一文了解什么是農業微生物和農業微生物產業
微生物是生態系統的重要構成部分，在物質循環中具有非常重要的作用。微生物具有多種優勢特點，如廣譜、高效、無污染、安全等，伴隨高科技的介入使微生物的開發，成為一個新興的戰略型產業，微觀世界的開發現在已經使農業生物化成為農業發展中的重要分支。微生物組學技術已經悄然在農業增產增效的“戰場”上凸顯力量。
什么是農業微生物和農業微生物產業呢？
農業微生物主要是指與農業生產(種植業、養殖業)、農產品加工、農業生物技術及農業生態環境保護等有關的應用微生物的總稱。不難想到農業微生物產業就是利用農業微生物資源及其工程技術實現產業化的工業型農業。微生物飼料、微生物肥料、微生物農藥、微生物能源、微生物食品、微生物環境保護劑等都是農業微生物產業的重要組成部分。農業微生物布局農業發展全產業鏈條，在可持續發展戰略中可謂“大有可為”。
農業微生物可有效緩解資源短缺、糧食需求、生態環境污染等壓力，主要表現在以下幾方面：其一，可以利用微生物技術處理，實現廢棄物的無害化和再利用；其二，微生物農業是具有高科技生物工程內涵的“發酵工程”和“酶工程”，可以實現農產品的工廠化生產，緩解糧食緊缺的矛盾；其三，可以改善農業生態環境，實現農業可持續發展。隨著探索微生物技術的持續完善和發展，農業微生物不斷催生新產業的誕生，成為實現農業碳達峰和碳中和的中堅力量。
農業微生物種質資源種類豐富，涵蓋了細菌、真菌、病毒等重要類群，主要應用于肥料、食藥用、飼料、植保、農業環境等方面。微生物在探索高效、安全、資源節約、環境友好的現代農業發展之路上發揮著重要作用。特別是在綠色發展大背景下，農業微生物的應用極為迫切。比如，解決‘藏糧于地’就需要微生物的參與，固氮微生物等微生物肥料可以增加土壤中的氮素來源，解磷、解鉀微生物可以分解土壤中難溶的磷、鉀，將其轉變為作物能吸收利用的磷、鉀化合物。
此外，以微生物技術為紐帶，通過農業廢棄物的肥料化、沼氣化、食用菌化和飼料化，把種植業、養殖業和居民生活緊密連接起來，可以減少環境污染、改善農村生態環境、發展農業循環經濟，促進農業可持續發展。農業微生物產業化的核心是技術，其學科基礎是“微生物學”，技術基礎是“生物工程”。其中發酵工程與細胞和組織培養技術是較為成熟和廣泛應用的技術，重組DNA技術和酶固定化技術是生物工程具有特色和潛力的技術。
近年來，高通量測序和質譜等高科技技術的介入，為微生物組和合成生物學的研究提供了新思路，為進一步探索農業微生物功能基因、篩選高轉化效率菌種提供了保障，將推動農業微生物產業快速發展。農業微生物產業是將“二維結構”傳統農業轉變為動物、植物、微生物資源并重的“三維結構”的新型農業。微生物農藥、微生物肥料、微生物飼料和微生物環境保護劑等產業的興起和產品與技術的推廣應用，對實現綠色食品生產和生態安全具有重要作用。
微生物組是指一個特定環境或生態系統中，全部微生物及其遺傳信息的集合，其中蘊藏著極為豐富的微生物資源。“全面系統地解析微生物組的結構和功能，將為解決人類面臨的能源、生態環境、工農業生產和人體健康等重大問題帶來新思路。”中國科學院南京土壤研究所研究員、中國科學院大學教授褚海燕在接受《中國科學報》采訪時說，“然而，微生物組學研究在很大程度上取決于其技術與方法的發展。”
在高通量測序技術出現以前，微生物研究主要基于分離培養和指紋圖譜等技術，但由于這些技術存在不足，人們對于微生物的認識十分有限。本世紀初，微生物組學技術的興起，對環境整體微生物群落進行分析成為可能，開創了微生物分子生態學研究的新時代。而高通量測序和質譜等技術的突破，使人們可以從DNA、RNA、蛋白質和代謝物等不同水平解析微生物組，以獲得更為全面的微生物組信息。
“目前微生物組學研究正處于從數量到質量、從結構到功能的關鍵轉變時期。”褚海燕解釋說，“微生物與其所處環境共同構成了復雜的微生物組，在支撐生態系統過程和功能中，發揮著不可替代的作用。為充分發揮微生物組在各前沿領域的關鍵作用，迫切需要深入理解微生物組的結構和功能。”
目前的組學技術仍存在一定局限性，建立在宏觀生態學基礎上的理論和模型是否適用于微生物領域、針對個體層面的微生物研究是否適用微生物組等問題目前還沒有明確的結論，仍需要更多的微生物組學數據支撐。
“微生物跟動植物等大型生物不同，單個微生物的作用微不足道。而且環境中的微生物數量巨大，每克土壤里，就可能有成千上萬種微生物，組學技術可將其作為一個整體研究，同時測定成千上萬微生物的群落組成、功能和相互關系。”褚海燕說，“因此，微生物組學研究要和大數據、人工智能等技術結合起來，深入理解微生物的組成、多樣性與時空分布，深入挖掘微生物的功能與調控機制。現在大數據、人工智能等技術的進步，讓微生物組學研究進入了‘最好時代’。”
農業微生物中的機遇與挑戰
農業微生物作為農業可持續發展的重要資源，農業生態系統中微生物功能的最大化已成為未來農業發展的關鍵因素。根據Markets Research的數據顯示，2021-2026年，全球農業微生物市場預計復合年增長率5.5%。我國微生物農藥市場規模預計將從2019年的1.6307億美元增長到2026年的3.0465億美元，預測復合年增長率為15.13%。我國2020年微生物肥料市場價值為40.265億美元，預計到2027年將達到86.1143億美元，預計復合年增長率為9.80%。
為促進生態農業，微生物肥藥產品的需求不斷增長，使得全球誕生出一些集微生物研究與應用的企業，勢在促進微生物農藥、肥料、種子等產業的發展，進而改良土壤生態環境，形成良好生態效應。為緩解資源短缺及生產過程中帶來的資源損耗，在微生物食品賽道，不少初創企業已經將創新方向指向植物源的動物食品替代品，如植物奶酪、人造肉等。
我國農業微生物發展趨勢勁頭十足，企業眾多，目前主要力量集中于微生物肥藥領域，但行業整體發展不夠完善，絕大多數缺乏核心微生物菌株、功能活性分子機制不清、應用技術落后、高性能產品匱乏等，從而缺乏國際核心競爭力。隨著社會經濟的迅速發展，農業發展進入了新的階段，生態農業已成為世界農業發展的重要模式和方向。因此，提升核心微生物技術，開發農業微生物產品，成為帶動產業升級和發展的重中之重。
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