合成生物技术如何赋能农业领域？

合成生物学技术的本质是科技革命带来的生产方式的变革，合成生物学对传统生产方式 带来补充或颠覆，赋能传统行业。

我认为合成生物学与传统行业不是对立关系，更多 是通过和传统行业结合，在特定的应用场景下才得以体现其优势，实现低碳生产方式， 赋能传统行业，提升社会整体劳动生产率，带来新的创新和成长机遇。合成生物技术的 成果可应用于医疗健康、能源开发、环境保护以及工业制造等众多领域，赋能传统行业， 为解决人类面临的诸多挑战提供了创新的解决方案。 合成生物学赋能现代农业，为现代农业发展注入新活力，助力解决粮食危机。合成生物 学与现代农业结合，通过技术赋能，可解决现代农业存在的行业痛点，提高劳动生产率， 为全球粮食安全与食品安全做出重要贡献。 在全球人口持续增长、气候变化影响加剧、以及部分地区局势动荡的多重背景下，粮食 安全问题已成为全人类面临的严峻挑战。联合国粮农组织在《世界粮食安全和营养状况》 报告中指出，2021 年全球约有 23 亿人处于中度或重度粮食不安全状态。与此同时，耕 地资源的开发与增长受限，迫切需要一种快速且可持续的方式，来提升农业生产效率与 质量。 在此关键时刻，新兴的合成生物学在作物育种、固氮改进、以及农业中微生物的改造与运用等农业领域应用中展现出强大的潜力，为解决粮食危机提供了新的思路与方法。

1） 基因编辑：精准改良农作物特性。基因编辑技术是合成生物学在农业领域的重要应用之一，当前操作最便捷、应用最广泛 的基因编辑工具之一是 CRISPR-Cas 基因编辑技术。在农业领域，CRISPR-Cas 基因编辑 技术的应用涵盖作物抗逆性增强、病虫害防治、微生物菌剂功能强化等方向，推动农业 生产的绿色化和智能化。相较于传统基因编辑技术，CRISPR-Cas 基因编辑技术的核心优 势在于其高效性、精准性和可编程性，已成为农业技术革新的关键驱动力： 在抗逆、抗病虫方面：根据 PR Newswire，美国 Calyxt 公司运用基因编辑技术 CRISPR/Cas9，成功开发出一系列具有优异抗逆性能的作物品种，如抗旱、抗病和抗虫 的大豆、小麦和玉米。这些作物在面对恶劣的自然环境和病虫害侵袭时，能展现出更强 的适应能力，有助于提高农作物的产量，同时减少因病虫害防治而对农药的过度依赖。 根据中国科学院官网，中国科学院华南植物园利用 CRISPR/Cas9 技术成功开发出抗褐飞 虱的水稻品种。褐飞虱是水稻生产中的主要害虫之一，抗褐飞虱水稻品种的培育，为保 障我国及全球水稻生产安全提供了有力支持。 在改善营养价值方面：日本企业 Sanatech Seeds 通过 CRISPR 基因编辑技术，开发出 GABA 水平超普通品种 5 倍的番茄品系4。GABA 具有降低血压、改善情绪等多种健康功 效，这种高 GABA 含量的番茄品系的出现，不仅满足了消费者对更健康食物的需求，也 为农产品的功能化开发开辟了新的方向。 CRISPR 技术正对农业产生深远影响，未来 CRISPR 基因组编辑技术或将会与 AI、活细 胞成像和测序等技术进步相互交织，更多 CRISPR 编辑作物有望批准上市，生产抗病性、 高产量作物以增加全球食物供应和安全性。

2） 生物固氮途径改进：提升氮源利用效率。氮是植物生长所必需的重要营养元素之一，传统农业生产中主要依赖化学氮肥来满足农 作物对氮的需求。然而，化学氮肥的大量使用不仅会导致土壤质量下降、水体污染等环 境问题，还会增加农业生产成本。合成生物学在改进生物固氮途径方面的研究，为解决 这一问题提供了新的途径。 根据 Pivot Bio 官网，Pivot Bio 公司通过基因编辑技术对野生固氮菌进行改造，成功提升 了其固氮效率。该公司利用固氮菌能够转化空气中氮气和植物代谢产物为生长所需营养 物质的特性，将其开发成新型生物肥料。以其产品 PROVEN 氮肥为例，其中含有的微生 物能够在玉米根际定殖，与玉米形成共生关系进行固氮，为玉米生长提供充足的氮素营 养。与传统化学肥料相比，这种生物肥料不仅提高了氮源的利用效率、降低了农业生产 成本，还能够减少温室气体的排放，降低对环境的污染，有助于实现农业生产的碳中和 目标。 根据富邦科技 2024 半年报，公司通过与中国农业大学、华中农业大学、国家生物农药 工程技术研究中心等机构合作，推动了合成生物学技术在禾本科作物固氮、抗逆基因挖 掘、微生物菌剂强化等领域的应用。富邦科技与中国农业大学陈三凤教授团队合作，在 具有优良固氮性能的多粘类芽孢杆菌基础上对其进行遗传改造，强化固氮酶活性，提升 了菌株的田间固氮效率。 根据世界农化网，Azotic Technologies 基于专利的固氮醋酸杆菌，开发出旗舰产品 Envita®液态固氮生物制剂，通过沟施或叶面喷施，与植物建立共生关系，使固氮菌在 整个生长期内在植物细胞内固定氮素，减少对化学氮肥的依赖，助力农业可持续发展。

3） 驱动生物农药发展：迈向绿色农业。在农业生产中，农药的使用对于防治病虫害、保障农作物产量起着至关重要的作用。然 而，传统化学农药的大量使用也带来了一系列环境和健康问题。合成生物学的发展为生 物农药的研发和创新提供了强大的技术支持，推动其快速发展。 AgBiTech 公司开发出一系列基于合成生物学的生物农药，包括基于杆状病毒的生物杀虫 剂和基于细菌的生物杀菌剂等。这些生物农药具有高效、低毒和环保的特点，能够精准 地针对特定的病虫害进行防治，同时减少对非靶标生物的影响。与传统化学农药相比， 生物农药在使用过程中不会对土壤、水体和空气造成污染，有助于保护生态环境，实现 农业的可持续发展。同时，生物农药的低毒特性也降低了对农产品质量安全的风险，保 障了消费者的健康。

合成生物学取代传统生产方式的关键在于成本和效率。合成生物学技术对传统生产方式 进行取代或颠覆需要建立在成本下降、效率提升上。随着未来技术的不断迭代和应用的 深入推广，合成生物技术在农业领域的应用有望发挥出巨大的价值及潜力，引领现代农 业迈向更加绿色、高效、可持续的发展道路。