近日,《求是》杂志发表习近平总书记重要文章《前瞻布局和发展未来产业》,为加快培育未来产业、抢占发展制高点提供了根本遵循。中国农业科学院深入学习贯彻习近平总书记重要讲话精神,充分发挥国家战略科技力量作用,系统谋划农业生物制造创新布局,制定“十五五”农业生物制造科技发展规划,启动农业生物合成科技攻关行动,组织全院优势力量开展协同攻关,在底盘技术突破、绿色产品创制和未来场景拓展等方向,取得了一系列原创性、引领性进展,为农业生物制造产业高质量发展注入了强劲动能。
打造农业生物制造高效底盘,夯实未来产业技术根基
底盘技术是农业生物制造发展的核心引擎,也是创新成果从实验室迈向产业化的重要基石。近年来,中国农业科学院通过搭建农业合成生物技术平台,实现了蛋白的精准设计、高效表达与规模生产,为未来产业发展筑牢了坚实根基。
构建蛋白高表达预测模型,大幅缩短新产品研发周期。牧医所自主研发蛋白质大语言模型MP-TRANS,创新构建外源蛋白高表达精准预测算法,实现了蛋白预测与设计领域关键技术的国产化替代。该模型集成20个活性肽预测模型,平均预测准确率达93.8%,整体性能优于国际主流深度学习模型UniDL4BioPep。依托该模型,可将新品研发周期由国际通行的1—2年缩短至1—2个月,大幅提升研发效率。平台代码全面开源,已被全球16个国家的科研机构应用,显著提升了生物制造领域的创新效率。

创制生物制造新产品,厚植农业未来产业竞争优势
产品创新是农业生物制造价值实现的重要载体。中国农业科学院依托先进生物制造技术,创制出一批高附加值、高性能、绿色低碳的新产品,为农业产业升级开辟了广阔空间。
创制控毒固氮耦合生物肥料,破解黄曲霉防控与固氮促生协同的世界难题。针对豆科作物结瘤固氮效率低、易受黄曲霉污染的难题,油料所突破了土壤微生物合成菌群靶向组装技术,成功创制出提质固氮耦合的ARC生物菌剂。该菌剂在全国22个省区658个点示范应用,带动推广超过500万亩,实现大豆和花生分别平均增产15.6%和19.3%,花生黄曲霉毒素污染下降85.6%。该生物肥料于2025年作为唯一农业重大成果在中关村论坛发布。

开发世界首例靶向几丁质的原创生物农药,开启绿色农药高效防控新途径。针对现有农药靶点资源集中、易产生抗药性,且存在人畜共有靶点导致毒性风险的问题,植保所发现并验证了几丁质脱乙酰基酶这一新型绿色农药分子靶标,创制了世界首例靶向几丁质脱乙酰基酶的免疫诱抗剂KT-B。该产品来源于糖丝菌,具有高生物安全性和广谱抗病活性,对小麦条锈病防效超过90%、水稻稻曲病防效达88%、油菜黄萎病防效达92%,开启了绿色农药高效防控新途径。

引领生物合成酶制剂开发,打破国外饲用酶产业长期垄断。针对饲用酶制剂价格高、长期依赖进口的难题,牧医所开发了替代非治疗用抗生素及用于豆粕减量的碱性磷酸酶、高温蛋白酶等饲用酶产品并实现产业化。开发的碱性磷酸酶可实现与抗生素相当的全面替抗效果。饲料酶成本仅为国际主流产品的1/20,年产量居世界首位,使我国饲用酶产品从最初全部进口,到占据国内市场份额的90%以上,打破了国际巨头垄断,引领我国饲料酶产业发展。

开辟替代蛋白新赛道,打造农业工业化新场景
场景创新是未来产业发展的重要驱动力。中国农业科学院深度融合农业生物制造、绿色能源等领域,成功开辟了非粮饲料蛋白生产的新赛道,为农业生物制造拓展了新场景。
向工业尾气要蛋白,开辟一碳菌体蛋白创制新路径。针对我国饲料蛋白需求量大,对国外依存度高、传统饲料粮生产受资源约束等问题,饲料所联合中国科学院相关院所及龙头企业,创制了低成本、高效率的氢氧化菌蛋白生产技术体系;成功构建了具有完全自主知识产权可实现丁醇、丁酸丁酯等高价值化学品和菌体蛋白联产的二代梭菌菌株,该菌种可以同时利用工业尾气中CO、CO2与H2,固碳效率大幅提升,每生产1吨菌体蛋白,额外固定50吨CO2,实现生产“负碳”饲料蛋白。该技术成功开辟了我国非粮饲料蛋白的新途径,实现了不与人争粮、不与粮争地。

绿电驱动好氧生物固氮,空气与碳源共筑蛋白工厂。生物所以固氮菌为底盘构建了电能-化学能耦联驱动的固氮菌体蛋白合成体系,突破了生物固氮大规模应用的两大瓶颈——高耗能与固氮酶对氧敏感,进一步通过代谢网络重构和副产物阻断等策略,实现菌体蛋白的高效合成。该电驱动好氧固氮(e-BNF)系统在仅添加碳源条件下利用空气即可合成高含量菌体蛋白,蛋白含量达66.7%,铵产量提高7倍以上,展现出单细胞蛋白与绿色氨合成的双重潜力。该技术突破了传统固氮系统对厌氧或微好氧环境的依赖,为基于可再生电力的绿色氨合成,以及利用低质碳源高效生产菌体蛋白,开辟了全新的技术路径。

未来产业培育周期长、技术迭代快,需要系统谋划与久久为功。在农业生物制造这一新赛道上,中国农业科学院正以国家队的使命担当,奋楫争先,勇开新局。随着底盘技术持续创新、产品性能不断跃升、应用场景加速拓展,将为科技强国与农业强国建设注入源源不断的科技动能。
面向未来,中国农业科学院将紧紧围绕国家重大战略需求,持续加强农业生物制造科技创新和成果应用,努力抢占未来农业发展制高点,为保障国家粮食安全、促进农业绿色低碳发展和推进农业农村现代化提供坚实科技支撑。(通讯员 万青)
