【導讀】農(nóng)用材料等所形成的產(chǎn)業(yè)。目前，中國農(nóng)業(yè)生物技術產(chǎn)業(yè)主要包括轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物。首次突破1億公頃大關。各項生物技術的應用達到頂峰，生物技術的應用提高了。食物、飼料、纖維和燃料等作物的產(chǎn)量，并取得了多項里程碑式的成果。設備與設施、人才等方面的存量，使各方面的優(yōu)勢系統(tǒng)有效地集成。展提供了充分的機遇。今后十年，中國農(nóng)業(yè)生物技術產(chǎn)業(yè)將快速增長，成為全球。業(yè)進行戰(zhàn)略分析的基礎上撰寫而成，為企業(yè)把握整個行業(yè)發(fā)展趨勢提供參考。定性的分析方法對中國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展趨勢給予了細致和審慎的預測論證。策制定和欲進入的金融投資集團具有重要的參考價值。

　　

【正文】 進農(nóng)業(yè)生物產(chǎn)業(yè)發(fā) 展的法規(guī)制度 為大力推進我國農(nóng)業(yè)生物產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展，需要采取積極的法律對策加以保障和規(guī)范。首先，健全農(nóng)業(yè)生物技術專利制度，盡快制定具有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品標準，積極調(diào)整和完善這方面的法律制度，堅持用有效的專利法規(guī)制度來促進農(nóng)業(yè)生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。其次，加強對我國種質(zhì)資源的立法保護。作物種質(zhì)資源是農(nóng)業(yè)科學原始創(chuàng)新及生物技術產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎，必須保護好；對不顧國家和民族利益，不經(jīng)批準提供或破壞我國基因資源的行為要有嚴厲的處置措施。第三，要做好轉(zhuǎn)基因生物安全的法律和制度安排，以科學的態(tài)度對待農(nóng)業(yè)生物技術的安 全性問題，抓緊制定轉(zhuǎn)基因生物安全法，實施轉(zhuǎn)基因生物安全評審制度，規(guī)范轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品進出口秩序，確立轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品標識制度，維護消費者的合法權益。第四，抓緊制定有關外來生物入侵防治的法律規(guī)范，以有效防范和治理生物入侵所造成的生物災難和損失；同時加強傳染性寄生蟲病和人獸共患病的有效控制，建立和完善防止外來動物疫病入侵的檢測檢驗技術和動物疫病預警預報與應急反應系統(tǒng)。 24 三、白色（工業(yè)）生物技術 進入 21 世紀，隨著化石資源與能源危機、環(huán)境危機的日益加劇，為了實現(xiàn)人類社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，進一步建立人與自然的和諧關系，從 根本上改變目前制造加工工業(yè)的生產(chǎn)模式，解決人類所面臨的資源、能源和環(huán)境的問題。人類必須對傳統(tǒng)的基于化學過程的物質(zhì)加工模式（化學加工或化學制造）進行革命性轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)向以生物可再生資源為原料，基于生物過程的環(huán)境友好的高效的物質(zhì)加工模式。以生物經(jīng)濟取代化石經(jīng)濟是一種必然趨勢，而生物經(jīng)濟的核心技術是工業(yè)生物技術。 工業(yè)生物技術是以微生物或酶為催化劑進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化，大規(guī)模生產(chǎn)人類所需的化學品、醫(yī)藥、能源、材料等，是解決人類目前面臨的資源、能源及環(huán)境危機的有效手段。它為醫(yī)藥生物技術提供下游支撐，為農(nóng)業(yè)生物技術提供后加工手 段。以生物催化與生物轉(zhuǎn)化為核心的工業(yè)生物技術是生物技術革命的第三個浪潮，是“ 21 世紀化學工業(yè)的基本工具”。 20 世紀后葉由于分子生物學的突破性成就，生物技術為醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和工業(yè)領域帶來了革命性的飛躍。1982 年重組人胰島素上市，標志著醫(yī)藥生物技術（ red biotechnology）的巨大成就； 1996年轉(zhuǎn)基因大豆、玉米、油菜相繼上市，標志著農(nóng)業(yè)生物技術（ green biotechnology）的巨大成就； 20xx 年聚乳酸上市，標志著工業(yè)生物技術（ white biotechnology）的巨大成就。人類基 因組學及相關研究有力推動了醫(yī)藥生物技術的發(fā)展，動植物基因組學及相關研究有力推動了農(nóng)業(yè)生物技術的發(fā)展，微生物基因組及相關研究有力地推動了工業(yè)生物技術的發(fā)展。需要特別指出的是，微生物物種巨大的多樣性及其基因改造的巨大潛力，將其與精細現(xiàn)代工程技術結合，為人類提供了新的巨大機遇，工業(yè)生物技術的發(fā)展前景十分誘人。工業(yè)生物技術在支撐新世紀社會進步與經(jīng)濟發(fā)展的技術體系中的地位已經(jīng)被提到空前的戰(zhàn)略高度。世界經(jīng)合組織指出：“工業(yè)生物技術是工業(yè)可持續(xù)發(fā)展最有希望的技術”。歐美日已不同程度的制訂出在今后幾十年內(nèi)用生物過程取代化學 過程的戰(zhàn)略計劃。到 2020 年，將有 50%的有機化學品和材料將產(chǎn)自生物原料，而工業(yè)生物技術將起核心作用。工業(yè)生物技術作為一種戰(zhàn)略先導技術，是可持續(xù)發(fā)展的一個重要趨勢，對我國社會、經(jīng)濟的發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。 由于石油短缺形勢加劇，世界石油市場供需矛盾嚴重失衡，造成石油價格飛漲，目前已達到 55 美元 /桶的新紀錄。石油價格翻番，燃料油價格上漲約 50％，苯、甲苯、乙烯、乙二醇等大宗化學品（基本化工原料）的價格大幅上漲，有的達 2～ 3 倍，使得下游制造業(yè)的成本負擔大幅度增加，我國大批下游企業(yè)面臨嚴重的運行危機，并且影響到 人民生活。根據(jù)石 25 油價格走勢判斷，在未來相當長時期內(nèi)石油價格仍將維持在高價位，并有進一步上漲的可能性。石油價格上漲所帶來的經(jīng)濟壓力不得不轉(zhuǎn)嫁到能源化學品和大宗化學品（基本化工原料）的生產(chǎn)成本中，使得能源化學品和大宗化學品的價格飛漲，并使得能源化學品和大宗化學品的經(jīng)濟競爭力下降。另一方面，隨著生物技術的進步，生物資源量不斷增加，且年年再生。目前工業(yè)生物技術進步迅速，特別是基因工程技術、生物催化劑的快速改造技術、生物轉(zhuǎn)化的過程耦合技術、產(chǎn)業(yè)化技術等。利用工業(yè)生物技術生產(chǎn)化學品的成本正在逐步下降。隨著石油價格的上漲 和工業(yè)生物技術的進步，石油加工化學品的生產(chǎn)路線將被生物質(zhì)加工生產(chǎn)化學品路線所取代。目前，在某些化學品的生產(chǎn)領域，工業(yè)生物技術與石油化工技術相比，已經(jīng)具備了現(xiàn)實的經(jīng)濟競爭力。因此，大力發(fā)展工業(yè)生物技術具有重大現(xiàn)實意義。 工業(yè)生物技術將給我國工業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展，實現(xiàn)資源、環(huán)境健康全面協(xié)調(diào)的科學發(fā)展提供新的機遇。工業(yè)生物技術具有高效、高選擇性和低污染的特點，是整個國際社會由化石經(jīng)濟向生物經(jīng)濟過渡的必要手段。大力發(fā)展工業(yè)生物技術，推行過程工業(yè)的生物制造，可以有效提升和改造現(xiàn)有傳統(tǒng)生產(chǎn)技術，大大減少原材料和能源消耗 ，使產(chǎn)品精細化，提高經(jīng)濟效益，進而形成新的產(chǎn)業(yè)和新的經(jīng)濟增長點。生物技術與現(xiàn)代化工技術聯(lián)手，改造傳統(tǒng)化學加工方式，變更工藝，用高效、低耗、低污染的工業(yè)生物技術取而代之，變更原料路線，并逐步由可再生的生物質(zhì)資源來代替石油和化石原料。在未來 20 年內(nèi)，立足于我國人力資源在數(shù)量和質(zhì)量上的優(yōu)勢，立足于我國特有的生物資源優(yōu)勢和已有的生物技術產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，在生命科學領域取得重大突破的基礎上發(fā)展工業(yè)生物技術的創(chuàng)新技術，完全有可能在發(fā)展基礎支柱產(chǎn)業(yè)和提升傳統(tǒng)工業(yè)技術的過程中，為我國在 20 年左右的時間里實現(xiàn)從生物加工大國向生物加工 強國的跨越。以工業(yè)生物技術為核心的生物能源、生物材料以及生物質(zhì)資源化技術將會得到突破，并得到廣泛應用。此外，通過工業(yè)生物技術的研究為最終解決生物能源和材料的生物制造及生物質(zhì)資源化提供技術支持。這對我國的經(jīng)濟發(fā)展，對解決我國資源和能源短缺問題，對加強我國的國際競爭力具有重要的戰(zhàn)略意義。 工業(yè)生物技術發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 1． 化學品 工業(yè)生物技術應用于大規(guī)?；瘜W品生產(chǎn)已初見端倪，如農(nóng)用化學品、精細化學品、大宗化學品、藥物和高分子材料等領域。目前已見報道的工業(yè)化過程約有 130 個。美國該行業(yè)的產(chǎn)值已達 200 億美 元，超過了生物醫(yī)藥行業(yè)。全球許多公司正投入大量資金用于生物催化的 26 研發(fā)，試圖對化學品進行廉價生產(chǎn)，并開發(fā)一些新的化學品生產(chǎn)路線。日本的三菱化纖、協(xié)和發(fā)酵和味之素等公司已開發(fā)了許多新篩選的菌種和酶用于工業(yè)生物技術，使得工業(yè)生物技術成為一個獨特的研究熱點。歐洲的 BASF、 DSM、 Lonza、 Degussa 和 Roche 等大型跨國公司已紛紛轉(zhuǎn)向工業(yè)生物技術領域，并均已有產(chǎn)品投放市場。美國國家委員會預測，到 2020年，將有 50％的有機化學品和材料產(chǎn)自生物質(zhì)原料，而工業(yè)生物技術將起著核心作用。 2． 生物能源 （ 1）燃 料酒精 目前，燃料酒精是應用最廣泛的生物燃料，也是較為理想的汽油替代品，具有辛烷值高、抗爆性好等優(yōu)點。巴西每年以甘蔗渣作為原料，生產(chǎn) 30 億加侖酒精，以滿足大部分的汽車燃料需求。美國每年大約有超過 15 億加侖的燃料酒精加到汽油中。我國也非常重視燃料酒精的開發(fā)。目前我國酒精年產(chǎn)量為 300 多萬噸，僅次于巴西、美國，列世界第三。其中發(fā)酵法酒精占絕對優(yōu)勢， 80％左右的酒精用淀粉質(zhì)原料， 10％的酒精用廢糖蜜生產(chǎn)，以纖維素原料生產(chǎn)的酒精約占 2％左右。中國將全面推廣使用車用酒精汽油。據(jù)有關方面預測，到 20xx年，我國車用汽 油需求量為 4 300 萬噸。如果用酒精質(zhì)量分數(shù)為 25％的汽油醇 (酒精汽油混合物 )來替代，則需要 1 000 萬噸無水酒精。 （ 2）生物柴油 目前，世界上生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，美國、加拿大、巴西、日本、澳大利亞、印度等國都在積極發(fā)展這項產(chǎn)業(yè)。歐盟國家主要以油菜為原料， 20xx 年生物柴油產(chǎn)量已超過 100萬噸。歐盟推廣生物柴油的目標是：到 20xx 年達 230 萬噸， 20xx 年達 830 萬噸。我國政府多年來支持開展了一些生物柴油的研究開發(fā)工作，生物柴油產(chǎn)業(yè)得到了我國政府部門的大力支持，并已列入有關國家計劃。 （ 3）沼 氣 沼氣的開發(fā)成為許多國家的能源戰(zhàn)略。印度對沼氣開發(fā)非常重視。我國是世界上沼氣利用開展得最好的國家，生物沼氣技術已經(jīng)相當成熟?？陀^上它具有極易利用分布相對分散的秸稈、樹葉、草木等資源的優(yōu)勢。主要有農(nóng)村家用沼氣池、大中型沼氣工程和生活污水凈化沼氣池等。 （ 4）生物制氫 27 氫是一種理想的清潔能源。氫氣在燃燒時只生成水，水又可以參與自然循環(huán)，而且氫氣的熱值高，熱轉(zhuǎn)化率也很高。中國、德國、英國、美國、日本、以色列、葡萄牙、俄羅斯、瑞典等許多國家的政府部門，對生物制氫技術的研究都給予了空前的重視和大力支持。 3． 生物材料 高分子材料已成為人類生活不可缺少的部分。目前世界合成高分子材料的年產(chǎn)量已經(jīng)超過 億噸，主要為石油化工材料。生物材料以可再生生物質(zhì)為原料，綠色環(huán)保，其發(fā)展前景良好。目前，前景最好的生物材料為聚乳酸、 PTT 纖維、聚丙烯酰胺、多糖、聚氨基酸等。 （ 1）聚乳酸 聚乳酸為性能優(yōu)異的功能纖維和熱塑性材料，具有優(yōu)異的成膜和成纖維的能力，可以用來做包裝材料和紡織材料。聚乳酸的生產(chǎn)主要是通過生物法將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乳酸，然后再通過化學法進行高分子聚合反應，生成聚乳酸。 20xx 年 Cargill Dow 公司年 產(chǎn)聚乳酸 14 萬噸的工廠投產(chǎn)。 2020 年全世界聚乳酸的需求量將達到 1 150～ 2 300 萬噸。 （ 2） PTT 纖維材料 采用 1， 3－丙二醇與對苯二甲酸進行縮聚，制造的聚酯 PTT 纖維材料具有良好的抗腐蝕性，又具有尼龍 66 的彈性，且更容易印染。 Du Pont 公司和 Genecer 公司經(jīng)過多年合作，以葡萄糖為原料，通過生物法合成 1， 3－丙二醇，并開發(fā)了聚合工藝。生物法的生產(chǎn)成本可低于石油化工路線。 Du pont 公司新產(chǎn)品 Sorona 切片（ PTT） 萬噸的工廠已于 20xx年投產(chǎn)。估計到 2020 年全世界 PTT 的需求量為 100 萬噸。 工業(yè)生物技術的關鍵技術問題 社會發(fā)展的巨大需求和科學技術的進步，特別是微生物學、生物技術和工程學的快速發(fā)展，為工業(yè)生物技術新崛起提供了不竭的動力。但是，工業(yè)生物技術也存在著一些共性的技術問題需要解決。 （ 1）極端 /未培養(yǎng)微生物資源庫和極端微生物功能基因組學技術 工業(yè)生物催化面臨產(chǎn)品低耗、高價值化和產(chǎn)品形式多樣化的挑戰(zhàn)，要應對這一挑戰(zhàn)，必需首先獲得合適的生物催化劑。生物催化劑的來源主要有兩種，一是從已有的菌種或酶種資源庫中直接獲得，二是從大自然中篩選獲得。 28 目前至少有 58 個 國家建立了 484 個菌種保藏中心，保藏菌種 80 多萬株。現(xiàn)已經(jīng)開發(fā)的商品酶有 200 種左右。可是這些現(xiàn)有的資源庫遠遠不能滿足工業(yè)生物催化的需求。 從自然界中篩選所需要的菌種是目前工業(yè)生物催化劑技術的主要特點，大部分成功的高產(chǎn)工業(yè)化菌株是從自然界篩選得到的野生型菌株。但是，目前人類篩選生物催化劑的范圍十分有限，僅占微生物總數(shù)的 ％～ 1％，需要拓展篩選的范圍。 美國、日本、歐洲等國對新來源的菌種（包括極端微生物與未培養(yǎng)微生物）的研究非常重視，特別是耐熱、耐酸堿、耐鹽和耐有機溶劑等的極端微生物在工業(yè)生物催化應用 上引起了人們極大的興趣。如能提高生物催化反應溫度，將會大大提高反應效率，縮短反應時間，降低成本。目前酶催化的最適溫度為室溫，如能提高到 120℃以上，將會使目前的生物催化工藝反應效率提高 20～ 50 倍，大大降低成本。美國政府一份研究規(guī)劃中指出，到 2020 年可實現(xiàn)酶在 130℃下的催化反應。歐盟 1997 年啟動了一項“極端細胞工廠”的研究計劃。 未來極端微生物的主要研究方向為極端微生物的功能基因組學、蛋白質(zhì)組學和轉(zhuǎn)錄組學，揭示微生物或酶在極端環(huán)境下保持穩(wěn)定性的分子基礎，對已知基因組序列極端微生物進行功能基因組學研究 ，有可能發(fā)現(xiàn)更多在極端物化條件下具有活性的新型生物催化劑，為開發(fā)新的工業(yè)生物催化工藝打下基礎。 （ 2）生物催化劑的快速定向改造 天然酶要適應實際工業(yè)過程，需要進行改造以改善其耐溫、耐高底物和高產(chǎn)物濃度、耐酸堿及耐有機溶劑的性能。大力發(fā)展酶的理性分子設計和分子定向進化技術，改善酶在工業(yè)環(huán)境下的活性和穩(wěn)定性，得到良好的工業(yè)生產(chǎn)性能的生物催化劑。 尤其是近年來發(fā)展起來的體外定向進化技術，大大加速了人類改造酶原有功能和開發(fā)新功能的步伐。目前定向進化主要研究方向是提高熱穩(wěn)定性、提高有機溶劑中酶的活性和穩(wěn)定性，擴 大底物的選擇性，改變光學異構體的選擇性等。定向計劃的核心技術為易錯 PCR 技術、 DNA shuffling 技術及高通量篩選技術。 隨著人們對蛋白質(zhì)認識的加深，加上基因組學和蛋白質(zhì)組學提供的大量結構與功能的信息，傳統(tǒng)的理性分子設計方法在實踐中的潛力也開始展露。這些技術在增加酶的反應多樣性，改變酶的各種性能等方面已有應用。 （ 3）重要工業(yè)微生物的代謝工程 29 工業(yè)微生物是工業(yè)生物技術的重要組成。許多工業(yè)產(chǎn)品都是通過微生物的發(fā)酵而獲取，由于微生物菌種遺傳特性的限制，通過優(yōu)化發(fā)酵條件難以大幅度提高產(chǎn)物的產(chǎn)率。過去 10年興起了以對主要工業(yè)微生物為對象的基因組學、蛋白質(zhì)組學和代謝組學研究，對細胞內(nèi)生化代謝途徑的了解有了突破性進展。在較為全面了