大国农业，向微生物要资源
前言：3月28日，第一届中国绿色生物制造峰会于广州举行，共议合成生物技术应用新模式、新技术和新思路。绿色生物制造是实现可持续发展的重要途径，需要各界加强技术创新和产业合作，推动绿色生物制造技术的不断升级和应用。其间，加强微生物研究，深入探讨微生物在生态系统中的作用和机制，是绿色生物制造的重要议题，也是为保护生态环境和促进人类健康的抓手。
2016年，中央一号文件将“树立大食物观”作为优化农业生产结构和区域布局的重要内容。
时隔七年，不久前发布的2023年中央一号文件中，“树立大食物观”再次被提及。向森林要食物，向江河湖海要食物，向设施农业要食物，从传统农作物和畜禽资源向更丰富的生物资源拓展，向植物动物微生物要热量、要蛋白，建立多元化的食物供给体系，是托住“中国饭碗”的坚实后盾。
随着科学技术的发展，微生物在农业领域中的应用及作用效果越来越受到人们的重视。在推进传统“二维结构”（利用植物、动物资源）向“三维结构”（利用植物、动物、微生物资源）转变的过程中，微生物的力量不可小觑。
初识农业微生物，揭开它的神秘面纱
地球三大生物之一的微生物资源是至今尚未充分开发和利用的生物资源宝库，开发微生物资源，创建微生物产业，已经成为时代发展的必然趋势。紧跟时代发展的脉搏，我国也用众多的政策铺就了微生物在国内发展的“康庄大道”。
图：近年来我国发布的与微生物相关的政策
数据来源：据公开资料收集
根据Grandview Research的数据显示，2022年，全球微生物学市场规模为111.2亿美元，预计2023年至2030年的复合年增长率 (CAGR) 将达到6.9%，在微生物身上，人们看到了巨大的开拓价值和市场潜力。
微生物所涉及的领域也相当广阔，Grandview Research数据显示，微生物当前市场应用度为——医药生物技术占32%；农业所占比例为28%；在食品和饮料领域中，这一数字为16%；化妆品和个人护理行业中，微生物市场应用度为12%；环境保护方面为10%；其他占2%。
图：微生物的行业分布数据来源：Grandview Research
作为占据微生物市场应用度第二的行业，微生物在农业中的应用大有可为。 农业微生物是农业生产（含种植业和养殖业）、农产品加工、农业生物技术、农业生态环境保护等有关应用微生物的总称，覆盖种植业、养殖业、农业环境等领域，涉及与农业有关微生物的特性、生命活动规律、作用过程调控等研究，也是促进农业生产发展的新兴方向。本文主要聚焦微生物肥料、微生物农药、微生物饲料、微生物食品、微生物能源、微生物生态环境保护剂6大版块。
微生物肥料
我国微生物肥料产业已经成为生物产业、生物经济产业的重要组成部分。在相关的标准建立方面，我国已基本形成较为健全、全方面的体系。在作物应用方面，以禾谷类农作物应用量最多，紧随其后的是纤维类、油料类作物。
图：我国微生物肥料的相关情况数据来源：Markets and Markets、农业部、华经产业研究院
微生物肥料产业的快速发展，得益于国家的大力支持。2013年，国务院发布的《生物产业发展规划》将微生物肥料列为高新技术产业和战略性新兴产业，其重要性可见一斑。2022年5月，《“十四五”生物经济发展规划》明确了功能型微生物等生物技术在土壤修复中的应用，再一次在国家层面上对微生物肥料做出了肯定。
图：我国发布的与微生物肥料相关的政策
数据来源：华经产业研究院
微生物农药
微生物农药是以真菌、细菌、病毒或基因修饰的微生物等活体作为有效成分的农药。当前，在发展绿色农业、实现药肥“双减”的背景下，化学农药的使用愈发受到限制，农用微生物制剂的需求稳步增长。井冈霉素、赤霉素、阿维菌素等已获得广泛应用。
相关数据显示，以有效成分的登记数量测算，全部农药登记品种共727种，其中微生物农药54种，占总的农药登记品种总数的7%。以农药制剂产品的登记数量测算，微生物农药542个，占比1.3%。
微生物饲料
作为具有“绿色”属性的食品，微生物饲料对于促进动物生长发育，提高免疫力等方面具有显著效果。
根据目前国内饲料年生产总量和猪、禽、反刍和水产动物的养殖总量来计算，国内微生物饲料添加剂的市场容量在180亿元至200亿元之间浮动。就当前情况来看，市场推广普及率约为10%，市场空间具有极大的弹性，产业发展和行业前景十分广阔。
微生物食品
微生物作为食品大致有以下两种分类。其—，本身作为食品的微生物，可利用其繁殖速度快、营养价值高的特性，进行快速、大量的生产，食用菌就是代表产品。其二，将有益微生物转化为加工食品，利用微生物新陈代谢进行生产，代表性产品有酸奶、食醋、葡萄酒等，以上产品能够保障“盘中餐”的多元化提供助力。
微生物食品的实力不可小觑，随着全球范围内发酵食品的兴起，单单以发酵成分为原料的食品饮料年均增长率为29％，微生物食品全品类的市场规模似是“深不可测”。
微生物能源
微生物是发展生物质能源的“必需品”，其巨大潜在价值还尚未完全被人们挖掘，众多重大发现都还只存在于实验室进行小规模运用。但近来在能源微生物领域的新发现，使得微生物能源正在让其变成能源替代品成为可能。
微生物能源在净化生活污水和有毒工业污水、监察环境污染度，和生态和环境保护方面是把好手。针对上述问题，微生物能源是一个极佳的突破口。当前，我国已形成较大微生物能源生产规模，微生物能源产能1500万吨以上。
微生物农业酶制剂产品
上世纪70年代，酶制剂开始应用于配合饲料中。随着现代生物技术，尤其是微生物的基因改造和发酵技术的迅速发展，生物酶制剂的生产成本越来越低，其推广和市场化的步伐也开始加快。
《2020—2026年中国酶制剂市场竞争策略及投资可行性研究报告》数据显示，2020年农用酶制剂领域酶制剂产量为2.24×105 t（增长率为15%）；其中饲料添加剂中的酶制剂产量为1.35×105 t（增长率为10.8%），混合型饲料添加剂中的酶制剂产量为 8.9×104 t（增长率为22.2%）。
作为饲料添加剂的一个新品种，饲用酶制剂逐渐得到饲料工业和养殖业的认可。
2019年发布的《国务院办公厅关于加强农业种质资源保护与利用的意见》第一次将农业微生物种质资源提升为国家战略，在新形势下迈出了对战略资源和农业科技原始创新的重要一步。同年，美国科学院、工程院和医学院联合发布研究报告,把微生物相关研究列为未来30年农业领域亟待突破的五大研究方向之一。
未来，小小的微生物或将成为决定全球农业科技发展态势的中坚力量
微生物种质资源正成为农业微生物行业的“芯片”
作为农业的“芯片”，种子的重要性人尽皆知，要真正把“藏粮于地”落实到位，在绿色发展的宏观背景下，作为农业种质资源之一的微生物或将被委以重任。
2020年2月，《国务院办公厅关于加强农业种质资源保护与利用的意见》（以下简称：《意见》）的发布更是为微生物种质资源的保护提供了政策保障。《意见》提出，力争到2035年，建成系统完整、科学高效的农业种质资源保护与利用体系，资源保存总量位居世界前列，珍稀、濒危、特有资源得到有效收集和保护，资源深度鉴定评价和综合开发利用水平显著提升，资源创新利用达到国际先进水平。
《意见》的发布同时传递出一个信号——性能优异的微生物菌种资源已成为农业微生物产业的核心关键，代表着农业科技原始创新的微生物种质资源利用正在成为行业新蓝海。
当前，一个菌种成为一个细分产业的“支柱”已成为微生物行业的普遍现象。
以线虫治理为例，作为地球上数量最丰富的多细胞动物，只要有水的就有线虫“伴生”，其中，植物寄生线虫占10%。有数据显示，在全球范围内,因线虫每年造成经济损失高达1570亿美元,与昆虫危害基本一致,且这一数字还在逐年增加。
针对这一难题，科研工作者们交出的答卷是阿维菌素、氟吡菌酰胺、氟烯线砜和淡紫拟青霉等杀线虫剂主流品种。其中，阿维菌素以其优异的性能成为了这一产业的核心关键。
基于阿维链霉菌高产菌株的阿维菌素生物合成适配性体系，从业者们设计了高效生产高效阿维菌素的元件与模块，在将其产量提高1000倍的同时，将其价格降至原来的1/50甚至更低。除此之外，阿维菌素的生产技术革新还推进了农用抗生素产业的变革和发展，也为其他天然产物生物制品的改良提供了“阿维菌素经验”。
微生物菌种事关生物技术创新的未来，但需要注意的是，自然界中分离获得的野生菌种，通常不满足规模化生产要求，需要进行选育以获得优质高产的菌种。
随着原位培养、细胞分选、单细胞测序等新型培养技术的成熟，一些“非定向”“定向”相结合的“未 / 难培养微生物”分离技术与方法正“小荷微露”，为新的农业微生物资源的发掘和优异菌种的选育夯实了基础。
此外，合成生物学、高通量自动化筛选等生物技术的发展，正在引领微生物菌种的筛选和改良的行业革命，利用上述手段，相较于传统诱变方式，筛选效率能够高出千倍以上。
在上述方面有“代表作”的企业，Indigo Agriculture和慕恩生物算的上是“优等生”。
Indigo Agriculture是由Flagship孵化的、专注于农业微生物的研究和应用的企业。企业致力于开发和利用天然植物内生菌，揭示植物和天然微生物间的共生关系对植物健康和产量提升的作用，以便开发出高质量的农业微生物产品。
在技术方面，Indigo Agriculture利用计算生物学平台从植物微生物群落中筛选、优化潜力菌株，经过室内和田间评估等流程后，企业能够从中筛选出性能最佳的菌株。凭借上述技术，Indigo Agriculture能够将识别有益微生物到产品上市的时间控制在3年内，相较于传统产品开发耗时的10-15年时间具有极大优势。
2019年，按照创新技术对现有行业的颠覆程度以及潜在影响力进行排名，美国财经媒体CNBC发布了“颠覆者50强”（Disruptor 50）榜单，Indigo Agriculture从全球上千家初创企业中脱颖而出，高居CNBC Disruptor 50榜首。
在微生物领域蓬勃向上发展的征途中，我国的慕恩生物成为了Indigo Agriculture一路同行的“陪伴者”。
慕恩生物的实力在业界有目共睹，当前，企业已建成全球最大的微生物菌种库，保藏菌株超过20万株；企业还搭建起了业内稀缺的微生物发掘和应用的产业化技术平台：Culture-To-Product；并且拥有行业领先的微生物规模化生产、发酵以及制剂能力……以上种种，都为全球生物农业产业向上向好发展注入了创新动能。
当前，慕恩生物已经获得由红杉资本、国投创业、越秀产业基金、碧桂园创投等一线机构的参投数亿元融资。慕恩生物连续多年荣获“中国最具投资价值企业50强”。
新的农业科技革命已然到来，农业微生物正成为新一轮科技革命的战略前沿。未来，其或将以微米体态产业撬动整个大农业。
我国长三角地区的农业微生物实践
长三角地区是我国经济最具活力、开放程度最高、创新能力最强的区域之一，支持长江三角洲区域一体化发展已上升为国家战略。这一区域的重要性不言而喻，在这里，无数科技型企业落地生根并发展壮大，农业微生物产业或许也能在这里找到适合它发展的土壤。
结合长三角地区与农业微生物相关的政策、科研院所的设置以及龙头企业的布局，或能找到潜藏在这里的发展趋势。
一项好的政策是行业发展的一盏指路明灯，也是行业行稳致远走下去长远生存的基石，从长三角地区各地发布的政策中，也滋生出了农业微生物在细分领域扎根的土壤。
图：长三角地区近年来发布的与农业微生物相关的政策
（按地区首字母排序）
数据来源：据公开资料收集
从上图不难看出，各个地区对农业微生物的应用各有侧重。上海市主要将农业微生物用于环境保护、水质净化等绿色生态方面；江苏省与安徽省则是“心有灵犀”，将重点聚焦在了微生物资源的保护与收集上；浙江省的想法是“全面开花”，把农业微生物应用在污染修复体系、生物资源转化以及健康养殖等方面。 上述各地结合地缘优势，因地制宜，或携手同行，共同为农业微生物资源的收集“保驾护航”，或“术业有专攻”，在某一细分领域进行尝试和研究。上述种种，都为农业微生物的扎根和壮大打造了“宜居之地”。 科研院所是促进产业发展的基地，更是点亮农业微生物自立自强发展的“灯塔”。从长三角各地的科研院所的设置上来说，就当前收集的数据来看，从数量上来看，浙江省最多，但各地所聚焦的方向和应用同样各有倚重，下图详细说明了相关科研院所的主要方向。
图：我国部分微生物龙头企业在长三角地区的布局（按企业首字母排序）数据来源：据公开资料收集
在业务方面，多以企业间的合作为主，合作方向在细分领域的覆盖方面，微生物肥料、微生物农药、微生物饲料、微生物生态环境保护剂和微生物食品等被提及次数较多。 而在微生物能源方面，相关业务的开展寥寥无几，再加上我国微生物能源领域起步较晚，受制于国内生物医学和机电一体化应用落后于国际水平，国内微生物学诊断发展一直比较缓慢，微生物能源培养基种类不多，需求微生物能源基本要依赖进口满足，潜藏在微生物下巨大潜在价值还尚未完全被人们挖掘，众多成果还在实验室中明珠蒙尘或进行小规模的应用。但值得注意的是，微生物能源的开发需要强大的科技和研发投入，对资金和人才都提出了较高的要求。
做好微生物资源收集保护，从源头践行创新
仍然需要注意的是，尽管我国一直走在农业微生物资源收集与保护的路上，但保藏量与质量脱节，大规模挖掘尚未开展，产业链源头创新能力不足的问题需要给予较大的关注度。
世界菌种保藏联合会（以下简称：WFCC）数据显示，2021年，我国微生物资源总保有量约为4.23×105株，专利菌种保藏数量约为3.72×105株，占世界总量比例分别为15%和28.8%，从数量和比例上来看，这一数据都不算低。但我国的专利菌株发放率数据则显得“不那么好看”，3.3%这一数字，远低于10%—500%的世界先进水平。因此，保有微生物资源质量不高，核心优良菌种已成为我国微生物资源开发与利用的瓶颈环节，各地需结合地缘优势和特色，应对上述难题。
农业微生物资源保护体系不完善也是我国的“老大难”问题。2022年8月，我国农业农村部种业管理司发布了《关于第一批拟确定国家级农作物、农业微生物种质资源库的公示》，旨在打造微生物资源收集保藏工作体系。但值得注意的是，在空间尺度上存在部分考察空白的区域，同时也有资源库分布不均的情况，如长三角地区仅有上海和江苏两地建有国家级农业微生物种质资源库。
图：国家级农业微生物种质资源库名单（第一批）
数据来源：农业农村部种业管理司
图：国家级农业微生物种质资源库分布情况（第一批）数据来源：农业农村部种业管理司
把“存量”变为“增量”，是日后需要针对农业微生物资源久久为功的长期课题，以现代生物技术为核心的微生物资源研究与利用已经成为全球生物资源竞争的战略重点，我国农业微生物种质资源保护与利用工作任重而道远。
农业微生物是解决人类食物问题而同时兼顾自然环境和生态平衡的最主要途径。日后，随着从业者对其研究和应用的进一步拓展，这股“被忽视的力量”或许会为农业带来十足的后劲。
本文来自微信公众号：35斗（ID：vcearth），作者：陈欣雨
