn)步增長。微生物制劑的研發(fā)成本逐漸降低、研發(fā)周期合理縮短,植保市場更加偏向微生物制劑,相應(yīng)的發(fā)展空間廣闊。目前獲得廣泛應(yīng)用的微生物農(nóng)藥有井岡霉素、蘇云金桿菌、赤霉素、阿維菌素、春雷霉素等。截至2021年,我國取得登記的微生物農(nóng)藥有效成分有47種,占農(nóng)藥有效成分的比重為7%;微生物農(nóng)藥產(chǎn)品有542種,占農(nóng)藥產(chǎn)品的比重為1.3%。然而,微生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)存在著企業(yè)規(guī)模小、競爭力弱、技術(shù)裝備水平低、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一、難以提供系統(tǒng)解決方案等問題。 (四) 農(nóng)業(yè)酶制劑微生物產(chǎn)品 我國酶制劑企業(yè)主要生產(chǎn)淀粉酶、糖化酶等傳統(tǒng)酶制劑,而傳統(tǒng)酶制劑的供應(yīng)出現(xiàn)了同質(zhì)化嚴(yán)重、技術(shù)含量偏低、市場競爭激烈、產(chǎn)能明顯過剩等現(xiàn)象?!?020—2026年中國酶制劑市場競爭策略及投資可行性研究報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示,2020年農(nóng)用酶制劑領(lǐng)域酶制劑產(chǎn)量為2.24×105 t(增長率為15%);其中飼料添加劑中的酶制劑產(chǎn)量為1.35×105 t(增長率為10.8%),混合型飼料添加劑中的酶制劑產(chǎn)量為8.9×104 t(增長率為22.2%)。在新型生物酶領(lǐng)域,國際先進(jìn)企業(yè)擁有核心技術(shù)方面(如新菌種、新基因等)的先發(fā)優(yōu)勢;國內(nèi)企業(yè)正在積極實(shí)施技術(shù)升級(jí),著力開發(fā)新型酶制劑產(chǎn)品并擴(kuò)大應(yīng)用范圍。 (五) 農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用 我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國,每年有大量的農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)生,相應(yīng)的處理需求極大。2020年,農(nóng)作物秸稈綜合利用率為91.6%,其中秸稈肥料化利用率為56.7%,飼料化利用率約為8%,農(nóng)作物秸稈堆肥處理占比約為20%。2019年,禽畜糞便綜合利用率為70%,肥料化是主要的綜合利用方式(占比約為58%);預(yù)計(jì)2025年畜禽糞污綜合利用率可達(dá)80%。在禽畜糞便的肥料化處理過程中,堆肥處理占大部分;禽畜糞便經(jīng)微生物發(fā)酵、除臭處理后,結(jié)合后續(xù)工藝可制成復(fù)合微生物肥料等產(chǎn)品。 四、我國農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn) (一) 農(nóng)業(yè)微生物種質(zhì)資源發(fā)掘、保護(hù)、共享利用 1. 農(nóng)業(yè)微生物資源擁有量不足,菌種和數(shù)據(jù)庫的對(duì)外依賴度高 我國農(nóng)業(yè)微生物資源專業(yè)菌種庫可公開獲取的庫藏資源總量約為1.75×104株,而世界最大的農(nóng)業(yè)微生物資源庫保有可公開獲取的細(xì)菌和真菌資源總量約為9.8×104株,說明我國農(nóng)業(yè)微生物總保有數(shù)量方面不占優(yōu)勢。發(fā)達(dá)國家利用規(guī)則制定、科技研發(fā)方面的先發(fā)優(yōu)勢,在微生物菌株資源方面占有主導(dǎo)權(quán)。我國是最大的微生物菌種資源進(jìn)口國,在基礎(chǔ)研究和生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域都對(duì)進(jìn)口菌株資源、生物信息大數(shù)據(jù)形成依賴,如我國近10年發(fā)表的細(xì)菌新物種約為2700個(gè),而引進(jìn)的模式菌超過9700株。然而,隨著各國加強(qiáng)包括微生物在內(nèi)的遺傳資源保護(hù)力度并提升生物安全的重視程度,國際保藏機(jī)構(gòu)對(duì)微生物菌種的出口更為謹(jǐn)慎;特別是自新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情暴發(fā)以來,用于科學(xué)研究的常規(guī)菌種,其引進(jìn)工作已顯困難。 發(fā)達(dá)國家對(duì)生物大數(shù)據(jù)進(jìn)行了有效管理和利用,如歐洲、美國、日本的三大核酸數(shù)據(jù)庫掌握并管理了全世界的生物數(shù)據(jù)。2021年,美國國家生物技術(shù)信息中心的核酸數(shù)據(jù)庫共包括1.063×108條序列,其中來自于中國的序列數(shù)目占比為37.54%。我國是生物數(shù)據(jù)產(chǎn)出大國,但沒有建成具有國際影響力的生物數(shù)據(jù)庫。在生物大數(shù)據(jù)、生物高技術(shù)出口管控趨于增強(qiáng)的背景下,我國獲取外部微生物菌種基因資源、生物大數(shù)據(jù)的能力存在弱化的風(fēng)險(xiǎn)。盡快追趕發(fā)達(dá)國家生物大數(shù)據(jù)技術(shù),構(gòu)建自主可控的生物大數(shù)據(jù)并進(jìn)行有效保護(hù)和管理,是我國農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切問題。 2. 農(nóng)業(yè)微生物資源保藏量與質(zhì)量脫節(jié),大規(guī)模挖掘尚未開展,產(chǎn)業(yè)鏈源頭創(chuàng)新能力不足 根據(jù)世界菌種保藏聯(lián)合會(huì)(WFCC)統(tǒng)計(jì),2021年中國微生物資源總保有量約為4.23×105株(占世界總量的比例為15%),專利菌種保藏?cái)?shù)量約為3.72×105株(占世界總量的比例為28.8%),絕對(duì)數(shù)量并不少;而我國的專利菌株發(fā)放率僅為3.3%,遠(yuǎn)低于10%~500%的世界先進(jìn)水平。菌種的共享率體現(xiàn)了他人對(duì)某個(gè)菌株的需求程度,能一定程度上反映菌株的質(zhì)量與價(jià)值。因此,我國保有的微生物資源質(zhì)量不高,核心優(yōu)良菌種成為微生物資源開發(fā)與利用的瓶頸環(huán)節(jié)。 還要注意到,我國自然微生物資源極為豐富,但優(yōu)質(zhì)微生物遺傳資源數(shù)量的占比偏低,同國外相比存在一定差距,難以滿足日益增長的新型微生物菌種和遺傳資源需求。例如,我國益生菌的年產(chǎn)值超過500億元(約占世界產(chǎn)值的17%),而優(yōu)良菌種的自主供給率不足10%。 3. 全國性的普查勘探尚未開展,農(nóng)業(yè)微生物遺傳資源狀況缺乏全面掌握 我國是12個(gè)高度生物多樣性國家之一,收集保存的微生物資源較美國、德國等發(fā)達(dá)國家在多樣性上存在差距,尚有大量微生物遺傳資源沒有得到應(yīng)有認(rèn)識(shí)。由于沒有開展有目的、有計(jì)劃、系統(tǒng)性的國家級(jí)微生物資源普查項(xiàng)目,我國微生物遺傳資源量、分布現(xiàn)狀、資源變化狀況等基礎(chǔ)資料相對(duì)匱乏,在空間尺度上存在部分考察空白區(qū)域,制約了相關(guān)資源的收集保護(hù)和有效利用。我國雖已部署代表性生態(tài)系統(tǒng)微生物資源的調(diào)查工作,但科學(xué)考察與調(diào)查的數(shù)據(jù)沒有進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)充和更新,對(duì)生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)生物資源考察的重視程度也顯淡薄。 4. 農(nóng)業(yè)微生物資源保護(hù)體系不完善,種質(zhì)安全保障能力待提高 根據(jù)WFCC統(tǒng)計(jì),目前我國微生物菌種保藏庫共有52家,其中國家?guī)?家,地方庫43家,數(shù)量并不少。這些保藏庫分布于17個(gè)省份,但各區(qū)域分布不均衡,如北京市的保藏中心高度集中,華南地區(qū)缺少國家?guī)欤?6個(gè)省份無保藏中心。我國構(gòu)建了中國農(nóng)業(yè)微生物菌種保藏管理中心(國家級(jí)保藏機(jī)構(gòu))牽頭,食用菌、乳酸菌、芽胞桿菌、根瘤菌、蘇云金芽胞桿菌、厭氧菌、菌根菌等專業(yè)型保藏機(jī)構(gòu)相結(jié)合的微生物資源收集保藏工作體系。然而,有超過50%的微生物遺傳資源分散存放在科研院所和高校,受限于保藏條件和專業(yè)性參差不齊、保藏質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,相應(yīng)遺傳資源的長期安全保藏難以保障。目前,我國沒有建立成熟的資源集成機(jī)制和保護(hù)體系,未能將分散的資源進(jìn)行有效集成和規(guī)范管理;保護(hù)體系層次與布局有待完善,資源散失的風(fēng)險(xiǎn)較高。 (二) 基礎(chǔ)研究與核心技術(shù)研發(fā) 1. 農(nóng)業(yè)微生物核心種質(zhì)資源獲取、選育、鑒評(píng)研究能力薄弱 優(yōu)良菌種是微生物種業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵,但核心優(yōu)良菌種的自主率極低,嚴(yán)重制約了微生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平。例如,我國氨基酸產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值超過500億元,約占世界產(chǎn)能的60%,而優(yōu)良菌種自主率不足5%。近年來,我國在微生物種質(zhì)資源發(fā)掘與應(yīng)用方向取得進(jìn)展,但基礎(chǔ)理論、分離技術(shù)、資源評(píng)價(jià)與選育、資源深度挖掘及鑒評(píng)技術(shù)、綠色制造技術(shù)、合成菌群技術(shù)等較世界先進(jìn)水平仍有差距。例如,我國農(nóng)產(chǎn)品加工用高端酶生產(chǎn)菌株長期依賴進(jìn)口,國外廠商壟斷了主要的專利菌種。我國是食用菌生產(chǎn)大國(產(chǎn)量的世界占比約為75%),但許多工廠化栽培的食用菌菌種(如金針菇、蟹味菇母種)長期依靠進(jìn)口;不合理地承擔(dān)了使用進(jìn)口菌種的風(fēng)險(xiǎn),出現(xiàn)斷供問題的可能性不能排除。 2. 微生物菌劑產(chǎn)品應(yīng)用受農(nóng)業(yè)環(huán)境、宿主等的影響機(jī)理不清,使用效果不穩(wěn)定 對(duì)農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)品效果的制約因素認(rèn)識(shí)還不深入,成為農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)品使用效果不穩(wěn)定的直接原因。微生物肥料的使用效果通常受土壤環(huán)境、氣候條件、作物種類等的影響,存在效果不佳或者不穩(wěn)定的情況。飼用微生物添加劑在動(dòng)物機(jī)體的腸道微環(huán)境中易受多種因素影響,微生物飼料添加劑發(fā)揮益生作用的機(jī)制比較復(fù)雜??蒲腥藛T開始關(guān)注產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題背后的科學(xué)問題,揭示這些科學(xué)問題將促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。例如,2021年中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所研究團(tuán)隊(duì)提出了微生物肥料菌種芽胞桿菌應(yīng)對(duì)植物免疫實(shí)現(xiàn)根際定殖的新策略,為促進(jìn)肥料微生物在植物根際定殖、改善微生物肥料施用技術(shù)提供了理論參考。 3. 農(nóng)業(yè)微生物科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)研發(fā)投入不足 現(xiàn)階段,我國農(nóng)業(yè)微生物研發(fā)偏重基礎(chǔ)研究,產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)及平臺(tái)未能得到足夠重視;相關(guān)企業(yè)規(guī)模普遍較小,研發(fā)投入力度有限,不利于行業(yè)技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)品更新。從產(chǎn)業(yè)格局看,大型跨國微生物制劑企業(yè)占據(jù)了農(nóng)業(yè)微生物菌劑市場的主導(dǎo)地位,而我國企業(yè)產(chǎn)業(yè)集成度低、規(guī)模零散,國際市場競爭力不足。雖然社會(huì)資本已經(jīng)進(jìn)入農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè),但技術(shù)研發(fā)仍依賴政府投入。農(nóng)業(yè)微生物高新技術(shù)研發(fā)未能實(shí)現(xiàn)市場化導(dǎo)向,這是造成技術(shù)創(chuàng)新不足、產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后的重要因素。近年來,在科研項(xiàng)目運(yùn)作思路上開始有所調(diào)整,如“揭榜掛帥”關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)類項(xiàng)目等,但相關(guān)評(píng)價(jià)、管理模式等仍待進(jìn)一步深化。 (三) 企業(yè)發(fā)展與產(chǎn)品研發(fā) 1. 企業(yè)數(shù)量多而規(guī)模小,市場集中度低,產(chǎn)業(yè)集群待形成 隨著人們對(duì)植物 ? 微生物互作認(rèn)識(shí)的加深,基于農(nóng)作物微生物技術(shù)的產(chǎn)品正在推向市場,在減少化學(xué)肥料使用、提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)方面展現(xiàn)了良好前景。然而,農(nóng)業(yè)微生物行業(yè)整體呈現(xiàn)“大而不強(qiáng)”的態(tài)勢,除少數(shù)龍頭企業(yè)外,多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小、研發(fā)能力低、微生物高新技術(shù)轉(zhuǎn)化實(shí)力不足。我國微生物產(chǎn)業(yè)處于升級(jí)發(fā)展的過渡階段,受限于市場慣性,國產(chǎn)品牌和產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢不明顯。相比之下,國際龍頭企業(yè)開發(fā)了一系列極具市場競爭力的產(chǎn)品,如諾維信公司的Quick Roots菌劑產(chǎn)品、孟山都公司的玉米微生物種衣劑、以色列拉姆拉特種肥公司的系列微生物復(fù)合菌劑都取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。隨著國際市場競爭更顯激烈,我國微生物企業(yè)在核心原料、技術(shù)、產(chǎn)品等方面可能面臨復(fù)雜局面;受COVID-19疫情影響,微生物產(chǎn)業(yè)鏈重塑的風(fēng)險(xiǎn)加大,成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要關(guān)注的因素。 2. 產(chǎn)業(yè)鏈源頭創(chuàng)新能力不足,低端產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重 農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)鏈的源頭是優(yōu)異菌種資源,而國內(nèi)在此方面的創(chuàng)新研發(fā)能力不足。核心菌種缺乏是重要原因,導(dǎo)致了市場混亂和龍頭企業(yè)缺失。相關(guān)企業(yè)側(cè)重于擴(kuò)大市場規(guī)模,而核心競爭力升級(jí)未能置于重要位置。農(nóng)用菌劑產(chǎn)品種類眾多,但生產(chǎn)用菌種同質(zhì)化、產(chǎn)品組合雷同、更新?lián)Q代慢、針對(duì)性不強(qiáng)。有關(guān)農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售、使用等環(huán)節(jié)的科學(xué)問題認(rèn)識(shí)不清,導(dǎo)致微生物制劑的貨架期較短、使用效果不穩(wěn)定,成為制約農(nóng)業(yè)微生物市場發(fā)展的主要因素之一。菌種保藏、功能復(fù)壯技術(shù)有待提升,微生物菌種的功能挖掘、農(nóng)業(yè)應(yīng)用深度等均有不足。例如,發(fā)酵培養(yǎng)基成分、發(fā)酵工藝、加工工藝對(duì)微生物生理狀態(tài)的影響研究分散而片面,沒有系統(tǒng)性;微生物菌劑活性保持技術(shù)研究較少,微生物細(xì)胞誘導(dǎo)休眠技術(shù)和激活技術(shù)開發(fā)幾乎空白;新型菌劑基質(zhì)、輔劑以及加工處理、運(yùn)輸、貯存技術(shù)研究力度不夠。 (四) 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理 在微生物菌種知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面,雖有《中華人民共和國專利法》等相關(guān)產(chǎn)權(quán)保護(hù)法律,但因微生物菌種容易復(fù)制和流失,加之同一物種不同菌株的生產(chǎn)性狀差異明顯,開展微生物菌種產(chǎn)權(quán)的有效保護(hù)仍是難題。由于微生物菌種產(chǎn)權(quán)保護(hù)力度不足,相關(guān)企業(yè)從事前期菌種研發(fā)的積極性不高,這是市場上產(chǎn)品同質(zhì)化的原因之一。此外,微生物菌種具有特殊性,知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的維權(quán)工作比較困難。 在生產(chǎn)方面,農(nóng)業(yè)微生物行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系不完善,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,給產(chǎn)品檢測、銷售、市場監(jiān)督帶來了不便。肥料微生物產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)完善,產(chǎn)業(yè)鏈全過程均有標(biāo)準(zhǔn)可依,為確保質(zhì)量安全、規(guī)范生產(chǎn)過程、實(shí)施質(zhì)量監(jiān)督提供了直接依據(jù);但是隨著行業(yè)發(fā)展、產(chǎn)品種類豐富,標(biāo)準(zhǔn)制定及市場監(jiān)管已顯滯后。飼用微生物行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)明顯滯后,存在著標(biāo)準(zhǔn)品種不足、名稱不統(tǒng)一、引用文件及技術(shù)要求不恰當(dāng)、指標(biāo)描述不規(guī)范、指標(biāo)設(shè)置不合理、無復(fù)合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等問題。 五、我國農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議 (一) 加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和政策支持,提升農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)核心競爭力 從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究的角度看,應(yīng)關(guān)注功能微生物與農(nóng)作物、養(yǎng)殖動(dòng)物、環(huán)境要素之間的互作關(guān)系,參與地球生物化學(xué)循環(huán)、調(diào)控微生態(tài)平衡的作用機(jī)理;進(jìn)一步深化活性物質(zhì)、功能基因、代謝途徑、表達(dá)產(chǎn)物的功能 / 調(diào)控 / 機(jī)制研究以及合成生物學(xué)改造研發(fā)。擇機(jī)開展全國性的微生物資源普查專項(xiàng),加強(qiáng)核心菌種資源的規(guī)模化挖掘和評(píng)價(jià),為種業(yè)高質(zhì)量發(fā)展筑牢物質(zhì)基礎(chǔ)?;趦?yōu)質(zhì)資源,建立典型農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能微生物的基因組、代謝組、蛋白組學(xué)信息數(shù)據(jù)庫;利用生物信息學(xué)、合成功能菌群、現(xiàn)代生物技術(shù),系統(tǒng)解析關(guān)鍵菌種的潛在功能活性,選育并創(chuàng)制高效工程菌種、人工合成菌群。 建議設(shè)立農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)相關(guān)的政策制定與評(píng)議機(jī)制,涵蓋管理部門、行業(yè)協(xié)會(huì)、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè),從法律法規(guī)、財(cái)政政策、創(chuàng)新支持等方面統(tǒng)籌發(fā)展舉措。構(gòu)建的政策體系著力于促進(jìn)行業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)、前沿引領(lǐng)技術(shù)、“卡脖子”技術(shù)、顛覆性技術(shù)等的突破,應(yīng)有較強(qiáng)的可操作性;在生物技術(shù)快速發(fā)展的背景下,及時(shí)評(píng)價(jià)產(chǎn)業(yè)政策實(shí)施效果,調(diào)整阻礙產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策內(nèi)容,提高政策實(shí)施的精準(zhǔn)度,保持產(chǎn)業(yè)發(fā)展的活力。營造公平競爭環(huán)境,健全市場監(jiān)管體系,據(jù)此促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整。 (二) 建設(shè)國家農(nóng)業(yè)微生物資源數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)、國家微生物種質(zhì)資源科學(xué)大裝置 建議擇機(jī)推動(dòng)國家微生物種質(zhì)資源科學(xué)大裝置建設(shè),形成超大型微生物資源庫、模式與標(biāo)準(zhǔn)菌株庫、區(qū)域特色菌株庫、生物遺傳信息庫。利用現(xiàn)代信息技術(shù),建立微生物資源數(shù)據(jù)庫與信息服務(wù)系統(tǒng),提升菌種資源管理的信息化和網(wǎng)絡(luò)化水平。進(jìn)一步完善現(xiàn)有資源庫的數(shù)據(jù)信息,收集包括微生物資源采集信息、生理生化信息、核酸序列信息、標(biāo)記分子指紋圖譜信息在內(nèi)的生物資源信息,形成記載微生物資源完善性狀特征和潛在應(yīng)用前景的信息數(shù)據(jù)庫。高效篩選并準(zhǔn)確評(píng)價(jià)微生物的菌種、基因、代謝產(chǎn)物的應(yīng)用價(jià)值,獲得具有產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景的核心菌株、復(fù)合微生物體系、基因、酶及其他代謝產(chǎn)物。 運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù),充分整合微生物種質(zhì)資源實(shí)物庫、微生物基因數(shù)據(jù)庫、微生物資源信息庫。建立生物信息學(xué)數(shù)據(jù)處理、功能分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等專業(yè)軟件環(huán)境,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析等特色功能,提升全國范圍內(nèi)微生物資源的數(shù)據(jù)共享水平。建設(shè)包括農(nóng)業(yè)微生物優(yōu)異菌種資源挖掘、發(fā)酵工藝開發(fā)、中試放大生產(chǎn)在內(nèi)的協(xié)同開發(fā)技術(shù)體系,解決實(shí)驗(yàn)可重復(fù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)驗(yàn)設(shè)施開放共享等科研共性問題,推動(dòng)云端實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)輻射全國。 (三) 實(shí)施基礎(chǔ)研究和前沿關(guān)鍵技術(shù)突破,將微生物種業(yè)納入現(xiàn)代種業(yè)體系 發(fā)展農(nóng)業(yè)微生物資源發(fā)掘技術(shù),揭示典型農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)過程中的微生物資源多樣性;實(shí)施微生物組、未 / 難培養(yǎng)微生物分離培養(yǎng)等國家級(jí)研究項(xiàng)目,加強(qiáng)本土功能微生物資源發(fā)掘力度,形成農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵未 / 難培養(yǎng)微生物類群,提升國家微生物資源的多樣性與總量。 加強(qiáng)本土高性能菌株的選育力度,突破微生物種業(yè)的關(guān)鍵共性技術(shù)體系,培育具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大微生物資源品種系列;解析微生物組中與優(yōu)異農(nóng)藝性狀、地域特色密切相關(guān)的關(guān)鍵類群,分離篩選關(guān)鍵核心菌株;獲得具有農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用前景的微生物菌株、復(fù)合微生物體系、基因、酶及其他代謝產(chǎn)物,協(xié)同開展微生物資源儲(chǔ)備、研究評(píng)價(jià)、開發(fā)利用,提高實(shí)際應(yīng)用成效。 開展農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)品創(chuàng)新研究,突破從高性能菌株到高性能產(chǎn)品所需的關(guān)鍵技術(shù)。構(gòu)建包括關(guān)鍵菌株的培養(yǎng)發(fā)酵技術(shù)、產(chǎn)品應(yīng)用效果、環(huán)境條件優(yōu)化在內(nèi)的全鏈條科技服務(wù),提升農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力,為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供微生物技術(shù)層面的解決方案。通過“研產(chǎn)”結(jié)合,逐步提高微生物種業(yè)在現(xiàn)代種業(yè)體系中的地位,增強(qiáng)微生物種業(yè)的市場競爭力。 (四) 構(gòu)建農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展平臺(tái),支持領(lǐng)域創(chuàng)新體系建設(shè) 構(gòu)建農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)集群,形成健康可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。成立國家農(nóng)業(yè)微生物種業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟,通過廣泛的聯(lián)合與協(xié)作,突破微生物產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵共性技術(shù)體系。設(shè)立國家農(nóng)業(yè)微生物工程技術(shù)研究中心、微生物農(nóng)業(yè)科技產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)條件與設(shè)施、農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)示范基地,促進(jìn)高效產(chǎn)業(yè)技術(shù)的成熟與應(yīng)用。建立農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)化示范基地,發(fā)展具有國際競爭力的產(chǎn)品系列,依靠優(yōu)勢技術(shù)和政策引導(dǎo)性投入來驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢企業(yè)成長。 建設(shè)科學(xué)高效且相對(duì)完整的農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源、微生物種質(zhì)資源保護(hù)體系,涵蓋總庫、區(qū)域中心、專業(yè)分庫等。兼顧異地保護(hù)、專業(yè)類型、地域布局等因素,完善微生物遺傳資源收集與保藏體系的層次及布局;重點(diǎn)建設(shè)分散資源的有效集成與保護(hù)體系、微生物遺傳資源數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)、國家綜合性微生物遺傳資源長期備份庫。 構(gòu)建新型國家農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)共建共享體系,形成國家農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源共享共用交易平臺(tái),推動(dòng)微生物菌種、組學(xué)大數(shù)據(jù)、專利、科技文獻(xiàn)、儀器設(shè)備、專家隊(duì)伍、分離篩選技術(shù)、保藏技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品、高價(jià)值成果等資源的多元化開發(fā)利用,充分激活農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)資源。 (五) 建設(shè)農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)的法律法規(guī)體系,加強(qiáng)生物安全與科學(xué)倫理工作 制定和完善我國農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)的法律法規(guī)體系,注意與《〈生物多樣性公約〉關(guān)于獲取遺傳資源和公正公平分享其利用所產(chǎn)生惠益的名古屋協(xié)定書》的配套。加強(qiáng)微生物種業(yè)管理體系建設(shè),明確微生物種業(yè)發(fā)展、菌種資源管理、微生物安全等級(jí)等方面的法律法規(guī)。優(yōu)化現(xiàn)有的管理制度及法規(guī),確立新研發(fā)功能菌種資源的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)政策,支持學(xué)術(shù)界在現(xiàn)有國際法律法規(guī)框架下參與制定國際規(guī)則。 強(qiáng)化農(nóng)業(yè)微生物種質(zhì)資源保護(hù)利用政策,規(guī)范開展保護(hù)單位確定、資源登記等工作。研究適應(yīng)微生物特點(diǎn)的種質(zhì)資源管理辦法和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)制度,如菌種溯源制度等。應(yīng)用基于分子生物學(xué)的菌種編碼唯一性檢測系統(tǒng)等研究成果,構(gòu)建菌種溯源標(biāo)簽系統(tǒng),維護(hù)新資源菌株選育者的合法權(quán)益,提升農(nóng)業(yè)微生物領(lǐng)域的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)水平,根本性改善當(dāng)前市場上微生物產(chǎn)品種類同質(zhì)化、產(chǎn)品維權(quán)難的局面。 在管理和科研層面,需加強(qiáng)農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)的生物安全與科學(xué)倫理工作,構(gòu)建相應(yīng)的指導(dǎo)性規(guī)則體系以支持領(lǐng)域的有序發(fā)展;行業(yè)協(xié)會(huì)、企業(yè)參與建立行業(yè)層面的倫理共識(shí),明確行業(yè)中生物安全和倫理“紅線”,保障農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)和相關(guān)生物技術(shù)的良性發(fā)展。 注:本文內(nèi)容呈現(xiàn)略有調(diào)整,若需可查看原文。 作者介紹 吳清平,食品安全科學(xué)技術(shù)專家,中國工程院院士。 主要從事微生物安全與健康研究。 |
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