实现农资产品“定向创造”！合成生物学开启可持续新时代

来源：农资导报

在农业现代化转型的关键节点，一场由合成生物学引领的产业变革正深刻重塑农资行业的发展格局。作为融合生物学、基因工程、工程学、信息学等多学科的前沿技术，合成生物学突破了传统农业“依赖自然、被动适应”的固有模式，以“设计与创造”为核心，为农资行业带来了从产品研发、生产方式到市场生态的全方位革新。

第三次生物技术革命：

合成生物学的颠覆性突破

合成生物学被公认为“第三次生物技术革命”，其与传统农业生物技术的本质区别，在于实现了从“解读和利用自然规律”到“设计与创造生物功能”的根本性跨越。

中国科学院院士、发展中国家科学院院士、美国微生物科学院院士邓子新认为，合成生物学作为大健康领域科技创新的引擎与新质驱动力，已渗透到医药、健康、环境、能源等各大领域，正在变革性改造或颠覆传统大健康产品的研发路径，引领研发从“找菌种”到“找基因”，从“被动筛选”到“主动创新”，从“利用自然菌种”到“人工设计产生菌种”的转变。

合成生物学作为生物技术的重要分支，其核心逻辑是通过基因工程、生物合成等技术手段，研发生产微生物、微生物分泌物等各类高价值产品。南京轩凯生物科技股份有限公司（下称轩凯生物）总裁冯小海表示，合成生物学在发展初期，市场曾对这类产品的实际效用存在疑虑，但随着技术的不断成熟和应用案例的持续积累，合成生物学产品的认可度正日益提升。“如今，以聚谷氨酸为代表的相关产品已在农业生产中发挥重要作用，充分证明了合成生物学并非概念炒作，而是具备实际应用价值的朝阳产业。”冯小海认为，随着农业现代化对高效、绿色产品的需求不断增加，合成生物学产品凭借其独特优势，正成为破解传统农业痛点的重要抓手。作为新兴新质生产力的重要组成部分，合成生物学目前虽处于发展起步阶段，但未来增长空间巨大，其在农化行业的应用前景将持续拓宽，产业价值也会不断凸显。

上海蓝晶微生物科技有限公司（下称上海蓝晶）首席科学家饶驰通博士表示，合成生物学发源于欧美，有人简单地把发酵等同于合成生物学，但其实生物发酵只是合成生物学实现目标的一个方式，他们之间并不能划等号。“我们可以将合成生物学理解为工程生物学，通过对细胞工厂进行理性或者非理性的系统化改造，让细胞工厂达成我们所需要、所预期的超越自然极限的功能。也就是说其核心是对微生物的改造。”

“合成生物学的核心思想是‘工程化’，就像工程师设计和建造一座精密的工厂一样，我们对微生物这个‘细胞工厂’进行重新编程。这个过程遵循一个核心的研发循环，即‘设计—构建—测试—学习’。”南宁汉和生物科技股份有限公司（下称汉和生物）常务副总经理余义发表示，合成生物学能够以可持续的生物制造方式，精准、高效地生产出农业领域所需的各种高价值活性物质，这为破解资源约束、实现绿色低碳发展提供了根本性的技术工具。

利民控股集团股份有限公司（下称利民股份）在2024年初也对其战略进行了适时调整，更加聚焦于以生物合成为核心的发展方向。作为农化行业的佼佼者，利民股份不仅拥有超过30年的生物发酵技术优势，还积累了70多年的化学合成经验。而合成生物学技术的迅猛发展，更是为利民股份的生物合成战略奠定了坚实基础。专家预测，未来60%~70%的化工产品都将通过生物合成方式生产，其绿色安全、高收率且副产物少的特点，无疑将成为行业发展的主流趋势。利民股份正顺应这一潮流，积极布局未来，以“合成生物学+AI”为引领，书写绿色制造的新篇章。

按需设计：

从“依赖提取”到“定向创造”

经过多年积累，合成生物学在农资行业已形成以功能性微生物产品、微生物分泌物为核心的产品体系，涵盖生物肥料、生物刺激剂、生物防控产品等领域。为解决作物抗逆问题，可改造微生物合成γ-氨基丁酸、5-ALA等活性物质；为减少化肥依赖，可设计固氮、解磷、解钾工程菌剂；为提升农产品品质，可调控作物代谢通路实现营养素定向强化。这种“按需设计”模式，彻底改变了农资产品“依赖提取、化学合成”的传统逻辑，打开了无限创新空间。正如轩凯生物实践所印证的，随着技术成熟，合成生物学产品已从“效用争议”转变为农业“刚需”，市场认可度持续提升。

功能性微生物产品：

从“筛选改良”到“定向设计”

功能性微生物是合成生物学的重要应用方向，通过基因改造增强其农业功能，主要分为芽孢杆菌类、酵母类及工程菌剂三大类，广泛应用于土壤改良、作物促生、病虫害防控等场景。

轩凯生物的核心产品涵盖枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等芽孢杆菌类产品，以及啤酒酵母等酵母类产品。经合成生物学优化后，芽孢杆菌可在作物根系形成保护膜，抑制病原菌并分泌促生长物质；酵母类产品能产生萜烯类物质，改善作物风味并调理土壤。汉和生物则通过构建高效基因工程菌，实现微生物产品规模化量产，其合成微生物菌剂整合固氮、解磷、促生功能，可提升养分利用效率，减少化肥用量并修复土壤。

上海蓝晶聚焦微生物代谢产物的高价值开发，其独家生产的PHA（天然高分子聚酯）通过合成生物学实现百吨级量产，每升发酵液浓度达30%，技术全球领先，能有效改良植物根系微生态。与传统微生物产品相比，合成生物学改造后的产品具备“功能强化、性能稳定、量产可控”优势，如改造后的生防菌对致病菌拮抗作用更强，防控效果更稳定。

生物活性物质：

从“难以量产”到“规模化供应”

微生物分泌物（生物活性物质）是合成生物学核心落地产品，包括功能性氨基酸、寡糖、生物刺激剂等，因传统生产方式成本高、污染大，长期难以工业化应用，而合成生物学技术彻底改变了这一现状。

余义发表示，汉和生物已构建从基因编辑到规模化量产的完整产业闭环，成功跳出合成生物学“死亡谷”。其开发的高活性褐藻寡糖采用新型酶解技术，分子量≤1000，酶解原液含量300克/升（全球唯一）；5-ALA年产量达5000吨，发酵水平60克/升（全球最高）；γ-氨基丁酸年产量15000吨，活性比其他工艺高40%，并主导制定行业标准，2025年更获批食品生产许可证，实现跨界延伸。

轩凯生物的聚谷氨酸是该领域标杆产品，入选工信部生物制造名单，国内市场占有率超60%，是全球领先的供应商。冯小海表示，通过基因工程菌定向发酵，聚谷氨酸实现低成本、高纯度规模化供应，其保水保肥、抗逆增效功能获市场广泛认可。

上海蓝晶则推行“老品打对折、新品好十倍”战略，将聚谷氨酸等老产品价格打对折，为渠道和农户创造更多价值；对于新品，比如学术界已经研究20多年的生物活性增产分子——海藻糖-6-磷酸，上海蓝晶首次实现全球独家工业化量产。海藻糖-6-磷酸简称T6P，在工业化量产前，仅用作科研试剂，1克价格高达1000元，极大地限制了其在农业领域的应用。“我们通过合成生物技术突破了该活性小分子的量产，将其生产成本降低了2~3个数量级。在全国已经开展的几十个大田试验中，T6P使主粮作物平均增产超10%，经济作物如花生、番茄及叶菜等的增产率也达到两位数。”饶驰通介绍。

作物育种与营养强化：

从“外部输入”到“内部赋能”

合成生物学在作物育种领域的应用，实现了对作物“内部赋能”的突破。通过精准调控作物代谢通路，可定向培育富含特定营养素、抗逆性更强的新品种，与外部农资产品形成互补，形成全链条解决方案。

余义发指出，这一路径超越了单纯的“外部投入”，直接提升作物内在品质与抗逆能力。例如，浙江大学通过合成生物学创制出富含褪黑素的大豆，产量稳定且蛋白质含量提升；未来还可培育高γ-氨基丁酸水稻、抗盐碱小麦等品种，从种源上保障粮食与营养安全。在生物防控领域，合成生物学实现从“外部防治”到“内部免疫”的升级，改造作物抗病基因或设计诱导抗性生物制剂，可从根本上降低对化学农药的依赖。

挑战与破局：

合成生物学产业化的突围之道

合成生物学的崛起，不仅是一场颠覆性的技术创新，更在深层次上重塑了农资行业的发展逻辑、产业格局与竞争规则，推动行业加速向“生物主导、技术竞争、协同共赢”的高质量转型阶段迈进。

在肥料领域，以聚谷氨酸、褐藻寡糖为代表的生物刺激剂，能显著提升土壤保水保肥性能，搭配固氮、解磷功能工程菌剂，可精准增强作物养分吸收效率，真正实现化肥“控肥增效、减量提质”的核心目标；在农药领域，生物农药、生防菌剂通过绿色防控机制替代高毒化学农药，既有效降低了农业面源污染风险，更保障了农产品质量安全与生态环境可持续性。

邓子新强调：“未来，合成生物学将成为颠覆性产业创新与跨越式科技发展的系统集成载体。它有望颠覆重大产品的传统合成工艺，打破国外大品种的市场垄断，孵化具备国际影响力的标杆企业，带动传统产业向高端化转型升级，研发拥有自主知识产权的创新产品，同时培养一批行业顶尖专业技术人才。”以生物农药领域为例，多氧霉素作为目前应用范围最广、开发最成功且尚未产生耐药性的优质生物农药，通过基因定向编辑技术对其菌株进行精准改造，可定制具备特定功能的个性化组分，进而研发出针对稻瘟病、梨黑斑病、核果褐腐病等病原菌的专用高效菌种。

中国工程院院士、浙江工业大学生物工程学院院长郑裕国也指出，合成生物学作为一场新型“工业革命”，正深刻改变物质生产方式，将在生产原料替代、制造流程优化、产品特性升级等方面实现重大革新，加速新质生产力形成，为国民经济持续健康发展提供强有力支撑。

尽管发展前景广阔，合成生物学在农资行业的产业化进程仍面临技术、市场、生态等多重挑战。技术层面，研发周期长、技术门槛高、部分产品规模化生产瓶颈尚未完全突破，亟须企业持续加大研发投入，构建产学研深度协同的创新体系，借助AI等前沿技术提升研发效率，同时强化核心技术的知识产权保护。

针对行业痛点，冯小海提出两点发展规划：一是坚持联合推广，凝聚行业合力。希望企业携手合作，共同推广优质合成生物学产品，通过资源共享、优势互补，让更多从业者与用户认知产品价值，推动市场健康有序成长。二是深化认知普及，夯实发展基础。各方力量联合，加强产品知识普及、应用技术培训与效果案例分享，充分释放合成生物学产品的优势，进一步扩大其在农业领域的应用规模，提升产业整体价值。

余义发也表示，汉和生物在农业领域深耕20余年，近年在农药板块持续发力，愿与国内外广大农药企业开展深度合作，为行业产品升级提供全方位服务。汉和生物将继续以研发为核心引擎，以产业化为坚实基石，一方面深化基因编辑、代谢工程等领域的技术储备；另一方面全力推进生物制造中试能力平台建设，加速更多实验室成果的产业化验证，目标不仅是成为领先的合成生物产品供应商，更要成为推动农业现代化、绿色化转型的重要创新力量。

未来，随着技术迭代升级、政策持续赋能与市场需求稳步增长，合成生物学将深度融入农资行业全产业链各环节，推动行业完成从“化学主导”到“生物主导”、从“中国制造”到“中国智造”的历史性跨越。一个绿色高效、安全可持续的农资行业新时代正在到来，必将为全球农业现代化进程作出重要贡献。