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我國農業微生物產業現狀分析及

新型研發平臺管理模式探索

時倩 彭翔 徐毅敏

摘 要：微生物資源作為國家戰略性資源，能夠緩解我國農業領域面臨的糧食資源短缺、農產品競爭力不足、生態不平衡的現狀壓力。本文通過分析研究農業微生物領域的發展趨勢以及我國的現狀優勢和產業化發展面臨的挑戰，從六個方面提出了產業化發展的策略，即加大微生物資源開發力度、加強基礎科技創新、加強平臺設施建設、加強管理體系建設、重視科技成果轉化應用以及加強人才保障支持。基于上述分析，提出了建立示范區新型研發平臺以解決我國資源分配不均衡，科技成果轉化率低，產業化發展推動力度不足的新路徑，并對平臺管理模式進行分析探索。

關鍵詞：農業微生物、產業發展、發展策略、新型研發平臺

一、前言

（一）研究背景

新中國成立以后，特別是改革開放以來，中國進入了現代農業快速建設與發展時期。伴隨著農業機械、農用化學投入品的廣泛應用，農業生產得到空前發展，農作物產量大幅度提升，在一定程度上解決了糧食需求的問題，但一些生態問題也隨之而來。化肥、農藥的過度使用，使得土壤營養元素流失、土壤板結；水資源污染；害蟲抗藥性增強、生物多樣性減少等[1,2]。解決農業現代化過程中產生的負面影響，成為農業發展亟需解決的問題。

農業微生物是與種植業、養殖業、農業生態環境等相關的農業生產、農產品加工、農業生物技術、農業生態環境保護等相關應用微生物的總稱，涉及農業相關微生物的特性研究，也是促進現代生態農業生產發展的新方向[3,4]，是世界各國科技競爭的重點領域。我國高度重視微生物資源的開發與利用，2019年12月，《國務院辦公廳關于加強農業種質資源保護與利用的意見》首次將農業微生物種質資源提升為國家戰略；2023年2月，中央一號文件中提出：“樹立大食物觀，向植物、動物、微生物要熱量、要蛋白”。利用微生物強大的細胞生化轉化及快速的自我復制能力，在解決農業問題上能夠發揮巨大作用。

（二）研究意義

隨著社會經濟的迅速發展，農業發展進入了新的階段，生態農業已成為世界農業發展的重要模式和方向。因此，提升核心微生物技術，開發農業微生物產品，成為帶動產業升級和發展的重中之重。農業微生物新技術的應用成為現代農業向生態農業轉型的新途徑、新思路。

1.提高農產品產量，解決我國糧食短缺問題

微生物產品的應用可以改善植物的生長環境，加快植物的生長速度，有效提高農作物產品的產量和品質[5]。例如，有益菌可以幫助作物吸收更多的養分并減少病害的發生頻率；而有害細菌則會導致作物減產甚至死亡。此外，一些益生菌還可以改善土壤結構，增強土壤肥力，從而有效提高農產品的產量和營養價值。另外，隨著畜牧養殖業的日益發展，畜牧行業對飼料的需求量也在不斷增大，而我國的糧食產量年均增長只有1%，特別是蛋白質飼料嚴重短缺。產、需失衡必然會導致人畜爭糧局面出現，而微生物發酵飼料的出現可以使秸稈、糟渣類等非常規飼料變廢為寶，解決我國飼料資源緊缺問題[6]。此外，基于微生物蛋白飼料資源的開發利用，是強化豆粕減量替代、保障國家糧食安全的重要舉措。

2.提高食品安全水平，提升我國農產品國際競爭力

隨著人們生活水平的不斷提高，對食用安全的關注也越來越高。微生物技術在植物、動物中的應用，是提高食品質量，保障國家糧食安全的重要舉措。

微生物通過合成特定的酶能夠分解有機物質，降低農藥殘留，減少對人體健康的損害。有益菌可以抑制有害菌的生長，減少農藥對農作物的污染。同時，益生菌還能幫助分解農藥殘留物，使其更容易被生物降解，從而有助于保護環境和人類健康[7]。一些微生物能夠合成有益酶，如淀粉酶、蛋白酶等，作用于農產品的生產過程，例如，利用微生物的淀粉酶將淀粉轉化為糖，提高食品的甜度。另外，微生物還可以產生抗菌物質，起到保鮮和殺菌的作用，嗜酸乳桿菌可以產生乳酸，調節食品的酸堿性，抑制有害菌的生長。

另外，在動物養殖領域，微生物也發揮了巨大的作用。有些微生物可以改善動物的消化吸收功能，如通過添加特定的益生菌和酶制劑，促進動物腸道內有益菌的生長，提高動物對飼料中營養物質的消化吸收率。這不僅可以提高動物的生長速度和養殖效益，還可以減少飼料浪費和環境污染。另外，有益微生物還可以改善和提高動物的免疫力，通過添加特定的益生菌和免疫調節劑，增強動物的免疫功能，提高抗病能力，從而有助于減少動物的疾病發生率和死亡率，降低獸藥使用量，減少對環境的污染，增強養殖動物的健康狀況，提高動物飼養效率。

3.促進生態平衡，實現“低碳、綠色、循環”發展目標

微生物自身活性強，在生態治理、環境修復方面，其效率遠遠優于傳統技術，且成本相對更低。在農業廢棄物治理領域，我國每年農業廢棄物高達數十億噸，采用傳統焚燒、填埋等粗暴處理方式造成環境污染增加生態負擔，而采用微生物技術，將廢棄物沼氣化、肥料化，實現“化廢為寶”的綠色目標。在土壤改良方面，微生物能夠有效降解土壤中的重金屬，修復板結土壤[8,9]，另外，還可以通過特定的微生物代謝進行精準化生長環境培育。在水資源改善方面，可以通過引入有益菌，如光合細菌、芽孢桿菌、硝化細菌等，對水資源進行去碳化、解磷化、去淤泥等，改善水資源環境，在水資源治理、水產養殖等領域起到重要作用[1,10]。微生物在環境保護、生態治理方面潛能巨大，是實現“低碳、綠色、循環”的重要途徑，是點亮農業“綠色未來”的薪火。

農業微生物資源作為我國重要的戰略性資源，其在各個領域都有著十分廣闊的應用空間和前景，在促進國家經濟發展和生態環境建設工作中起到了舉足輕重的作用。

二、農業微生物產業發展趨勢

微生物及其相關產業所涉及的領域相當廣闊，Grandview Research數據顯示，在微生物當前市場應用度方面，醫藥領域占比32%，農業領域占比28%，食品和飲料領域中占比16%，化妝品和個人護理行業占比12%，環境保護方面占比10%，其他領域占比2%。

微生物在醫學領域中應用最為廣泛，并且取得了重大突破和進展，而在農業領域的研究與應用還處于初期探索階段。農業微生物推動了以動物、植物資源為主的“二維產業”向動物、植物、微生物三重資源并重的“三維結構”的發展[2,3]，對解決糧食供給、環境污染問題具有重要意義，對促進碳達峰、碳中和目標的實現起到了積極的推動作用。

（一）國際、國內關注的戰略熱點

近年來，微生物產業是世界各國科技競爭的重點領域，各國爭相進行戰略布局，目前已經有超過50個國家和地區發布了國家級微生物發展戰略[10]。2013年，我國發布《生物產業發展規劃》，將微生物肥料作為戰略性新興產業；2014年，歐盟發布“歐洲聯合生物基產業發展規劃”，其中微生物是重點發展方向；2022年，美國啟動“國家微生物組計劃”，總投資達5億美元，其中農業是其重要組成部分[1]。目前，國內多個省份正在搶抓機遇，上海、廣東、深圳等地均將發展微生物產業作為地方培育新動能的核心支持方向，廣東省已將“農業微生物產業”寫入省級政府工作報告，陜西計劃在楊凌建設國家級農業微生物技術研發中心、建設微生物農業試驗示范基地。

（二）向精細化、標準化、智能化發展

微生物種質資源是農業微生物產業的“芯片”，是產業競爭的關鍵，而多學科技術交叉和融合推動了農業微生物智能制造和精準應用。利用既有成熟研究成果，為微生物研究提供技術支撐。例如，物理、計算機、材料等領域成熟的學科體系與研究成果，綜合推動了基因編輯、合成微生物學；人工智能、大數據、區塊鏈等技術實現了智能監測、溫濕度控制等向精細化、智能化發展[11]；數據科學、信息技術實現了農業微生物產品的精準應用，在動態變化條件下自動整合數據并進行實時建模。大數據以及人工智能的發展，促進了農業裝備智能化、精細化、標準化，推動了微生物科學研究現代化進程。

（三）企業和社會資本的重點發展方向

根據Grandview Research的數據顯示，2022年，全球微生物學市場規模為111.2億美元，預計2023年至2030年的復合年增長率（CAGR）將達到6.9%。在微生物領域，人們看到了巨大的開發價值和市場潛力。例如，生物殺菌劑的代表哈茨木霉已有超過250款商業化產品，約占國際生物殺真菌劑市場的60%；我國微生物肥料年產量已達到3000萬噸，年產值超400億元，仍有較大供給缺口；僅生防木霉一項生物農藥產品年銷售已超20億元。

德國拜耳公司通過收購以開發細菌類微生物農藥產品為主的Agra Quest公司和以研發真菌類微生物農藥產品為主的Prophyta公司，率先建立了先進的生物產品技術研發平臺，完善了公司產品結構；頭部企業先正達集團股份有限公司與荷蘭皇家帝斯曼集團合作，建立了微生物篩選的專用研發平臺。

三、我國微生物產業發展現狀及面臨的挑戰

（一）我國農業微生物發展現狀

1.農業微生物發展納入國家重大戰略

農業微生物產業作為農業發展的重大突破方向，已經納入國家級發展規劃，頒布了一系列的政策。其中，2019年12月頒布的《國務院辦公廳關于加強農業種質資源保護與利用的意見》中首次將農業微生物種質資源提升為國家戰略[13]；2022年5月頒布的《“十四五”生物經濟發展規劃》強調運用功能型微生物、酶制劑等技術，解決飼料安全、原材料缺乏和環境污染等問題；2023年2月頒布的中央一號文件中提出：“樹立大食物觀，加快構建糧經飼統籌，農林牧漁結合，植物、動物、微生物并舉的多元化食物供給體系，分領域制定實施方案”，明確了“三維結構”的發展方向[14]。可見，我國高度重視微生物資源開發利用，已經將微生物產業發展納入國家重大發展戰略。

2.我國農業微生物應用領域

目前，我國在微生物農藥、微生物飼料、微生物肥料、微生物食品、微生物能源、微生物環境保護制劑等領域發展應用較為成熟[15,16]。在微生物農藥應用領域，北美是全球使用最多的地區，占比44%，其次是歐洲，占比20%，亞洲使用占比13%，大洋洲占比11%，拉丁美洲9%，非洲地區僅占3%。據統計，到2021年我國登記在冊的微生物農藥有效成分有47種，約占農藥有效成分的比例為7%；微生物農藥產品有542種，約占農藥產品的比例為1.3%[1]。在微生物肥料應用領域，北美是全球微生物化肥使用最多的地區[11]，占比達到28%，其次是歐洲地區，占比約23%，亞太地區占比約22%，非洲地區占比約16%。在微生物發酵飼料的應用方面，歐美等國家和地區微生物發酵飼料的使用比例已經高達50%；德國已有超過15%的豬場采用生物液體飼料；荷蘭芬蘭規模化豬場應用生物飼料飼喂達到60%；在丹麥生物飼料養豬的比例達到80%[6]。從數據上看，我國的應用程度較歐美發達國家還有一定的差距。

3.我國農業微生物領域的優勢

目前，在微生物領域，我國已經具備了良好的資源優勢和一定的技術基礎，其中，我國專利數量居世界首位，研究性論文發表數量居世界第二，保藏菌株總量居世界第四位。在資源保有量方面，我國自然微生物資源極為豐富，僅真菌一大類就多達10萬種；已分離出來并應用于生產的細菌資源有200余種，放線菌資源為250余種；全國庫藏農業微生物資源51萬余株。在研究技術領域，截止到2021年12月，在Web of Science 數據庫中，我國農業微生物領域發表的研究論文數量超過1.3萬篇；近10年的技術專利占比超過了90%[17]。隨著科技的發展，我國具備了一定的研發基礎優勢，有助于微生物產業的發展。

（二）我國農業微生物領域面臨的挑戰

1.微生物資源壁壘明顯，自主知識產權的優良菌株品種少

我國微生物資源豐富，資源保有量占世界總量的15%，而我國的專利菌株占比僅為3.3%，遠遠低于世界先進水平。同時，我國也是優質菌株需求大國，現有保藏的種質資源數量難以滿足日益增長的資源需求，需要以進口方式引入國外資源。例如，我國益生菌年產值占世界總產值的17%，然而優質菌種自主供給比例還不足10%；我國食用菌年產值占世界總產值的75%，但栽培食用菌的菌種卻依靠進口國外廠商壟斷的專利菌種[3]。因此，核心優質菌種的開發成為我國微生物產業發展的瓶頸。

2.農業微生物領域管理體系不完善，種質安全保障能力不足

我國農用微生物菌種保藏庫有52家，總數不低，但區域分布不均勻，高度集中在北京地區[17]。據統計，有半數以上農用微生物資源分散在各科研院所及高校實驗室。由于保存環境參差不齊、保存質量標準不一，優質種質資源長期處于安全保藏保障能量不足的環境中。目前，我國還沒有成熟的微生物資源管理保護體系，資源利用不充分，散失風險較高。亟需建立一套標準的保障體系，將分散資源進行規范地管理和高效地集成利用。

3.核心種質資源開發、選育、鑒評研究能力薄弱

我國生物資源多樣，微生物自然資源豐富，但仍有大量微生物遺傳資源沒有被挖掘出來。目前我國保有的核心種質資源量相較美國、德國等發達國家還存在一定的差距。主要原因在于，微生物領域研究起步較晚，對微生物遺傳資源的基礎研究不足，對資源的分布、發展變化了解不深入，基礎資料較匱乏[3]。近年來，我國將微生物種質資源開發與利用納入國家戰略，在資源挖掘方面取得一定的進展，但選育技術及鑒評技術較世界先進水平還存在一定的差距。

4.科技創新和產業發展的基礎研發投入不足

我國農業微生物的研究主要集中在科研院所、高校實驗室等基礎性研究部門，產業化研發平臺的投入有限。雖然，社會資本已經進入該領域，但主要研發經費仍然以政府投資為主，缺乏市場機制動力源，這也是我國技術創新不足，產業發展滯后的主要因素。目前，歐美等國家和地區的大型生物研發生產企業在農業微生物市場占主導地位，我國急需微生物領域的“華為”，以改變基礎研發投入不足的現狀。

5.國內市場多為中小企業，產品推廣轉化率較低

隨著人們對微生物了解的加深，眾多投資者看到了農業微生物帶來的巨大“能量”，市場上涌現了大批相關企業。目前，企業規模參差不齊，研發能力弱、成果轉化實力較欠缺、經營種類集中在低端產品，普遍化、雷同化，針對性不強，缺少明星產品[2,11]。我國微生物企業缺少明星企業，除少數龍頭企業外，大多數企業研發能力低、成果轉化實力不足、經營種類少、生產規模小。

四、農業微生物產業發展策略

農業微生物產業是我國農業發展的新興產業，也是急需拓展的重要領域，更是一項長期發展戰略。在推動農業微生物產業發展策略方面，可以從以下幾方面開展。

（一）從資源上，加大開發微生物資源力度

微生物產業發展的源頭是微生物資源的開發。我國微生物自然資源豐富，提升本土資源發掘技術，強化優質菌種選育力度，培育具有自主知識產權的資源品種是提升產業發展的源動力。統籌現有農業微生物資源管理，集中力量，開展基礎調研工作，從搜集、保存、培育、鑒定以及評價五方面加大微生物資源開發利用力度，以滿足產業發展的菌種資源需求。

（二）從技術上，加強基礎科技創新

農業微生物產業的發展需要強有力的技術支撐，需要多項基礎學科融合創新。加強基礎科技創新，把微生物產業技術創新作為一項戰略任務，并給予一定的政策傾斜和資金支持，開展農業微生物產業的技術研究。

（三）從硬件上，加強平臺設施建設

微生物資源是中國重要的戰略資源，農業微生物種質資源是發展謀劃的重點任務，利用現代技術建立微生物資源數據庫與信息服務系統，加強國家農業微生物菌種資源庫建設，是突破發展瓶頸的重要舉措。

我國在微生物領域的研究以前期基礎研究和種質資源挖掘為主，中試環節薄弱，成果轉化相對較低。大量實驗數據表明，未經中試的科技成果轉化率只有30%，經過中試的轉化率能夠提升到80%，建立相匹配的中試車間，提升轉化率，是產業化發展的重要途徑。綜合統籌全國資源，建設一批符合微生物產業研發和應用的高標準研究中心、示范基地，是提升科技成果轉化率的重要途徑，通過“研產”結合的方式，提升微生物產品的市場比例，增強市場競爭力。

（四）從體系上，加強保障措施

國家正在大力發展農業微生物產業，健全的法律法規、監管體系和管理方案能夠減少發展過程中的風險。制定和完善我國農業微生物產業的法律法規體系，注意與《〈生物多樣性公約〉關于獲取遺傳資源和公正公平分享其利用所產生惠益的名古屋協定書》的相配套。目前，我國已經頒布和實施了《中華人民共和國生物安全法》，為依法開展工作提供了法律依據。健全現有管理體系，完善專利保護、知識產權制度，明確微生物種業發展、菌種資源管理、微生物安全等級等方面的法律法規。規范種植資源開發程序，加強質量監督和管理程序，建設科學高效且相對完整的農業種質資源、微生物種質資源保護體系，降低微生物種質資源流失風險，保障農業微生物相關工作開展的良性發展。

（五）從制度上，重視科技成果轉化應用

在我國，高校及科研機構與市場及企業連接不夠緊密，是兩個相對獨立的體系，科研成果服務地方經濟力度欠缺。科研院所及高校過分強調學術價值，反而忽略了市場價值，導致科研人員科技研究理論成就高，但成果應用轉化較低。一定程度上與現行的科技政策及管理制度有關，目前，高校及科研院所的評價標準，重理論、輕應用，重研究、輕開發，在農業微生物領域更是如此。因此，完善現有的科研評價制度，引導、鼓勵、科研人員參與技術成果應用，獎勵參與企業技術瓶頸攻克、應用技術推廣等指標納入考核內容，重視科技成果應用與轉化，促進經濟發展。

（六）從政策上，給予人才保障支持

國家高度重視科技創新，而人才是創新之根本。加強高端人才引進，建立人才自主培養機制、科研成果轉化獎勵機制，是加速農業微生物產業化的重要措施。目前，北京已經先于其他地區于2019年11月發布的《北京市促進科技成果轉化條例》，明確了對做出重要貢獻的科研人員的獎勵政策，調動了科研人員的主觀能動性，為科技創新提供了保障支持[18]。

五、農業微生物科技創新示范區平臺建設探索

近年來，國家高度重視創新科技農業領域的應用發展。由于我國資源分配不均衡，利用優勢資源建設科技示范區是快速突破發展瓶頸的重要舉措。科技創新示范區將在一定區域范圍內，聚集一批高技術企業、研發機構、高等院校等創新要素，形成創新研發生態體系，推動科技成果轉化和產業升級，包括優化創新要素布局、建設創新平臺、加強創新人才的引進及培養、加強成果轉化與應用強化國際合作提升國際地位。

（一）示范區具備資源優勢

立足北京打造農業微生物科技創新示范區具備科技、人才、資源、政策等優勢。北京作為科技創新中心，資源優勢明顯，在涉農資源方面，北京地區有3個國家重點實驗室、3個省部級重點實驗室、1個國家菌種資源庫、2個省部級菌種資源庫，在京單位菌種總保有量超30萬株，全國數量占比高達70%，且北京具有大量的科研機構、高校以及生物領域頭部企業，具備成為示范區的外部條件。平谷區作為北京市的農業大區，有良好的農業發展基礎。2022年，平谷區的農林牧漁業總產值達到34.7億元，居生態涵養區首位。平谷區聚焦農業發展，推進科研、生產、經營、銷售、服務等業態，構建農業發展全產業鏈。2021年，平谷區謀劃打造“平谷農業中關村”戰略布局，目標瞄準“高精尖”農業。2023年3月，平谷區人民政府與北京市農林科學院簽訂了合作框架協議，就建設農業微生物開放型科研平臺開展相關部署工作，為構建新型研發平臺奠定了基礎。

（二）新型科研平臺管理模式探索

1.新型研發平臺的特點

建設開放性的新型科研平臺為解決資源分布不均衡、科技成果轉化率低的問題提供了一種新的解決思路。新型科研平臺區別于傳統的研發機構，善于跟蹤、解讀和運用各級政策，功能更加多元化。采用開放式創新模式，建立融合“各家之長”的“三無”平臺，即無行政級別、無固定編制、無固定財政經費支持。新型研發平臺相較于傳統科研院所，更加注重科研成果的中試環節和推廣應用；相較于民辦非企業單位，更加容易實現政府監管和多方協同工作；相較于生產型企業，更加強調源頭創新。

2.開展新型研發平臺組織架構探索

新型研發平臺可采取成立專家委員會及商業委員會的組織架構。專家委員會由農業微生物領域國內外知名專家組成，主要負責引領農業微生物領域前沿科技；組織攻克技術壁壘；研究新理論、新方法；負責學術資源配置；開展學術標準評價等開拓學術視野，豐富學術資源的相關工作。商業委員會由大型頭部企業技術總監、市場總監組成，是打通傳統研究院所現有資源和技術優勢與企業產業化應用之間的橋梁，以產業發展需求為導向，聚集現有平臺、人才和政策優勢，打造新型“金三角”模式的高效“孵化器”。商業委員會的成立能夠有效改善技術團隊在成果孵化方向的弱勢，企業團隊在技術上的弱勢現狀，能夠集各家之長，促進科技進步，促進科研成果產業化、市場化。

3.開展新型研發平臺激勵制度探索

新型研發平臺采用“研發+孵化+投資”三位一體的發展模式，面向社會，提供中試放大、市場對接、媒體推廣、項目路演等產業孵化服務。采用股權匹配的方式吸引企業實質性參與，對于成熟的項目，研發平臺作為孵化器可以降低自己的股權比例，提高項目方（個人或企業）的股權比例；建設具備世界先進水平的實驗室、中試車間，并依法、依規對外開放共享，提高資源利用效率。通過高薪高酬、成果轉化回報、股權激勵等更加市場化的方式，面向全球招聘，選拔一批具有生物技術專業能力與產業發展管理能力，并且具有組織實施重大科技項目經驗的國內外領軍人才任項目經理，對接更大的市場，以快速實現產業化發展的目標。

新型科研平臺的建設能夠不僅能夠吸引國內外高端人才的參與，還能夠集聚高水平科研和生產力量，提升科技創新源動力，促進示范區產業經濟發展，引領農業微生物產業發展。

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