能“吃”石油、还能“修”文物，撬动200亿的菌到底有多少隐藏技能? | 喻亚静

来源：环球科学

从分离筛选到长久保藏，

守护微生物种子这条路，

我们已经坚守九十五载。

喻亚静 · 中国科学院微生物研究所

格致论道第130期 | 2026年6月13日 北京

大家都知道，微生物是这个地球上种类是最多的一个物种。据科学家估计，微生物可能有十的三十次方，数量和宇宙里面的星星是一样多的，是一个完全的天文数字。

菌种就是我们微生物学家从自然界中分离、培养、筛选、设计、改造获得的微生物的种子。它有多少呢？细菌大概是有2万种，真菌会多一点，差不多12万到15万种。所有的加起来其实不到20万种。跟广袤的宇宙相比，微生物的种子、菌种其实是非常珍贵的。

菌种的珍贵

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下面这个照片是方心芳院士。我想用他的故事，来跟大家讲一讲为什么微生物菌种这么珍贵。

在抗战爆发之后，方心芳院士从欧洲回到了中国。当时敌机经常会轰炸，每次警报响起的时候，方院士的夫人抱着女儿，方院士提着菌种的筐子，两个人急匆匆赶到防空洞。后面他跟大家说：“只有女儿和菌种是我们最宝贵的东西，其他的财物都是可以置之不顾的。”

▲在重庆五通桥工作中的方心芳院士

因此对微生物学家来说，用心血培养的菌种，像自己的儿女一样珍贵。因为在整个功能菌种筛选的过程中，它往往像中彩票一样，无数次的重复才会突然出现。但是你想再次找到它，几乎是不可能的。

功能菌种的筛选与复制

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我想用长链二元酸的这个例子，来跟大家分享一下菌种的筛选与复制。

大家可能会有疑问，长链二元酸是什么？我们在二十世纪七八十年代时穿的衣服叫涤纶，也叫“的确良”。七十年代的时候，方心芳院士他们想要去做尼龙，也就是锦纶。现在我们穿的很多瑜伽服、跑步服，弹性、透气性非常好，非常舒服。这种舒服的面料主要是运用了锦纶材料，而锦纶的主体就是长链二元酸。

长链二元酸不光能够做衣服，它还能做非常多东西。特种轮胎的材料、航空航天器表面耐磨的材料、飞机的润滑油、医药的生物中间体以及高端的香料，它们都是由长链二元酸制成。总体来说长链二元酸的作用非常重要。

▲长链二元酸产品

左上：高端香料 右上：医药中间体

左下：航空润滑油 右下：特种尼龙

七十年代的时候，我们的粮食产量非常低，微生物跟人类一样是碳基生命，喜欢吃蔬菜、水果、大米，让它去吃别的东西很困难。但较低的粮食产量无法供给微生物生存。方心芳团队提出必须让微生物吃石油，从石油里面去产生长链二元酸。

他把菌种资源库里面的很多菌拿出来一个个去筛，从最初的702株菌株里面，获得了一株重要的菌种——Dc 1230。1979年，这个项目获得了国家自然科学奖的三等奖，说明菌种的工作已经得到了国家层面的认可。

但是光是选出来菌种还不够，国家的三代科学家从方心芳院士开始，到陈远童老师、陶勇老师，一代代科学家不断地进行选育，对技术进行迭代。现在整个菌种的产业，从刚开始打破了国外的垄断，到今天在全球形成了独大的优势。

目前有多家企业在做这个技术，市值大概50亿每年。长链二元酸是一个菌种到一个产业的重要代表，每一个菌种都是独一无二、非常珍贵的。但是你想再次找到它，几乎是不可能的。

菌种保藏事业的95年

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正因为一个菌种如此之重要，所以从1931年起，我们第一代的微生物学人在黄海化学工业研究社发酵与菌学研究室的时候，开始系统地进行菌种的保藏。

在1949年解放的时候，黄海化学工业研究社从重庆的五通桥搬到了北京芳嘉园旧址，大家开会讨论确定黄海化学工业研究社一直是要为国家做贡献的，所以需要归到国家队里面去。

▲黄海化学工业研究社发酵与菌学研究室

（天津塘沽旧址）

1952年的时候国家在发酵菌学研究室的基础上，成立了中国科学院的微生物菌种保藏管理委员会。这个时间，其实比我们中国科学院微生物研究所的成立还要更早一些。

▲中国科学院微生物菌种保藏管理委员会

（北京芳嘉园旧址）

在1979年的时候，国家科委非常重视，在全国形成了一个整体的中国微生物菌种保藏管理委员会。当时依托的也是我们中国科学院来管理这个委员会，我们微生物所在其中负责的是中国普通微生物的菌种保藏管理的工作。

下图是1979年我们在中关村的一个旧址，这个时候条件已经比前面好太多了。这张照片其实也有一个小的故事。因为那个菌种太珍贵了，但是七十年代的时候电力不是很稳定，经常会停电。时任院长的方毅同志得到情况反馈之后，说一定要给微生物所双路供电。所以从那个时候开始，我们所一直是双路供电，就是为了保证菌种的安全。

▲中国普通微生物菌种保藏管理中心

（北京中关村东楼）

2007年我们就搬到了国奥村新址，图片上的是我们的新楼。现在我们不光做普通微生物菌种保藏这一项工作，我们也做专利的保藏。

▲国家专利生物材料保藏中心

国家菌种资源库基础研究分库

国家病原微生物菌毒种资源库

（北京国奥村新址）

我们现在是全球最大的生物材料保藏中心，也是全球第二大、亚洲第一大的公开菌种资源保藏库。同时我们还增加了病原微生物菌种资源保藏的资质。不管是普通微生物还是病原微生物，我们已经形成了一个全面覆盖的保藏能力。

我们的公开保藏主要做四方面工作：收集、复核、保藏和共享。收集包括两方面，一是我们要去收集全国或者是全球的菌株，二是科研团队把菌株提供给我们保存。收到菌之后我们就会对菌种进行复核，工作人员要去检查你提供的菌的名称、活性、纯度是否正确。如果确认了没有问题，我们会提供菌种保藏编号，把菌株放到种子库和工作库里，完成它保藏的工作。当然我们保藏也是为了共享菌株，能够支撑我们的科研、科技创新等工作。

菌种资源的诺亚方舟

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下面用一些图片来看一下我们保藏的工作是怎么去做的。

下图是深低温液氮库。这对菌种保藏来说是最重要的一个方式。因为液氮可以提供-197℃的超低温度，菌种在这个温度下可以进入深度睡眠的状态，能够一直保持活力。从理论上来说，只要我们的液氮不断，菌种可以100年稳定地维持这个状态。因此深低温液氮种子库是最重要的。

▲深低温液氮库 种子库

低温液氮种子库虽然能够保存得很好，可是当客户要用的时候我们需要把它从液氮里拿出来，装到干冰盒子里再运过去。这会是一个非常复杂的过程。所以我们还有一个冻干保藏的方式。冻干保藏实际上就是在冷冻的情况下抽真空，让菌种在脱水之后，在一个小小的安瓿管里面保持休眠的状态。

我们菌种保藏中心七十年代做的冻干管，到现在拿出来都还有很好的活性，可以稳定地保存30年到50年，特别方便客户去使用。

▲冻干保藏库 工作库

但是这两个保藏方式还不够。现在生物制造、合成生物学发展速度非常快，科学家有可能不光是要用菌种，还想用菌种里面的一个功能的片段，或者是一个蛋白、一个酶的一部分，这个部分就被我们称为功能元件。

这个部分不是一支支管地保存，它是一盒一盒地提取。因此，我们专门建设了一个超低温的保藏库。超低温保藏库是-80℃的冰箱，它是自动化的，非常方便存取。

▲超低温保藏库 元件库

我们现在也在给北京市建立合成生物学的元件库。这就是我们三个不同的保藏方式联合起来形成的一套微生物资源的诺亚方舟。

诺亚方舟背后的努力

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诺亚方舟的背后是菌保中心工作人员的默默付出。下图是在复核的过程中分菌、检查，对它的生理、生化特性做一些检测鉴定。

这张图片展示的是刚才说的保藏的过程。图中有很多冻干，管液氮的冻存管完成了之后需要放到液氮库里面。

下图右边白的塔就是我们的液氮塔。看起来好像不是很高，但是它实际上高约三到四层楼。液氮塔需要定期装满液氮，通过自动化的管道连接到下面的液氮库，从而保证液氮库的温度始终维持在-180℃左右。

这张黑黑的图就是夜间的时候，工作人员接收液氮的灌输、同时检查液氮的状态。这个工作大家可能都看不到，但是它是一个保证稳定、安全、可靠的菌种运行的非常重要的工作。

那么大的液氮库里面究竟有多少的菌？据数据统计，液氮和冻干双备份的菌种保藏量大概是11.5万。我说这个数据大家可能没有什么感觉，但是刚才说了已知的物种合起来都不到20万，这个数量其实已经在全球的国际公开保藏库里面排到第二了。

所以我们其实特别希望在未来菌保100年的时候，我们能够冲击成为全球最大的公开保藏库。这也有赖于我们科研人员、企业工作者的共同努力。

我们看到的公开保藏的物种数是大于1.55万的，这实际上已经是国内公开保藏的物种数的75%了。因此我们整个的菌种保藏库，对于基础研究和生命树的研究是特别重要的基础设施支持。

▲多种多样的菌种

明星菌种

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给大家看了这么多不同的菌，那么把菌共享出去是要做什么呢？接下来给大家介绍几个明星菌株。

首先是我们第一代人造肉的生产菌株，它叫白地霉。在菌种保藏中心，它有一个唯一的编号2.361。

这是一个什么故事呢？在上世纪五六十年代的时候发生了三年自然灾害，全国人民都处于饿肚子的状态。中国科学院在1960年6月份开了一个会，会上提出科学院要去快速解决粮食短缺的问题。因此方心芳院士在会上，提出来一个人造肉的方案。

▲方心芳关于“人造肉”的研究介绍手稿

在会议之后，很快我们微生物所就开始着手去筛选这个菌株。我们大概筛选了400多株菌之后找到了这株白地霉，白地霉的安全性已经得到了充分的认证。它的生产方式特别简单，就像豆腐的生产过程，把淀粉、食品发酵厂、泔水等废水收集起来，再把菌丝加进去之后让它发酵、生产。

▲1961年，淀粉废水对人造肉生产菌种白地霉试验总结

给大家看一下它发酵出来的菌丝是什么样子。它的菌丝白白的、非常细腻。白地霉的粗脂肪、蛋白质的含量都跟肉类非常接近，因此把它收集起来加工以后，再染色，看起来就会像肉的样子。

这个技术通过了中国科学院的成果汇报，汇报到了国家领导人那里。国家领导人有一个批示，说全国各个省的省委书记要来推动人造肉用到各个单位。因此，在1960年的下半年，我们这一个菌株对全国的供应量是1.1万支。

这就意味着全国至少有上千万的人使用了这个菌株，品尝过我们第一代人造肉的味道。

这里还有一个小笑话。当时人造肉的试点在天津，天津小店做了一个牌子“人造肉包子”，让大家去品尝。后来不知道谁恶作剧把“造”字擦得有点模糊了，就有人投诉说为什么这个店卖人肉包子。

还有非常重要的一个药用菌“茯苓”。我们经常吃的茯苓饼里有茯苓的成分。茯苓在中药里面有非常重要的应用，我们常说“十药九苓”，就是说有十个药物的配方里，都会有茯苓这个药物作为配药添加在里面。

下面这个黑色的像大土疙瘩的就是茯苓的菌核。这个菌核在菌物标本馆保藏，它大概有50多斤。

它就是从我们写着5.78的这个斜面管里面培养得到的。

这个菌种是怎么得来的呢？菌保中心的陈燕妍老师在上世纪70年代左右到全国去找茯苓的菌株。后来他们在湖南靖州分离到了这个菌，一研究发现它特别适合栽培，抗杂性能特别好，接出来的茯苓的菌核也特别的大。

因此从1978年起，我们就开始把这个菌株向全国去推广应用，这个菌也上了我们当时的共享菌种目录。那时起，我们国家人工栽培的茯苓事业开始步步地高升了。

其实从那个时候，甚至更早的时候，全国有很多团队都在筛选茯苓的菌株，但是到现在还是没有能够超越这个菌株的。当然我们希望能够尽快有一个新的、更高产的菌株替换它。

因为这个菌株是在湖南靖州筛选出来的，包括云南、安徽在内的很多山区里面都有茯苓的种植。整个茯苓是我们全国非常重要的一个扶贫产业，茯苓产业链一年的产值就是200个亿。大家想一想，这一支菌产生了200个亿的GDP，有多少农民从中受益。虽然陈燕妍老师早就离开我们了，但是她精心培育的这个“孩子”一直还在造福社会。

刚才说了两个可以吃的菌株，现在我想给大家去讲另一个有趣的故事。

有个菌株叫八叠球菌，它的编号是1.3687。在2026年4月份的一次学术会议上，我们跟来自敦煌研究院的武发思团队交流，他们说，我们经常在你们这里买八叠球菌。我们说，你们搞文物的为什么要用微生物呢？感觉很跨界啊。他说，你不知道吧，因为八叠球菌生长过程中能够产生碳酸钙，文物风吹日晒雨淋产生的那种裂缝只能用碳酸钙修补，用别的东西没有办法去修补。

他们把八叠球菌形成的营养液灌输进文物建筑的裂缝里，微生物在生长的过程中把裂缝直接弥补了。这是一个非常神奇的过程。

▲敦煌研究院 武发思团队

后来我们就赶紧查了一下，发现不光是他们，重庆大学的中国工程院院士刘汉龙团队，他们也在大足石刻上使用了我们这株菌。而且他们这套方案还被《全球时报》做了报道。

▲大足石刻 刘汉龙团队

所以说微生物的功能可能非常多，有很多功能我们都不曾了解，也有待着科研人员去开发。

我给大家讲的都是菌种的案例，但是我们作为一个专业的资源库，实际上是以一个个专业库的方式来进行管理的。

给大家简单介绍一些有特色的资源库。比如说极端环境的微生物资源库、盐碱地、黑土地等针对某一个特殊生境的微生物的资源库、还有我们从人体得到的肠道微生物资源库、对耐药治疗非常重要的噬菌体的资源库、还有农业病害的内生真菌库。

▲多种多样的专业资源库

专利保藏工作

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刚才都是说的公开保藏的部分。其实我们菌种保藏中心还有另外一个非常重要的职能——专利保藏。这是因为在知识产权的制度里面，要求以生物材料为核心的专利申请必须在国家知识产权局指定的保藏中心保藏，才能够去提交专利申请。

因此，在1985年的时候，国家知识产权局把我们指定为专利生物材料保藏中心，我们就开始支撑全国专利制度的实施。现在我们支撑了全国三万家单位来申请专利保藏，这里面有医药、食品、农业、环保等多个技术领域的单位。大家可以看到饼状图，我们的客户不光有大学（占比36%），还有企业（占比30%），以及研究机构（占比21%）。

我们保藏涉及的领域也非常多。保藏的材料除了细菌、真菌、古菌，还有植物的种子、噬菌体、细胞以及病毒、质粒。

我们在1995年成为世界布达佩斯（条约）认可的国际保藏单位之后，已经支撑起全球共同专利保藏的工作了。

下图黑色的那条斜线是美国的专利保藏的数量，蓝色的斜着向上飞的线条，就是我们中国的专利保藏的数量。大概是在2010年开始，我们生物材料的保藏量突飞猛进，现在中国已经是全球最大的生物材料保藏国家了。

2025年的时候，我们CGMCC——中国普通微生物菌种保藏管理中心已经是全球最大的专利生物材料保藏中心了。这张图片上面那块北京的是我们的专利保藏量。

但是不管是飞的线条，还是大的粉红版块，其实不完全是我们的功劳，而是所有的微生物学家、企业、各个团队共同的贡献。因为我们国家科技创新的突飞猛进，才使得这个线条不断地往上去增长。这不光是我们的骄傲，也是我们中国科技界的骄傲。

想跟大家分享一个专利保藏的案例。这个专利是我们所的一个科研团队进行产业创新的一个非常好的案例。他们提取的一个专业菌株叫阿洛酮糖。大家经常喝的无糖的饮料，或者木糖醇的饮料，其实它们里面添加的都是一些代糖。

▲平时饮料里的糖

阿洛酮糖其实是新一代的代糖，它最早是在麦穗里面发现的。北方的同学可能小的时候嚼过那个麦穗，是有点甜甜的味道。那个就是阿洛酮糖的味道，非常清新。

他们就是用的这一套方法，加上AI、合成生物学的设计，把葡萄糖通过一些细胞转化为阿洛酮糖。这个过程中产生了非常多的重要的菌株。这对整个行业、整个公司来说，就像他们核心的技术、芯片、发动机。因此他们把阿洛酮糖保藏在我们的菌种保藏中心，我们给他们提供一个安全稳定的保藏环境。

▲葡萄糖转化阿洛酮糖示意图

现在他们的技术，已经获得了全国第一个合成生物学的新食品原料的批件，这是现在新型的生物资源探索方式的一个典型代表。这也是我们微生物学人，学以致用，产业创新的一个非常重要的代表。

生物资源保藏三阶段

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因为整个微生物资源探索的方式在发生很大的变化，我们生物资源的保藏方式也相应地发生变化。过去的时候，我们微生物保藏相当于一个仓库，科学家把菌种放到保藏库里，谁需要我就把菌种提供给他。微生物保藏库这时候是一个提供稳定安全的环境、并把它共享出去的一个平台。

但是在分子生物学时代到来之后，原来的仓库可能不够了，我们现在的目标是对菌株进行描述。描述它的基因型、表型、代谢产物等等，等于给它加上一个说明说或者标签。有这个标签之后，就相当于到超市里面一样，照着标签去找就能找到这个菌株。这是超市式的菌种保藏中心。

但是现在随着人工智能、合成生物学的发展，数字生物学的时代已经到来。我们只做超市还不够，下一步我们要做一个工厂，客户提交订单告知我们需要一个什么样子、什么功能的菌种，然后我们的数字细胞工厂联合去设计生产，提供客户需要的菌株。订单式工厂是我们生物资源保藏下一步要去做的事情。

▲生物资源保藏三阶段

所有微生物菌种都是非常重要的，而且每一个菌种的产生，其实都是当下或者长远的一个重要战略，也就是人民的需求。这也是方心芳院士在一开始给我们提出的要求。95年过去了，菌种保藏的外在环境在变、人在变、时代在变，但是我们的初心从未改变。希望我们菌种保藏能够更好地支撑我们的科技、科研创新。

谢谢！