現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是以動植物為基礎進行物質(zhì)生產(chǎn)或服務的重要領域，也是滿足人類社會對食物和工業(yè)原料需求的主要途徑。工業(yè)生物技術(shù)領域則利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物或非糧植物等可再生生物質(zhì)資源為原料，利用生物體及其組成部分的功能，制造人類所需的能源、化工、醫(yī)藥、食品等各種產(chǎn)品。生物技術(shù)與數(shù)字技術(shù)等關鍵使能技術(shù)在農(nóng)業(yè)與工業(yè)生物技術(shù)領域發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，推動了生物農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)和合成生物制造等重點領域的創(chuàng)新發(fā)展，為最終實現(xiàn)聯(lián)合國2030年可持續(xù)發(fā)展目標尤其是消除饑餓，實現(xiàn)糧食安全、改善營養(yǎng)和促進可持續(xù)消費與生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型奠定了基礎。
一、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與工業(yè)生物技術(shù)領域總體態(tài)勢
1、以數(shù)據(jù)為中心的“農(nóng)業(yè)?4.0”正在重塑農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)
農(nóng)業(yè)發(fā)展的歷史實質(zhì)上就是農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的歷史，每一次科技的重大突破及其在農(nóng)業(yè)中的應用，都帶來了農(nóng)業(yè)發(fā)展的新飛躍，推動了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。從支撐產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)來看，當前發(fā)達國家農(nóng)業(yè)已經(jīng)進入以信息技術(shù)驅(qū)動的“農(nóng)業(yè)?4.0”時代。區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機器人和大數(shù)據(jù)等數(shù)字技術(shù)和智能技術(shù)將引領現(xiàn)代農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全要素的數(shù)字化和快速應用。
未來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將以數(shù)據(jù)為中心，通過傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，構(gòu)建多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的綜合采集、處理與分析平臺，該平臺最終通過專門的決策支持系統(tǒng)為農(nóng)民提供行動建議，以及自動安排相關作業(yè)。
2、生物技術(shù)的應用引領物質(zhì)生產(chǎn)向綠色化發(fā)展
在農(nóng)業(yè)領域，不斷發(fā)展的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)為應對病蟲害、環(huán)境退化、氣候變化等挑戰(zhàn)提供了新的替代方法，推動了農(nóng)業(yè)第二次綠色革命的發(fā)展。以基因工程為核心的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)已成為全球發(fā)展最為迅速、應用最為廣泛的生物技術(shù)。近年來涌現(xiàn)的基因編輯、表觀遺傳修飾等新一代生物技術(shù)使動植物育種更加高效、精準。
在工業(yè)領域，以工業(yè)生物技術(shù)為核心的生物制造已進入加速發(fā)展期，生物煉制向更加清潔高效的第?3?代模式轉(zhuǎn)型，技術(shù)迭代提速推動生物工具向更加精準、高效和規(guī)模化方向發(fā)展。未來合成生物制造有望革新化工、醫(yī)藥、能源等傳統(tǒng)行業(yè)的生產(chǎn)模式，實現(xiàn)綠色生物工藝過程，進而引發(fā)新一輪產(chǎn)業(yè)變革。
二、主要國家戰(zhàn)略舉措與特點
世界主要國家根據(jù)自身資源稟賦和經(jīng)濟基礎，紛紛出臺相關戰(zhàn)略舉措以確保自身綠色、可持續(xù)的物質(zhì)生產(chǎn)與供應，并已形成了各具特色的發(fā)展道路。
1、美國：重視生物技術(shù)、數(shù)字技術(shù)在農(nóng)業(yè)與工業(yè)領域的全方位應用，以保持其國際領先地位
美國自然資源稟賦好，實行大規(guī)模農(nóng)場生產(chǎn)與經(jīng)營，是全球最大的農(nóng)產(chǎn)品出口國。近年來，美國把農(nóng)業(yè)列為國家優(yōu)先發(fā)展領域，重視應用生物技術(shù)與數(shù)字技術(shù)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。
未來?10?年，美國在農(nóng)業(yè)領域重點聚焦種業(yè)、畜牧業(yè)、食品科技、土壤科學、農(nóng)業(yè)水分高效利用、數(shù)據(jù)科學和系統(tǒng)科學七大優(yōu)先方向，以及系統(tǒng)認知分析、新一代傳感器、農(nóng)業(yè)食品信息學、基因組學與精準育種、微生物組五大突破性技術(shù)。由于其國內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品供大于求，美國也重視生物質(zhì)能的開發(fā)與利用，并以能源需求帶動生物精煉等增值產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。美國能源部、農(nóng)業(yè)部和國防部等機構(gòu)都出臺了相關重大計劃，推動生物基產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。
2、歐洲各國：以綠色理念引領農(nóng)業(yè)與工業(yè)可持續(xù)發(fā)展
歐洲多數(shù)國家已基本解決糧食供給問題，關注純天然、無污染和高品質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)。歐洲國家重視將綠色理念植入現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和工業(yè)領域，引領社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。2020?年?5?月，歐盟發(fā)布了《從農(nóng)田到餐桌》（From Farm to Fork）和《歐盟?2030?年生物多樣性》（The EU 2030 Biodiversity Strategy）戰(zhàn)略，重點加強有機農(nóng)業(yè)，強制性限制和減少農(nóng)藥、化肥的使用，促進糧食系統(tǒng)向可持續(xù)轉(zhuǎn)型。同時，歐洲各國重視生物經(jīng)濟發(fā)展，利用可再生資源和先進技術(shù)實現(xiàn)低碳經(jīng)濟增長。目前，歐洲多國已發(fā)布生物經(jīng)濟戰(zhàn)略，英國還建立了多元的合成生物學中心網(wǎng)絡，大力推進合成生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
3、韓國、日本、以色列等國重視高值產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
韓國、日本、以色列是嚴重依賴糧食進口的國家。由于自然資源稟賦差，這些國家非常重視利用高新技術(shù)突破土地、水等資源束縛，選擇高度集約化與高值化的農(nóng)業(yè)發(fā)展道路。韓國在?2019?年發(fā)布的《未來農(nóng)業(yè)科技戰(zhàn)略》中提出以智能農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)生物技術(shù)推動農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)高值化發(fā)展；日本重視生物與信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的融合，重點聚焦先進生物制造等新一代生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展；以色列則重視人工智能技術(shù)與基因編輯技術(shù)的結(jié)合使用。
三、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與工業(yè)生物技術(shù)重點領域態(tài)勢與熱點
農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應用與發(fā)展使動植物育種和疫病防治更加精準、綠色
1、動植物基因組學研究和優(yōu)異基因挖掘是分子設計育種的基礎，也是動植物育種領域的前沿與熱點
近期，水稻、豬等重要物種的基因組測序與重測序取得重要進展，從而為后續(xù)動植物重要性狀分子機理解析奠定了基礎。同時，光合作用效率、氮肥高效利用等性狀遺傳調(diào)控機制研究取得了多項突破，這為動植物遺傳改良提供了重要基因資源。
其中，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所傅向東團隊發(fā)現(xiàn)的赤霉素信號傳導新機制為可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了一種新的育種策略，相關研究成果于?2020年2月7日以封面文章發(fā)表在?Science?上；中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心郭房慶團隊發(fā)現(xiàn)了能使水稻增產(chǎn)?8.1%—21.0%的?D1?蛋白合成新途徑，相關研究成果于?2020?年?4?月20?日發(fā)表在?Nature Plants?上。
總體而言，中國在育種領域的基礎研究，尤其是水稻生物學和作物基因組學等方面優(yōu)勢明顯。Nature Plants?評論指出，植物科學研究領域的巨大進步使中國農(nóng)業(yè)科學重新走在世界前沿。
2、基因編輯等新育種技術(shù)及產(chǎn)品蓬勃發(fā)展，全球基因編輯產(chǎn)品監(jiān)管尚未達成共識
在育種技術(shù)開發(fā)方面，以?CRISPR?為代表的基因編輯技術(shù)不斷升級改造，進一步提高了動植物育種的精準度和效率。此外，基因編輯技術(shù)與無融合生殖、單倍體誘導等其他傳統(tǒng)育種技術(shù)的結(jié)合，進一步豐富了育種工具的類型。在產(chǎn)品培育方面，基因編輯技術(shù)已經(jīng)應用于小麥、水稻等?15?種植物，以及牛、羊、豬等農(nóng)業(yè)動物的研究中。同時，基因編輯產(chǎn)品商業(yè)化進程不斷加快，首款基因編輯高油酸大豆油已于?2019?年在美國上市銷售。
目前，基因編輯產(chǎn)品監(jiān)管備受關注，各國在基因編輯產(chǎn)品監(jiān)管方面的進展不一，全球尚未就此達成共識。盡管基因編輯技術(shù)在育種中具有巨大應用前景，但由于歐美國家掌控了基因編輯技術(shù)的核心專利并已初步形成了從基礎研究到技術(shù)開發(fā)服務再到育種應用等完整的產(chǎn)業(yè)技術(shù)鏈布局，未來我國相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨較大威脅。
3、新型生物防疫制品的研發(fā)與應用促進動植物疫病防治更加綠色化
在植物病蟲害防治方面，RNAi農(nóng)藥和生物信息素等新型生物制劑是安全、有效、廉價和可持續(xù)的新型農(nóng)藥替代品，它能使植物蟲害防治更具針對性和可持續(xù)性，可比傳統(tǒng)農(nóng)藥獲得更好的保護效果和更高的收益。目前，基于?RNAi?技術(shù)的多款產(chǎn)品已獲得美國環(huán)保署批準作為殺蟲劑使用。歐盟生物基產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（BBI JU）投入?640?萬歐元，利用昆蟲性信息素開發(fā)生物防治技術(shù)，并推進其商業(yè)化應用。
在動物防疫方面，非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)解析與組裝機制研究、非洲豬瘟候選疫苗與禽流感疫苗均取得突破，這為重大動物疫病的綠色防控奠定了重要基礎。
數(shù)字技術(shù)助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理更加高效、智能，引領生物合成進入智能設計時代
1、大田作物生產(chǎn)管理和畜禽養(yǎng)殖更加高效
在數(shù)據(jù)采集方面，傳感系統(tǒng)實現(xiàn)了物物相連，使數(shù)據(jù)采集更加實時便捷。例如，德國拜耳公司旗下的氣候公司（Climate Corporation）已開發(fā)了全球首個田間感應器網(wǎng)絡，為其引領數(shù)字農(nóng)業(yè)市場奠定了重要基礎。
在大田作物管理方面，大數(shù)據(jù)結(jié)合智能技術(shù)提高了作物生產(chǎn)率。美國微軟公司等開發(fā)的人工智能播種應用程序（APP）使試驗點作物產(chǎn)量平均增長?10%—30%。
在畜禽養(yǎng)殖方面，人工智能技術(shù)使畜禽養(yǎng)殖更加便捷和高效。英國推出了?5G?智能奶牛項圈，實現(xiàn)了對奶牛健康狀況的實時監(jiān)測。
在產(chǎn)業(yè)方面，歐美農(nóng)業(yè)跨國公司憑借敏銳的洞察力，紛紛加強數(shù)字農(nóng)業(yè)業(yè)務布局。其中，拜耳公司是率先在業(yè)內(nèi)將大數(shù)據(jù)應用到農(nóng)業(yè)領域的企業(yè)，并通過系列并購成為數(shù)字農(nóng)業(yè)行業(yè)的標桿。目前，拜耳公司將農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)業(yè)務作為其核心業(yè)務發(fā)展，并仍在不斷拓展數(shù)字農(nóng)業(yè)平臺市場，以期打造覆蓋全球的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)王國。
2、農(nóng)業(yè)機械裝備更加智能化、集約化
當前，智能農(nóng)機裝備不斷推陳出新。例如，草莓采摘機器人、跨物種收獲機器人、無人駕駛拖拉機等集高精度定位、大數(shù)據(jù)分析、智能識別等技術(shù)于一體，大幅提高了農(nóng)業(yè)自動化水平和生產(chǎn)效率。植物工廠發(fā)展快速，受到各國廣泛關注。英國加強資助新一代植物工廠種植技術(shù)研究，新加坡擬籌建室內(nèi)植物工廠，日本商業(yè)化運營的植物工廠超過120家，我國也緊跟步伐并取得了重要進展。
總體而言，貫穿于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的農(nóng)業(yè)機械裝備本質(zhì)上是一個技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)。由于我國農(nóng)機裝備粗放式發(fā)展，并一直依靠引進國外農(nóng)機技術(shù)體系，導致目前與美國等發(fā)達國家在動力換擋、液壓控制、農(nóng)機可靠性等方面存在代差。
3、生物合成進入智能設計時代
目前，研究人員在從基因、蛋白質(zhì)、生物體設計到生物制造過程研發(fā)等方面取得了多項重要進展。其中，美國華盛頓大學和斯坦福大學利用計算機程序設計出首個人造抗癌蛋白；美國伊利諾伊大學開發(fā)出集人工智能設計、構(gòu)建、測試和學習于一體的工程化平臺，并完成了番茄紅素生物制造實證。
工業(yè)生物技術(shù)應用范圍和深度不斷擴展，為經(jīng)濟社會重大挑戰(zhàn)提供綠色解決方案
1、基于細胞工廠、體外酶分子機器等技術(shù)制造的新型生物制造產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)
研究人員已經(jīng)在細胞培養(yǎng)肉、大麻素及其衍生物的生物全合成、二氧化碳/氮氣轉(zhuǎn)化成生物柴油、人造葉綠體等方面取得重大突破，為未來農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥、能源等行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展提供了更多可能。其中，來自德國馬普學會地球微生物學研究所和法國波爾多大學的研究人員將菠菜的“捕光器”與?9?種不同生物體的酶結(jié)合起來，制造了人造葉綠體，并利用光和該系統(tǒng)實現(xiàn)了二氧化碳的固定，相關研究成果于2020年5月8日發(fā)表在?Science?雜志上。
2、生物制造產(chǎn)品有望為解決社會重大挑戰(zhàn)提供綠色解決方案
當前，塑料污染成為全球性威脅，全球已有?50?多個國家和地區(qū)推出禁用、限用或管控不可降解塑料使用的政策和法規(guī)；其中，我國也在?2020?年初出臺更具體且嚴格的新版“限塑令”。工業(yè)生物技術(shù)在解決上述重大挑戰(zhàn)方面大有作為。其中，法國圖盧茲大學開發(fā)出的新型水解酶能以較低成本在?10?小時內(nèi)水解?90%?的飽和聚酯（PET）塑料；中國科學院青島生物能源與過程研究所、理化技術(shù)研究所在酶降解PET塑料、海水降解塑料等方面的研究也取得進展。同時，可降解生物塑料和生物基塑料的研發(fā)與量產(chǎn)均已取得較好進展，從而為未來部分替代傳統(tǒng)石油基塑料產(chǎn)品奠定了重要基礎。
四、未來展望
1、依據(jù)自身資源稟賦選擇適合我國國情的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展道路
我國幅員遼闊，自然環(huán)境復雜多樣化，不同區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展的條件差異大。因此，我國不應盲目照搬國外農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，需因地制宜確定各地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。同時，應以創(chuàng)新驅(qū)動促進農(nóng)業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，持續(xù)加快生物技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等關鍵使能技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應用，推進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，保障我國糧食安全與營養(yǎng)。
2、掌握生物經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略主動權(quán)
當前，主要發(fā)達國家掀起新一輪全球科技和產(chǎn)業(yè)競賽，以搶占下一輪經(jīng)濟增長的戰(zhàn)略制高點。美國視生物經(jīng)濟為關系到經(jīng)濟繁榮和國家安全的重要議題，將生物技術(shù)納入出口管制清單并試圖遏制我國生物技術(shù)快速崛起。因此，我國應重視生物技術(shù)自主創(chuàng)新，增強生物制造核心技術(shù)能力，推動生物技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)與應用，從而保障我國生物產(chǎn)業(yè)安全。
*本文由中國科學院文獻情報中心現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技情報團隊、中國科學院成都文獻情報中心生物科技情報團隊共同撰稿，執(zhí)筆人包括：楊艷萍、李東巧、謝華玲、遲培娟、陳方、丁陳君。
一、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與工業(yè)生物技術(shù)領域總體態(tài)勢
1、以數(shù)據(jù)為中心的“農(nóng)業(yè)?4.0”正在重塑農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)
農(nóng)業(yè)發(fā)展的歷史實質(zhì)上就是農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的歷史，每一次科技的重大突破及其在農(nóng)業(yè)中的應用，都帶來了農(nóng)業(yè)發(fā)展的新飛躍，推動了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。從支撐產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)來看，當前發(fā)達國家農(nóng)業(yè)已經(jīng)進入以信息技術(shù)驅(qū)動的“農(nóng)業(yè)?4.0”時代。區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機器人和大數(shù)據(jù)等數(shù)字技術(shù)和智能技術(shù)將引領現(xiàn)代農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全要素的數(shù)字化和快速應用。
未來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將以數(shù)據(jù)為中心，通過傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，構(gòu)建多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的綜合采集、處理與分析平臺，該平臺最終通過專門的決策支持系統(tǒng)為農(nóng)民提供行動建議，以及自動安排相關作業(yè)。
2、生物技術(shù)的應用引領物質(zhì)生產(chǎn)向綠色化發(fā)展
在農(nóng)業(yè)領域，不斷發(fā)展的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)為應對病蟲害、環(huán)境退化、氣候變化等挑戰(zhàn)提供了新的替代方法，推動了農(nóng)業(yè)第二次綠色革命的發(fā)展。以基因工程為核心的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)已成為全球發(fā)展最為迅速、應用最為廣泛的生物技術(shù)。近年來涌現(xiàn)的基因編輯、表觀遺傳修飾等新一代生物技術(shù)使動植物育種更加高效、精準。
在工業(yè)領域，以工業(yè)生物技術(shù)為核心的生物制造已進入加速發(fā)展期，生物煉制向更加清潔高效的第?3?代模式轉(zhuǎn)型，技術(shù)迭代提速推動生物工具向更加精準、高效和規(guī)模化方向發(fā)展。未來合成生物制造有望革新化工、醫(yī)藥、能源等傳統(tǒng)行業(yè)的生產(chǎn)模式，實現(xiàn)綠色生物工藝過程，進而引發(fā)新一輪產(chǎn)業(yè)變革。
二、主要國家戰(zhàn)略舉措與特點
世界主要國家根據(jù)自身資源稟賦和經(jīng)濟基礎，紛紛出臺相關戰(zhàn)略舉措以確保自身綠色、可持續(xù)的物質(zhì)生產(chǎn)與供應，并已形成了各具特色的發(fā)展道路。
1、美國：重視生物技術(shù)、數(shù)字技術(shù)在農(nóng)業(yè)與工業(yè)領域的全方位應用，以保持其國際領先地位
美國自然資源稟賦好，實行大規(guī)模農(nóng)場生產(chǎn)與經(jīng)營，是全球最大的農(nóng)產(chǎn)品出口國。近年來，美國把農(nóng)業(yè)列為國家優(yōu)先發(fā)展領域，重視應用生物技術(shù)與數(shù)字技術(shù)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。
未來?10?年，美國在農(nóng)業(yè)領域重點聚焦種業(yè)、畜牧業(yè)、食品科技、土壤科學、農(nóng)業(yè)水分高效利用、數(shù)據(jù)科學和系統(tǒng)科學七大優(yōu)先方向，以及系統(tǒng)認知分析、新一代傳感器、農(nóng)業(yè)食品信息學、基因組學與精準育種、微生物組五大突破性技術(shù)。由于其國內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品供大于求，美國也重視生物質(zhì)能的開發(fā)與利用，并以能源需求帶動生物精煉等增值產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。美國能源部、農(nóng)業(yè)部和國防部等機構(gòu)都出臺了相關重大計劃，推動生物基產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。
2、歐洲各國：以綠色理念引領農(nóng)業(yè)與工業(yè)可持續(xù)發(fā)展
歐洲多數(shù)國家已基本解決糧食供給問題，關注純天然、無污染和高品質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)。歐洲國家重視將綠色理念植入現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和工業(yè)領域，引領社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。2020?年?5?月，歐盟發(fā)布了《從農(nóng)田到餐桌》（From Farm to Fork）和《歐盟?2030?年生物多樣性》（The EU 2030 Biodiversity Strategy）戰(zhàn)略，重點加強有機農(nóng)業(yè)，強制性限制和減少農(nóng)藥、化肥的使用，促進糧食系統(tǒng)向可持續(xù)轉(zhuǎn)型。同時，歐洲各國重視生物經(jīng)濟發(fā)展，利用可再生資源和先進技術(shù)實現(xiàn)低碳經(jīng)濟增長。目前，歐洲多國已發(fā)布生物經(jīng)濟戰(zhàn)略，英國還建立了多元的合成生物學中心網(wǎng)絡，大力推進合成生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
3、韓國、日本、以色列等國重視高值產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
韓國、日本、以色列是嚴重依賴糧食進口的國家。由于自然資源稟賦差，這些國家非常重視利用高新技術(shù)突破土地、水等資源束縛，選擇高度集約化與高值化的農(nóng)業(yè)發(fā)展道路。韓國在?2019?年發(fā)布的《未來農(nóng)業(yè)科技戰(zhàn)略》中提出以智能農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)生物技術(shù)推動農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)高值化發(fā)展；日本重視生物與信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的融合，重點聚焦先進生物制造等新一代生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展；以色列則重視人工智能技術(shù)與基因編輯技術(shù)的結(jié)合使用。
三、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與工業(yè)生物技術(shù)重點領域態(tài)勢與熱點
農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應用與發(fā)展使動植物育種和疫病防治更加精準、綠色
1、動植物基因組學研究和優(yōu)異基因挖掘是分子設計育種的基礎，也是動植物育種領域的前沿與熱點
近期，水稻、豬等重要物種的基因組測序與重測序取得重要進展，從而為后續(xù)動植物重要性狀分子機理解析奠定了基礎。同時，光合作用效率、氮肥高效利用等性狀遺傳調(diào)控機制研究取得了多項突破，這為動植物遺傳改良提供了重要基因資源。
其中，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所傅向東團隊發(fā)現(xiàn)的赤霉素信號傳導新機制為可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了一種新的育種策略，相關研究成果于?2020年2月7日以封面文章發(fā)表在?Science?上；中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心郭房慶團隊發(fā)現(xiàn)了能使水稻增產(chǎn)?8.1%—21.0%的?D1?蛋白合成新途徑，相關研究成果于?2020?年?4?月20?日發(fā)表在?Nature Plants?上。
總體而言，中國在育種領域的基礎研究，尤其是水稻生物學和作物基因組學等方面優(yōu)勢明顯。Nature Plants?評論指出，植物科學研究領域的巨大進步使中國農(nóng)業(yè)科學重新走在世界前沿。
2、基因編輯等新育種技術(shù)及產(chǎn)品蓬勃發(fā)展，全球基因編輯產(chǎn)品監(jiān)管尚未達成共識
在育種技術(shù)開發(fā)方面，以?CRISPR?為代表的基因編輯技術(shù)不斷升級改造，進一步提高了動植物育種的精準度和效率。此外，基因編輯技術(shù)與無融合生殖、單倍體誘導等其他傳統(tǒng)育種技術(shù)的結(jié)合，進一步豐富了育種工具的類型。在產(chǎn)品培育方面，基因編輯技術(shù)已經(jīng)應用于小麥、水稻等?15?種植物，以及牛、羊、豬等農(nóng)業(yè)動物的研究中。同時，基因編輯產(chǎn)品商業(yè)化進程不斷加快，首款基因編輯高油酸大豆油已于?2019?年在美國上市銷售。
目前，基因編輯產(chǎn)品監(jiān)管備受關注，各國在基因編輯產(chǎn)品監(jiān)管方面的進展不一，全球尚未就此達成共識。盡管基因編輯技術(shù)在育種中具有巨大應用前景，但由于歐美國家掌控了基因編輯技術(shù)的核心專利并已初步形成了從基礎研究到技術(shù)開發(fā)服務再到育種應用等完整的產(chǎn)業(yè)技術(shù)鏈布局，未來我國相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨較大威脅。
3、新型生物防疫制品的研發(fā)與應用促進動植物疫病防治更加綠色化
在植物病蟲害防治方面，RNAi農(nóng)藥和生物信息素等新型生物制劑是安全、有效、廉價和可持續(xù)的新型農(nóng)藥替代品，它能使植物蟲害防治更具針對性和可持續(xù)性，可比傳統(tǒng)農(nóng)藥獲得更好的保護效果和更高的收益。目前，基于?RNAi?技術(shù)的多款產(chǎn)品已獲得美國環(huán)保署批準作為殺蟲劑使用。歐盟生物基產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（BBI JU）投入?640?萬歐元，利用昆蟲性信息素開發(fā)生物防治技術(shù)，并推進其商業(yè)化應用。
在動物防疫方面，非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)解析與組裝機制研究、非洲豬瘟候選疫苗與禽流感疫苗均取得突破，這為重大動物疫病的綠色防控奠定了重要基礎。
數(shù)字技術(shù)助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理更加高效、智能，引領生物合成進入智能設計時代
1、大田作物生產(chǎn)管理和畜禽養(yǎng)殖更加高效
在數(shù)據(jù)采集方面，傳感系統(tǒng)實現(xiàn)了物物相連，使數(shù)據(jù)采集更加實時便捷。例如，德國拜耳公司旗下的氣候公司（Climate Corporation）已開發(fā)了全球首個田間感應器網(wǎng)絡，為其引領數(shù)字農(nóng)業(yè)市場奠定了重要基礎。
在大田作物管理方面，大數(shù)據(jù)結(jié)合智能技術(shù)提高了作物生產(chǎn)率。美國微軟公司等開發(fā)的人工智能播種應用程序（APP）使試驗點作物產(chǎn)量平均增長?10%—30%。
在畜禽養(yǎng)殖方面，人工智能技術(shù)使畜禽養(yǎng)殖更加便捷和高效。英國推出了?5G?智能奶牛項圈，實現(xiàn)了對奶牛健康狀況的實時監(jiān)測。
在產(chǎn)業(yè)方面，歐美農(nóng)業(yè)跨國公司憑借敏銳的洞察力，紛紛加強數(shù)字農(nóng)業(yè)業(yè)務布局。其中，拜耳公司是率先在業(yè)內(nèi)將大數(shù)據(jù)應用到農(nóng)業(yè)領域的企業(yè)，并通過系列并購成為數(shù)字農(nóng)業(yè)行業(yè)的標桿。目前，拜耳公司將農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)業(yè)務作為其核心業(yè)務發(fā)展，并仍在不斷拓展數(shù)字農(nóng)業(yè)平臺市場，以期打造覆蓋全球的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)王國。
2、農(nóng)業(yè)機械裝備更加智能化、集約化
當前，智能農(nóng)機裝備不斷推陳出新。例如，草莓采摘機器人、跨物種收獲機器人、無人駕駛拖拉機等集高精度定位、大數(shù)據(jù)分析、智能識別等技術(shù)于一體，大幅提高了農(nóng)業(yè)自動化水平和生產(chǎn)效率。植物工廠發(fā)展快速，受到各國廣泛關注。英國加強資助新一代植物工廠種植技術(shù)研究，新加坡擬籌建室內(nèi)植物工廠，日本商業(yè)化運營的植物工廠超過120家，我國也緊跟步伐并取得了重要進展。
總體而言，貫穿于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的農(nóng)業(yè)機械裝備本質(zhì)上是一個技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)。由于我國農(nóng)機裝備粗放式發(fā)展，并一直依靠引進國外農(nóng)機技術(shù)體系，導致目前與美國等發(fā)達國家在動力換擋、液壓控制、農(nóng)機可靠性等方面存在代差。
3、生物合成進入智能設計時代
目前，研究人員在從基因、蛋白質(zhì)、生物體設計到生物制造過程研發(fā)等方面取得了多項重要進展。其中，美國華盛頓大學和斯坦福大學利用計算機程序設計出首個人造抗癌蛋白；美國伊利諾伊大學開發(fā)出集人工智能設計、構(gòu)建、測試和學習于一體的工程化平臺，并完成了番茄紅素生物制造實證。
工業(yè)生物技術(shù)應用范圍和深度不斷擴展，為經(jīng)濟社會重大挑戰(zhàn)提供綠色解決方案
1、基于細胞工廠、體外酶分子機器等技術(shù)制造的新型生物制造產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)
研究人員已經(jīng)在細胞培養(yǎng)肉、大麻素及其衍生物的生物全合成、二氧化碳/氮氣轉(zhuǎn)化成生物柴油、人造葉綠體等方面取得重大突破，為未來農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥、能源等行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展提供了更多可能。其中，來自德國馬普學會地球微生物學研究所和法國波爾多大學的研究人員將菠菜的“捕光器”與?9?種不同生物體的酶結(jié)合起來，制造了人造葉綠體，并利用光和該系統(tǒng)實現(xiàn)了二氧化碳的固定，相關研究成果于2020年5月8日發(fā)表在?Science?雜志上。
2、生物制造產(chǎn)品有望為解決社會重大挑戰(zhàn)提供綠色解決方案
當前，塑料污染成為全球性威脅，全球已有?50?多個國家和地區(qū)推出禁用、限用或管控不可降解塑料使用的政策和法規(guī)；其中，我國也在?2020?年初出臺更具體且嚴格的新版“限塑令”。工業(yè)生物技術(shù)在解決上述重大挑戰(zhàn)方面大有作為。其中，法國圖盧茲大學開發(fā)出的新型水解酶能以較低成本在?10?小時內(nèi)水解?90%?的飽和聚酯（PET）塑料；中國科學院青島生物能源與過程研究所、理化技術(shù)研究所在酶降解PET塑料、海水降解塑料等方面的研究也取得進展。同時，可降解生物塑料和生物基塑料的研發(fā)與量產(chǎn)均已取得較好進展，從而為未來部分替代傳統(tǒng)石油基塑料產(chǎn)品奠定了重要基礎。
四、未來展望
1、依據(jù)自身資源稟賦選擇適合我國國情的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展道路
我國幅員遼闊，自然環(huán)境復雜多樣化，不同區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展的條件差異大。因此，我國不應盲目照搬國外農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，需因地制宜確定各地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。同時，應以創(chuàng)新驅(qū)動促進農(nóng)業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，持續(xù)加快生物技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等關鍵使能技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應用，推進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，保障我國糧食安全與營養(yǎng)。
2、掌握生物經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略主動權(quán)
當前，主要發(fā)達國家掀起新一輪全球科技和產(chǎn)業(yè)競賽，以搶占下一輪經(jīng)濟增長的戰(zhàn)略制高點。美國視生物經(jīng)濟為關系到經(jīng)濟繁榮和國家安全的重要議題，將生物技術(shù)納入出口管制清單并試圖遏制我國生物技術(shù)快速崛起。因此，我國應重視生物技術(shù)自主創(chuàng)新，增強生物制造核心技術(shù)能力，推動生物技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)與應用，從而保障我國生物產(chǎn)業(yè)安全。
*本文由中國科學院文獻情報中心現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技情報團隊、中國科學院成都文獻情報中心生物科技情報團隊共同撰稿，執(zhí)筆人包括：楊艷萍、李東巧、謝華玲、遲培娟、陳方、丁陳君。
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