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    上世紀(jì)60年代，發(fā)達(dá)國家在第三世界國家開展了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)改革活動(dòng)，稱之為“綠色革命”，其主要內(nèi)容是培育和推廣高產(chǎn)糧食品種，增加化肥施用量，加強(qiáng)灌溉和管理，使用農(nóng)藥和農(nóng)業(yè)機(jī)械， 以提高糧食產(chǎn)量。但過度使用灌溉用水和化肥、除草劑等化學(xué)物質(zhì)卻對環(huán)境造成了負(fù)面影響。

    農(nóng)業(yè)微生物技術(shù)是一種對環(huán)境友好的綠色技術(shù)，它可以通過微生物工業(yè)化工程，來分解動(dòng)植物廢棄物資源，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、生態(tài)文明等可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

    微生物：

    個(gè)頭小作用大，開啟數(shù)十億美元的新興市場

    微生物是土壤的重要組成部分，它們的存在也是維持農(nóng)業(yè)活動(dòng)的關(guān)鍵。土壤微生物包括細(xì)菌、古菌、真菌、病毒、原生動(dòng)物和顯微藻類，它們在土壤中進(jìn)行氧化、硝化、氨化、固氮、硫化等過程，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的分解和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，并與植物根系形成一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。

    在農(nóng)業(yè)中，有益的微生物對于保持土壤健康、提高土壤肥力至關(guān)重要，它們的主要作用包括分解有機(jī)質(zhì)、參與土壤養(yǎng)分循環(huán)過程、改善土壤結(jié)構(gòu)、固氮、促進(jìn)植物生長、防治病蟲害等。

    一般來說，土壤中大多數(shù)微生物會(huì)在植物根際發(fā)揮作用。根際是受植物根系活動(dòng)影響，在物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)上不同于土體的微域環(huán)境，它也是土壤-根系-微生物相互作用的微區(qū)域。

    根際微生物往往與植物形成共生關(guān)系，對提高作物產(chǎn)量、生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品很有幫助。例如，植物根際促生菌可促進(jìn)植物生長及其對礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收和利用，尤其是磷和鋅，并能抑制有害生物，保護(hù)根部免受有害病原體的侵害。

    另一方面，許多微生物對害蟲有致病作用，利用這種致病性來防治害蟲可以有效減少殺蟲劑、殺菌劑等化學(xué)品的使用，而且不會(huì)對作物、周圍的生態(tài)系統(tǒng)或人類健康造成危害，也有助于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。

    據(jù)美國知名市場研究機(jī)構(gòu)Research and Markets的報(bào)告顯示，2018年，微生物農(nóng)業(yè)的市場價(jià)值為34.5億美元，預(yù)計(jì)在2019-2024年間，這一市場的復(fù)合年均增長率將達(dá)到18.6%。其中，北美市場所占份額最多，約為36.7%。

    多年來，北美地區(qū)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，以及對高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物、土地生產(chǎn)力、土壤健康的需求推動(dòng)了農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)品的市場增長。這一地區(qū)正在積極推廣微生物產(chǎn)品的使用，特別是將其與化肥、農(nóng)藥相結(jié)合，以維持大規(guī)模生產(chǎn)。從地理角度來看，由于熱帶和亞熱帶蔬菜、水果產(chǎn)量增加，預(yù)計(jì)亞太地區(qū)的復(fù)合年均增長率將最高。

    農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)品為提高作物產(chǎn)量提供了可行的、成本效益高的解決方案，這一市場的主要驅(qū)動(dòng)因素有以下兩點(diǎn)：

    首先是有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。由于有害生物會(huì)對傳統(tǒng)的人工合成農(nóng)藥產(chǎn)生抗性，而且微生物農(nóng)藥比人工合成的農(nóng)藥危害小，因?yàn)樗�通常只影響目�?biāo)害蟲和與其密切相關(guān)的其他生物，所以，一些種植者選擇使用創(chuàng)新的微生物殺蟲劑。農(nóng)藥、化肥價(jià)格的上漲，加上消費(fèi)者對于有機(jī)產(chǎn)品和微生物農(nóng)藥的關(guān)注都促進(jìn)了微生物農(nóng)業(yè)市場的增長。

    第二點(diǎn)是對可持續(xù)農(nóng)業(yè)的需求。全球人口的增長、城市化的發(fā)展、耕地面積的減少，加上公眾對環(huán)境安全、食品安全的關(guān)注，使得作物產(chǎn)量必須增加，才能滿足糧食生產(chǎn)的需要。據(jù)聯(lián)合國人口學(xué)家預(yù)測，在2050年左右地球人口將會(huì)突破90億，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可能會(huì)增長兩倍，而包括微生物技術(shù)在內(nèi)的科技創(chuàng)新將在這一進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。

    對提高生產(chǎn)力、改善作物健康狀況的需求以及有利的調(diào)控政策等因素，導(dǎo)致微生物農(nóng)業(yè)市場呈指數(shù)級增長。目前，這一市場較為分散，小企業(yè)占據(jù)了市場的主要份額。一些領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)公司也正在積極投資這一領(lǐng)域，特別是生物農(nóng)藥，它們主要通過自主研發(fā)產(chǎn)品組合、收購或簽訂協(xié)議來打開市場。

    比如，全球著名的生命科學(xué)企業(yè)拜耳早已搶先布局生物農(nóng)藥領(lǐng)域。2012年拜耳收購美國生物技術(shù)公司AgraQuest，AgraQuest主要開發(fā)細(xì)菌類微生物農(nóng)藥產(chǎn)品，此次收購為拜耳爭取到第一種生物農(nóng)藥Serenade。2013年，拜耳收購了生物農(nóng)藥公司Prophyta，Prophyta主要研發(fā)真菌類微生物農(nóng)藥產(chǎn)品，此次收購幫助拜耳建立起一個(gè)領(lǐng)先的生物產(chǎn)品技術(shù)平臺(tái)，完善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

    而先正達(dá)通過與荷蘭DSM公司建立合作關(guān)系，來共同開發(fā)基于微生物的農(nóng)業(yè)解決方案。該項(xiàng)目旨在增強(qiáng)全球天然產(chǎn)品的多樣性，解決全球有限資源與大量食物需求之間的矛盾。在這次合作中，先正達(dá)提供了其在農(nóng)藝應(yīng)用方面的專業(yè)知識(shí)、植物生物技術(shù)，以及其全球市場渠道和市場影響力。另外，先正達(dá)還建立了一個(gè)專門的研發(fā)平臺(tái)，用于相關(guān)微生物的篩選。

    目前，雖然全球微生物全農(nóng)業(yè)市場呈上升趨勢，但微生物產(chǎn)品保質(zhì)期和田間藥效期較短，產(chǎn)品儲(chǔ)存條件嚴(yán)苛都阻礙了市場的發(fā)展。此外，微生物菌劑相關(guān)技術(shù)的缺乏以及種子處理過程中需要大量的功能性微生物，是種子微生物處理中面臨的一些挑戰(zhàn)。

    備受資本青睞的初創(chuàng)企業(yè)：提高作物產(chǎn)量是核心

    01、Indigo Ag

    Indigo Ag致力于研究能夠在氣候變化中生存的作物，并為農(nóng)民提供技術(shù)解決方案。通過對于高生命力、適應(yīng)力的植物進(jìn)行測試，Indigo Ag將其獨(dú)特微生物技術(shù)運(yùn)用到天然種子包衣中，用以培養(yǎng)耐寒標(biāo)本。

    2018年，Indigo高適應(yīng)性玉米每英畝產(chǎn)量比傳統(tǒng)作物多10％，其小麥產(chǎn)量提高了近15％，五個(gè)國家的農(nóng)民在超過一百萬英畝的土地上種植了Indigo作物。

    Indigo還創(chuàng)建了全球領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)微生物基因組信息數(shù)據(jù)庫，以分析出對植物健康最有幫助的微生物，增加作物對于營養(yǎng)物質(zhì)的攝入，提升水分利用率，抵御作物病蟲害，從而獲得穩(wěn)定、可持續(xù)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。

    02、Zymergen

    Zymergen 利用機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)來研究微生物的基因組，例如重新設(shè)計(jì)微生物的基因組成、尋找能產(chǎn)生某種蛋白質(zhì)的基因組。得到強(qiáng)化的微生物可用于各種現(xiàn)有工業(yè)流程，針對農(nóng)業(yè)，Zymergen 通過大數(shù)據(jù)和自動(dòng)化，為種植者推薦所需的微生物種類。

    2018年12月，Zymergen宣布完成超過4億美元的C輪融資，由軟銀領(lǐng)投，參投者包括現(xiàn)有投資者 DCVC和True Ventures等。

    03、Ginkgo Bioworks

    Ginkgo Bioworks是位于波士頓的一家生物科技初創(chuàng)公司，此前主要利用生物技術(shù)為香水、食品等行業(yè)生產(chǎn)香料。

    2017年，拜耳生命科學(xué)中心部門投資1億美元與Ginkgo Bioworks共同組建了一家新公司，旨在通過生物解決方案提高肥料利用效率、減少氮肥用量。新公司的業(yè)務(wù)聚焦在植物寄生微生物、土壤微生物的研究上，計(jì)劃利用微生物的固氮作用減少肥料投入量。

    04、AgBiome

    AgBiome專門研究微生物菌群在農(nóng)作物生長中的作用，開發(fā)可用于作物保護(hù)的創(chuàng)新生物產(chǎn)品，為全球農(nóng)業(yè)提供新型微生物產(chǎn)品和解決方案。AgBiome已經(jīng)對26000種微生物進(jìn)行了測序，并分析了它們的特性。

    該公司的創(chuàng)新型產(chǎn)品Howler，是一種可用于作物病害控制的生物殺菌劑，適用于多種作物、草坪和觀賞植物。

    05、Pivot Bio

    Pivot Bio曾制造出世界上首個(gè)能產(chǎn)生氮的微生物，這種微生物可作為一種可持續(xù)的肥料，嫁接到玉米上。與合成化肥不同，產(chǎn)氮微生物能將氮直接輸送到玉米植株的根部，并貫穿整個(gè)生長季節(jié)。

    Pivot Bio已與幾個(gè)玉米主產(chǎn)州的農(nóng)民合作，對該產(chǎn)品進(jìn)行測試，并計(jì)劃于2019年開始銷售該產(chǎn)品。經(jīng)過5個(gè)生長季節(jié)的研究和開發(fā)，Pivot Bio公司的肥料可以替代每英畝25磅的氮。

    06、Inocucor Technologies

    Inocucor Technologies是一家位于加拿大蒙特利爾的農(nóng)業(yè)生物科技公司，主要研發(fā)以生物為基礎(chǔ)的可持續(xù)產(chǎn)品，以提高作物產(chǎn)量，縮短生長周期，并為有機(jī)種植者、溫室種植者以及主流生產(chǎn)模式的農(nóng)民帶來更具適應(yīng)性的土壤。

    目前，Inocucor已研發(fā)出多種用于農(nóng)場和溫室的微生物菌株，公司主要投資者有 TPG Alternative & Renewable Technologies、Desjardins、Cycle Capital。

    07、NewLeaf Symbiotics

    NewLeaf Symbiotics是一家開發(fā)、生產(chǎn)、商業(yè)化有益植物微生物產(chǎn)品的農(nóng)業(yè)技術(shù)公司，其相關(guān)專利和創(chuàng)新技術(shù)能促進(jìn)植物生長和養(yǎng)分吸收，幫助農(nóng)民提高產(chǎn)量。該公司還從事實(shí)驗(yàn)室、溫室和田間產(chǎn)品試驗(yàn)，主要研究粉色色素兼性甲基營養(yǎng)菌。

    08、BioConsortia

    BioConsortia致力于通過微生物解決方案改善天然植物性狀，提高作物產(chǎn)量。該公司采用自主研發(fā)的“先進(jìn)微生物篩選流程”專利技術(shù)，讓作物接觸不同的土壤和微生物群落，并篩選出那些能夠在干旱、寒冷等惡劣環(huán)境中表現(xiàn)良好的有益群落，然后進(jìn)行有目標(biāo)的培育，從而研發(fā)出相應(yīng)的微生物產(chǎn)品。

    09、BiOWiSH

    BiOWiSH研發(fā)的創(chuàng)新型生物催化劑產(chǎn)品，主要服務(wù)于農(nóng)業(yè)和環(huán)保領(lǐng)域。該公司從生物學(xué)角度出發(fā)，用微生物技術(shù)解決肥效期短的問題，與化學(xué)抑制劑不同的是，其產(chǎn)品主要是通過強(qiáng)化土壤中微生物的作用，進(jìn)一步活化土壤中氧、磷養(yǎng)分，達(dá)到減量增效的目的。

    10、Aphea.Bio

    Aphea.Bio主要生產(chǎn)基于天然微生物的下一代“生物殺蟲劑”，以替代化學(xué)農(nóng)藥，降低對環(huán)境的負(fù)面影響。此外，該公司還開發(fā)新型“生物刺激劑”，即通過促進(jìn)土壤養(yǎng)分的吸收來刺激作物生長。其核心技術(shù)主要應(yīng)用在小麥、大麥和玉米上。

    11、Plant Response Biotech

    Plant Response Biotech是一家來自西班牙的綠色生物技術(shù)公司，主要研發(fā)和銷售新型生物制品，用于解決抗性問題，提高作物產(chǎn)量，減少有害化學(xué)產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)中的使用。該公司已經(jīng)開發(fā)了多套生物產(chǎn)品組合，幫助作物應(yīng)對環(huán)境壓力，例如干旱以及真菌和細(xì)菌疾病相關(guān)的生物壓力。這兩個(gè)因素都會(huì)降低作物產(chǎn)量，給種植者帶來風(fēng)險(xiǎn)，影響整個(gè)食物鏈供應(yīng)。

    12、Adaptive Symbiotic Technologies

    Adaptive Symbiotic Technologies推出了一系列共生真菌產(chǎn)品，以增加谷物、蔬菜、豆類等作物的耐受性。其微生物產(chǎn)品BioEnsure，主要目標(biāo)是玉米作物，旨在提高植物應(yīng)對鹽堿地、極端溫度和干旱等非生物壓力的能力。據(jù)該公司稱，在相關(guān)的田間試驗(yàn)中，產(chǎn)量增長高達(dá)85%。

    13、Biome Makers

    Biome Makers利用生物信息學(xué)對微生物進(jìn)行測序，并結(jié)合專有的計(jì)算系統(tǒng)來整合生物的詳細(xì)信息，建立數(shù)據(jù)庫，為農(nóng)場主、種植者提供改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的建議。Biome Makers推出的第一款產(chǎn)品叫做WineSeq，是專門針對葡萄種植者的管理平臺(tái)，它可以幫助釀酒師鑒定真菌和細(xì)菌特征。

    中國的微生物農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)：政府助力，科研機(jī)構(gòu)領(lǐng)頭

    中國在2017年成立了國家微生物農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，計(jì)劃對產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的共性技術(shù)瓶頸展開聯(lián)合攻關(guān)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)重大技術(shù)突破，培育著名品牌和龍頭公司。該聯(lián)盟以創(chuàng)新為重點(diǎn)，衍生、培育出了一批“微生物農(nóng)業(yè)”產(chǎn)業(yè)新技術(shù)研究、示范單位，進(jìn)行微生物農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的研究、開發(fā)，以促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的高效和可持續(xù)發(fā)展。

    有業(yè)內(nèi)專家指出，發(fā)展微生物新型農(nóng)業(yè)，有利于 “二維結(jié)構(gòu)”的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)（植物、動(dòng)物資源）轉(zhuǎn)化為 “三維結(jié)構(gòu)”的新農(nóng)業(yè)（植物種植業(yè)、動(dòng)物養(yǎng)殖業(yè)和微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化業(yè)），而新農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)較為健全，能有效地節(jié)約資源。

    目前，在中國，主要是科研機(jī)構(gòu)在開拓這一領(lǐng)域。比如，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)開發(fā)出適合于寒地秸稈腐熟的微生物菌劑，在解決秸稈還田的同時(shí)，還可以增加土壤有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素，讓土地更肥沃，實(shí)現(xiàn)資源再生。目前，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)將這項(xiàng)技術(shù)推廣到了牡丹江市、齊齊哈爾市、佳木斯市、密山市、建三江農(nóng)墾局等地，建立了30余個(gè)秸稈腐熟制肥處理點(diǎn)，已累計(jì)處理秸稈300余萬噸，蘑菇及木耳種植廢棄菌包300萬噸，動(dòng)物糞便排泄物500萬噸以上。

    2018年，中國科學(xué)院微生物研究所開發(fā)的生姜高效功能性微生物菌肥在生姜大田種植試驗(yàn)過程中獲得成功，每畝增產(chǎn)可達(dá)25%至30%。目前使用該菌肥的大田試驗(yàn)有100多畝，經(jīng)測產(chǎn)每畝產(chǎn)量毛重可達(dá)11噸，與對照組相比每畝增產(chǎn)2.5噸左右。菌肥的功能性微生物是從生姜種植土壤中分離篩選所得，使用該菌肥能有效防控生姜土傳病害，同時(shí)也可改良土壤，增加土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高土壤的通氣、透水、保水保肥能力，最終實(shí)現(xiàn)生姜的高質(zhì)高產(chǎn)。

    雖然微生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用還處于起步階段，但在未來，它會(huì)對作物生長、土壤修復(fù)、肥料、農(nóng)藥等相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生廣泛影響，成為受資本青睞、具有發(fā)展?jié)摿Φ男屡d產(chǎn)業(yè)。