2026年7月15日，第二十八届中国科协年会主论坛上，中国科协正式发布2026年重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题。“合成生物学驱动的微生物农药全链条产业升级”入选10个产业技术问题。这一议题的入选，标志着合成生物学与微生物农药的深度融合已从学术前沿走向国家产业战略的核心视野。
那么，合成生物学究竟如何驱动微生物农药实现全链条产业升级？这场变革又将如何重塑中国农业的未来？本文将带你一探究竟。
一、从“天然提取”到“细胞工厂”：一场生产方式的革命
传统微生物农药的生产，长期面临“叫好不叫座”的窘境-活性成分含量低、生产成本高、规模化难。以天然除虫菊酯为例，其因高效、低毒的特性备受关注，但天然提取成本高昂，原料供应不足，化学合成又存在异构体问题，严重限制了其广泛应用。
合成生物学的介入，将彻底改变了这一局面。
2025年11月，中国农业科学院深圳农业基因组研究所李伟课题组联合赵程课题组在《Advanced Science》上发表了一项突破性研究：他们利用“人工智能+基因组规模代谢网络模型（GEM）”的设计思路，成功将大肠杆菌改造为高效的“细胞工厂”，实现了天然农药除虫菊酸的高效微生物合成。
研究团队首先在工程菌中构建了除虫菊酸的合成通路，发现目标产物的前体物质大量流向副产物。通过基因组尺度代谢模型作为“代谢导航系统”，研究人员精准定位关键分流点，采用小RNA技术抑制关键分流点活性，使中间产物除虫菊醇的产量提升2.6倍。进一步优化关键酶基因的拷贝数后，发酵最终产量达到141.78mg/L，创下了生物合成除虫菊酸的最高纪录。
合成除虫菊酸的大肠杆菌细胞工厂效果图。
这并非孤例。华东理工大学谭高翼课题组针对重要生物杀虫剂多杀菌素（Spinosad），构建了刺糖多孢菌的基因组规模代谢模型，系统解析了多杀菌素合成路径中的代谢流量分布、前体供应竞争及潜在限速步骤。通过鼠李糖前体供应强化、生物合成基因簇加倍、非天然丙二酰辅酶A合成途径引入等一系列系统改造，工程菌株产量较原始菌株提高5.5倍，在10升发酵罐中达到1.8g/L，展现出良好的可放大性与工业化应用前景。
刺糖多孢菌中多杀菌素系统代谢工程改造示意图
更令人振奋的是，河北大学罗都强教授团队从上千个特殊环境真菌中筛选到能产啶南平的产生菌，运用合成生物学技术对菌株进行系统性改造，将啶南平A发酵产量从0.003克/升提升至1克/升，达到国内最高水平。2026年7月，该技术以1700万元转让给陕西格丽达生物科技有限公司，彻底打破国外巨头对啶南平核心化合物专利的垄断。
这些案例共同揭示了一个趋势：合成生物学正在将微生物从“天然产物提取器”升级为“可编程的细胞工厂”，让农药生产从“靠天吃饭”走向“按需制造”。
二、全链条产业升级：从实验室到田间的“最后一公里”
技术突破只是起点，真正的产业升级需要打通“研发-中试-量产-应用”的全链条。这恰恰是合成生物学驱动微生物农药产业升级的核心命题。
（一）研发端：AI+合成生物学，缩短创新周期
利民控股集团股份有限公司是国内率先布局合成生物农药的龙头企业之一。2024年9月，利民与上海植生优谷生物技术有限公司合作开发RNA生物农药，利用AI算法快速筛选靶标基因，优化分子结构设计，显著提升了农药的靶向性和环境兼容性。同年12月，利民与成都绿信诺生物科技有限公司合作，基于“AI+合成生物学”平台开发小肽生物农药，通过AI预测蛋白质功能并优化代谢通路，缩短了研发周期，降低了生产成本。
利民股份副董事长张庆指出，合成生物技术提供了三个关键技术路径：通过高通量筛选等技术大幅缩短产品研发时间、降低成本；酶工程技术的突破让化学合成工艺的反应温度降至室温，设备投资显著减少，理论收率接近100%；加速布局RNAi、小肽、噬菌体等“来源于自然，应用于自然”的绿色新型农药。
（二）中试端：搭建从实验室到产业化的桥梁
中试环节是科技成果转化的“死亡之谷”。目前，全国各地生物制造中试平台正在积极建设，比如湖南省常德市已建成一家合成生物领域省级科技成果转化中试基地，致力于实现基础研究到成果产业化全过程的无缝衔接，为各创新主体提供科技成果一站式转化服务，加速区域内合成生物学微生物制剂的成果转化进程。
2026年4月，由海利集团牵头，联合中南大学、湖南农业大学等多家单位共同组建的生物基农药合成生物制造及产业化创新联合体正式启动。该联合体围绕精草铵膦绿色制造、RNA-噬菌体农药、小分子多肽类生物基农药三大领域开展协同攻关，旨在打通基础研究、工艺开发、中试熟化到产业化应用的全链条。
（三）生产端：构建全链条产业化能力
利民股份已构建起以生物合成技术为核心的新发展格局，不仅拥有标准化微生物发酵生产基地与先进生物合成实验室，更形成了从研发、中试到生产、销售的全链条产业化能力。公司已形成原药产能11.02万吨、制剂产能13.27万吨，产品走向全球130多个国家和地区。
新长山集团则系统介绍了其“菌种资源挖掘-合成途径解析-产品应用落地”的全链条创新模式。该集团联合科研团队建成国内规模巨大的植物内生微生物资源库，通过基因编辑与发酵优化，实现了光合细菌代谢物高产，改造贝莱斯芽孢杆菌使丰原素含量显著提升。
（四）应用端：从田间验证到市场推广
技术最终要服务于田间。江苏克胜集团研发的“战象”系列生物农药，涵盖多杀霉素、氨基寡糖素、春雷霉素等多种产品，形成针对稻纵卷叶螟、甘蓝小菜蛾等主要病虫害的“生物+化学协同防控”方案。其中“战象绿洲”通过复配多杀霉素和茚虫威，有效解决了害虫抗药性问题，在稻纵卷叶螟防控中实现减量用药30%以上。
新长山集团的多丰元生物菌剂在番茄青枯病防治中达到优秀水平，槟榔黄叶病防控效果显著并同步增产。
三、政策东风与市场蓝海：产业升级的双重驱动
（一）政策体系日趋完善
合成生物学驱动的微生物农药产业升级，离不开国家政策的顶层设计。
“十四五”期间，《“十四五”生物经济发展规划》首次将生物制造列为生物经济的重要发展方向。2023年中央经济工作会议将生物制造列为战略性新兴产业重点打造对象；2024年政府工作报告明确将生物制造作为“新增长引擎”；2025年政府工作报告首次将生物制造正式纳入“未来产业”培育。
“十五五”规划纲要将生物制造列为重点培育产业。地方层面，广东、上海等地纷纷出台相关政策。广东省2026年初印发《广东省推动生物制造赋能制造业的若干措施》，明确支持微生物农药等产品项目的研发与转化。上海早在2023年就发布了《上海市加快合成生物创新策源 打造高端生物制造产业集群行动方案（2023-2025年）》。
（二）市场规模加速扩张
全球生物农药市场正经历爆发式增长。数据显示，全球生物农药市场规模从2020年的43亿美元增长至2022年的95亿美元，预计2027年将达167.5亿美元。中国生物农药市场预计到2027年将增长至330.9亿元人民币，年均复合增长率达17.1%。产业规模上，行业提出到2030年生物农药登记占比提升至30%以上，市场规模达500亿元。
截至2026年3月，我国已登记生物农药有效成分179种，占农药登记总量的22.5%，其中微生物农药83种。更值得注意的是，2024年获批的10个新农药中7个为生物农药，2025年获批的14个新农药中10个为生物农药-生物农药正从“少数派”变成“主力军”。
（三）企业加速转型
产业趋势的转变正在倒逼传统农化企业加速转型。利民股份敏锐捕捉到行业趋势，率先突破技术壁垒，推动产品结构从传统化学农药向合成生物农药转型。据公司财报，2025年前三季度营业收入35.99亿元，归母净利润同比大幅上升661.66%。
湖北茂盛生物有限公司在2026战略升级发布会上宣布，未来将锚定生物肥料、生物农药、合成生物技术三大核心赛道。钱江生化携手浙江大学，成功构建出高产高纯度赤霉酸新菌种并实现产业化落地。
四、挑战与展望：从“产业备胎”到“绿色主赛道”
尽管前景广阔，合成生物学驱动的微生物农药全链条产业升级仍面临诸多挑战。
技术层面，微生物天然产物农药的生产仍面临菌种效率低、菌株优化难度大的困境。链霉菌等底盘细胞的遗传操作难度大、次级代谢调控网络复杂，传统育种与代谢工程手段难以实现产量的大幅提升。此外，从实验室到产业化的放大过程中，发酵工艺、分离纯化、制剂配方等环节仍存在诸多工程化难题。
产业层面，生物农药长期面临“叫好不叫座”的窘境-成本高、药效慢、市场认知度低。虽然合成生物学正在大幅降低成本，但从“政策备胎”到“结构性主角”仍需时日。此外，生物农药的登记周期长、标准体系尚不完善，也在一定程度上制约了产业发展。
但趋势不可逆转。 正如柏连阳院士所言：“生物基农药与合成生物制造是未来绿色农药发展的重要方向。”随着全球对化学农药的限制日益严格、消费者对食品安全的需求持续提升、以及合成生物学技术的不断成熟，微生物农药正加速从绿色农业的“补充选项”升级为病虫害防治的“重要选择”。
展望“十五五”，人工智能与合成生物学的深度融合、国家级农业微生物育种大数据平台的建设、以及“政产学研用”协同创新体系的完善，将为微生物农药全链条产业升级注入更强劲的动力。
从“细胞工厂”到田间地头，从实验室的基因编辑到万吨级的发酵罐，合成生物学正在重新定义微生物农药的生产逻辑。这不仅仅是一场技术革命，更是一场关乎粮食安全、生态安全和农业可持续发展的产业变革。正如2026年中国科协所昭示的——合成生物学驱动的微生物农药全链条产业升级，正在为中国农业的未来书写新的篇章。
参考文献
[1]中国科学技术协会.第二十八届中国科协年会发布2026重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题[EB/OL].北京,2026-07-15.
[2] 张玮华,毛佳慧.利民股份：锻造绿色农业新质生产力[N].上海证券报,2026-01-10.
[3] 陈传武.茂盛生物战略升级锚定三大赛道[N].中国化工报,2026-07-07.
[4] 河北大学科技成果转化金额再创新高[EB/OL].教育在线,2026-07-14.
[5] 李晨.大肠杆菌变身“农药工厂”高效合成天然除虫菊酸[N].中国科学报,2025-11-28.
[6] Advanced Science报道我校在多杀菌素代谢工程改造研究中取得新进展[EB/OL].华东理工大学科学技术发展研究院,2025-10-23.
[7] 广东省推动生物制造赋能制造业的若干措施[EB/OL].广东省工业和信息化厅,2026-01-05.
[8] 李曼,杜娟,宋仲戬,等.农业微生物育种：“十四五”成果回顾与“十五五”发展展望[J].中国农业科技导报（中英文）,2025,27(12):42-51.
[9] 生物农药加速驶入绿色防控“主赛道”[N].中国农科新闻网,2026-06-30.
[10] 新长山集团.从实验室到田间：新长山集团合成生物学赋能生物农药[EB/OL].2025-06-25.
[11] 生物基农药合成生物制造及产业化创新联合体在海利集团正式启动[EB/OL].湖南省人民政府国有资产监督管理委员会,2026-04-10.
[12] 利民与华中农大签约成立微生物农药创新研究院[EB/OL].新浪财经,2025-12-26.
[13] 合成生物学助力链霉菌天然产物农药创制与产业化[J].植物保护,2023(5).
[14] 黄中钜.从生物合成到AI“智”造——江苏农化企业集群勾勒农药行业转型新路径[N].农民日报,2026-01-13(7).