全球生物农业发展现状与趋势

檪檪殏产业发展 全球生物农业发展现状与趋势 宋琪许睿丁陈君吴晓燕陈方 （中国科学院成都文献情报中心成都６１０２９９） 摘要在全球气候变化问题日益严重、新冠肺炎疫情后倡导“绿色复苏”的形势下，为应对粮食安全等社会挑战，生物科技驱动的农业研究逐渐成为全球农业的发展重点。生物育种、农用生物制剂以及未来食品作为全球生物农业的主要研究领域，在粮食安全、环境保护、营养健康等方面扮演着重要角色。通过文献调研和计量学研究方法，分析了２０１３－２０２２年全球生物农业的政策规划、研发态势以及资本市场的现状和发展趋势。结果表明，全球生物农业发展势头良好，世界各国纷纷加快布局。目前，生物育种是全球生物农业发展的重点领域，未来食品是发展的重要增长点。从总体来看，中美两国在生物农业发展中处于全球领先地位。牢牢把握农业生产变革的机遇，对提升我国农业发展竞争力，保障粮食安全，实现我国双碳目标等都具有重要意义。 关键词生物农业文献计量资本市场生物育种农用生物制剂未来食品中图分类号Ｓ１ 联合国世界粮食计划署发布的《２０２２年全球粮食危机报告》显示，面临突发性粮食不安全并需要紧急粮食援助和生计支持的人数继续以惊人的速度增长，因此，从根源 上 解 决 粮 食 危 机 显 得 尤 为 重 要 和 紧 迫［１］。生物农业属于现代新兴产业，其多元化发展带动了产业结构精细划分，涵盖了生物育种、生物农药、动物疫苗、生物肥料、生物饲料等多个领域。利用生物制造等新兴技术手段，生物农业不仅可以通过生物体机能以绿色、低碳、可持续方式生产农药、肥料、饲料、疫苗等农用生物制剂，也可变革农业食品生产方式形成粮食、食品车间 制 造 新 模 式，为 农 业 产 品 生 产 摆 脱 土 地、化肥、农药、气候、水资源的依赖提供新路线。 物能源与生物环保、生物信息四大支柱产业，围绕生物育种、生物肥料、生物饲料、生物农药等方向推出一批新一代农 业 生 物 产 品，建 立 生 物 农 业 示 范 推 广 体 系。本文从生物育种、农用生物制剂和未来食品等领域分析和归纳全球生物农业发展现状与趋势，为我国生物农业高质量发展提供参考。 １政策环境 １．１生物育种领域 随着 人 工 智 能、基 因 编 辑、合 成 生 物 学 等 学 科 发展，现代生物育种在广泛应用分子标记辅助选择、基因工程等先进生物技术基础上，正在逐渐进入到由这些前沿科学技术引领的育种４．０时代。美国在２０１９年发布的《至２０３０年推动农业与食品研究的科学突破》中提到基因组编辑系统（如ＣＲＩＳＰＲＣａｓ９）在作物新性状创造上的潜力，肯定了基因组编辑技术在作物改造及应用上的巨大价值［２］。２０１９年６月，美国总统签署行政令发布《农业生物技术产品监管框架现代化》，提出对农业生物技术产品进行以科学为基础、及时、高效和 我国一直对生物农业产业给予高度重视，目前产业发展较快，市场规模不断扩大，产品技术和研发能力显著提升。我国在２０２２年发布的《“十四五”生物经济发展规划》中指出，要培育壮大医疗健康、生物农业、生 从而使植物获得更有利的特性，如抗旱和抗病能力，使农民减少化肥和杀虫剂的使用。该法案还允许通过基因编辑等技术对动物进行精准育种，从而使动物免受一些疾病的困扰。加拿大于２０２２年发布了新版《新型食品安全评价指南》，明确了包括基因组编辑作物在内的具有新特性植物的认定。澳大利亚于２０１９年发布《基因技术法规修正案》，提出核酸外切酶ＳＤＮ１生物体不再按照转基因生物监管［９］。 透明的联邦监督，降低农业生物技术产品开发成本，扩大美国农产品的国际市场等［３］。２０２０年，美国农业部发布《２０２１－２０２６年植物育种路线图》，旨在为育种计划的有效性和效率开发新的或最佳的方法。日本发布报告《生物战略２０１９》提出，到２０３０年实现全球最先进的生物经济社会［４］。在可持续初级生产系统方面，完善发展基 础，包 括 育 种、土 壤 和 渔 业 相 关 的 数 据 基 础等，基 于 育 种 大 数 据 完 善 人 工 智 能 （ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，ＡＩ）的育种平台［５］。亚洲学术界、工业界、政府利益相关者以及亚洲合成生物学协会在新加坡召开研讨会，会上肯定了合成生物学对植物基因编辑精准育种方面的促进作用，可显著减少选择目标性状所需的时间。我国国家发展改革委、农业农村部联合印发的《“十四五”现代种业提升工程建设规划》中指出，聚焦资源保护、育种创新、测试评价和良种繁育四大环节，布局建设一批国际一流的标志性工程；在育种创新方面，以大型表型鉴定平台、分子育种平台等为重点，打造具有国际先进水平的基础性、前沿性研究和商业化育种体系［６］。 １．２农用生物制剂领域 美国农业部农业研究局（ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＲｅｓｅａｒｃｈＳｅｒｖｉｃｅ，ＵＳＤＡＡＲＳ）国家计划３０３分别发布植物病害行动计划２０１７－２０２１以及２０２２－２０２６，使用基于科学、环境友好和具有成本效益的方法保护植物和景观免受植物病害的影响［１０］。２０２２年，美国发布的《国家生物技术和生物制造计划》提出，利用生物工程、生物制造、生物能源和生物基产品来应对气候变化，利用生物技术和生物制造来加强强大的美国供应链并推动美国在这一领域的全球领导地位［１１］。随后发 布 的 《生 物 技 术 和 生 物 制 造 宏 大 目标》概述了美国生物经济的大胆研发目标，其中在食品与农业创新方面，美国农业部通过提供领导和科学研究使美国农林方面保持全球竞争力以及使美国企业生产创新产品，在推进生物经济方面发挥关键作用［１２］。ＵＳＤＡ概述了生物经济研究与发展的宏伟愿景，符合可持续提高农业生产效率、改善食品营养与质量以及保护动 植 物 免 受 环 境 压 力 的 主 题。 美 国 农 业 部 在“２０２３－２０２６年科学与研究战略”中提出五大优先事项，其中，培育有复原力的生态系统聚焦应用分子生物学技术，如基因组编辑和其他先进的育种方法，提高生态系统可持续性；通过促进和推进土壤、植物和动物健康的微生物组研究以提高产量、饲料效率，以及动植物对杂草、疾病、虫害和环境威胁的抵抗力等［１３］。美农业部ＡＰＨＩＳ也在最新的五年战略中提出使用基于科学的监管框架，确保开发安全的农业生物技术产品，降低动植物疾病和病虫害［１４］。 目前，鉴于基因编辑技术应用的增加，各国／地区对于基因编辑产品监管的重视程度逐渐提高。美国农业 部 动 植 物 卫 生 检 疫 局 （Ａｎｉｍａｌａｎｄ ＰｌａｎｔＨｅａｌｔｈＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＳｅｒｖｉｃｅ，ＡＰＨＩＳ）发布了针对生物技术法规７ＣＦＲ第３４０部分修改后的最终规则（ＳＥＣＵＲＥ规则），对新兴技术尤其是基因编辑技术给予了高度关注［７］。对于基因编辑作物始终持保守谨慎态度的欧盟、英国，其监 管 政 策 也 有 所 转 变。 欧 洲 科 学 院 联 盟 （ＡＬＬＥｕｒｏｐｅａｎＡｃａｄｅｍｉｅｓＦｅｄｅｒａｔｉｏｎ，ＡＬＬＥＡ）于２０２０年发布了《基因组编辑促进作物改良》，概述了有关基因组编辑作物安全性的最新科学证据，以及该技术为当前和未来农业挑战提供解决方案的可能性和潜力，呼吁欧盟取消对使用基因组编辑技术的转基因作物的限制。２０２１年，欧盟先后发布了《关于新基因技术在欧盟的地位的研究报告》和《特定新基因组技术生产植物的立法》，就基因组编辑监管方式、相关产品应执行的法律条令等做了说明。２０２３年２月７日，欧洲最高法院表示，常规使用且具有长期安全记录的体外植物基因编辑技 术 被 排 除 在 限 制 使 用 转 基 因 生 物 （ｇｅｎｅｔｉｃａｌｌｙｍｏｄｉｆｉｅｄｏｒｇａｎｉｓｍ，ＧＭＯ）的欧盟法律之外。英国政府于２０２３年３月２３日正式颁布《基因技术（精准育种）法案》［８］。该法案将允许在英格兰使用包括基因编辑在内的技术，精准、有针对性地改变生物体的遗传密码， 日本倡导农业绿色发展，包括发展有机农业和环境保全型农业，为农用生物制剂研发与应用提供了强有力的政策支持。日本农林水产省陆续出台了围绕推进有机农业的相关基本方针，制定 《绿色食品 体 系 战略》，提出到２０５０年要实现有机农业规模达到１００万公顷的目标。２０２１年１０月，日本提出“农业创新研究战略２０２０”，明确以智慧农业、环境友好、生物经济三大 领域作为农业研发目标进行农业创新研究，守护日本传统饮食文化和保护自然环境。日本内阁每年都会发布日本农林水产省研究创新战略，重点发展可立即普及的技术，实现绿色食品体系，减少化学农药和化肥的使用量，降低环境负荷。日本最新公布的创新战略中提到将开展有助于占领生物市场的研发活动，包括开发精密基因组编辑技术、创造利用生物功能的高性能材料、开发 创 新 型 动 物 疫 苗，改 良 木 质 素 以 扩 大 利 用率等［１５］。 ２研发态势 ２．１论文分析 ２．１．１论 文 发 表 趋 势以 科 睿 唯 安 公 司ＷｅｂｏｆＳｃｉｅｎｃｅ平台核心合集数据库为数据源，制定检索式，对生物育种、农用生物制剂和未来食品领域２０１３－２０２２年出版的文献进行主题检索。结果显示，２０１３－２０２２年全球生物农业在生 物 育 种 领 域 发 表 论 文 的 数 量 最多，为１８５６８篇，农用生物制剂（８２００篇）和未来食品（８１５９篇）领域发文量差别不大；生物育种、农用生物制剂和未来食品三个领域发文量总体均呈现逐年增长态势，其中生物育种领域从２０１３年的１１０５篇增长至２０２２年的２９２８篇，增幅最大，其次是未来食品领域，从２０１３年的３５１篇增长至２０２２年的１８９０篇，农用生物制剂领域发文量年均增长相对最少（图１）。 我国在《“十四五”全国农药产业发展规划》中提出，要把绿色发展理念贯穿农药产业发展各环节，支持生物农药等绿色农药研发登记，推广绿色生产技术等。近年来，我国化学农药用量大幅减少，生物农药品种不断增多。２０１７－２０１９年，我国自主创制并获得登记的农药新品种共６６个，其中半数为生物农药，生物农药在创制领域逐渐占据了半壁江山。目前我国共有１２１个生物农药有效成分进行了登记，获得登记的产品共有３９６９个。此外，各省市也发布了一系列政策推进生物农药、生物肥料、微生物饲料、生物疫苗等产业发展。 ２．１．２主要国家及研究机构从２０１３－２０２２年的发文量来看，中国和美国在生物育种领域的发文量远高于其他国家。其中，中国以５６７５篇发文量排名第一，占全球该领域十年发文总量的３０％以上，领先优势较为明显；美国以３８２５篇的发文量排名第二，占全球总量的２０％左 右；再 次 是 印 度 （１７８８篇）、德 国 （１１０１篇）和巴西（１０７４篇）等。在农用生物制剂领域，中国依旧是发文最多的国家，达到１８６８篇；印度作为农业大国之一，以１１９９篇的发文量排名第二；其次是美国、巴西等国 家。 在 未 来 食 品 领 域，美 国 和 中 国 分 别 以１６９３篇和１５９８篇 的 数 量 占 据 该 领 域 发 文 量 的 前 两名，仅 中 美 两 国 的 发 文 量 占 到 该 领 域 的４０％左右（图２）。 １．３未来食品领域 随着生命科学与技术的快速进步与发展，利用合成生物学等手段构建具有特定合成能力的人工生物和生产人类需要的淀粉、蛋白、油脂、糖、奶、肉等各类产品的颠覆性创新技术取得了重大进步。推进未来食品从种植、养殖的农业制造向车间制造的方式转变，将有助于缓解农业生产压力，满足粮食和营养安全需求，促进新业态的形成与发展。美国在《至２０３０年推动农业与食品研究的科学突破》中指出了未来十年美国食品与农业研究的主要目标和面临的关键挑战，识别了跨学科研究与系统方法、基因组学和精准育种、微生物组等五项科学突破机遇并提出了相应的建议，明确了作物、畜牧业、食品科学技术、数据科学等最有前景的研究方向［１６］；《美国农业部科学蓝图：２０２０－２０２５年科研方向》将动植物生产、健康和遗传学的可持续集约化、适应气候