从美国到中国再到欧洲,全球有一些公司正在围绕农业领域的生物技术主题开展创新工作。
根据 Allied Market Research 的研究报告称,2021 年全球农业生物技术市场规模为 931 亿美元,预计到 2031 年将达到 2146 亿美元,2022 年至 2031 年复合年增长率为 8.8%。未来亚太地区将为全球农业生物技术市场提供更多商机。
生物技术应用于农业生产资料行业,主要是种业、转基因作物、生物农药和生物肥料四个方面。该市场由先正达、巴斯夫、科迪华和拜耳等农业跨国公司主导。农业生物技术是一个深入研究的领域,需要高技能的人力资源才能取得重大成果。许多发展中经济体缺乏熟练的人力资源,即使有人力资源,也要么供不应求,要么没有获得足够的机会。企业发展中经济体研发预算分配不足、研究基础设施缺乏、人力资源和专业知识不足预计将限制企业的成长。传统跨国企业在这方面并不比新兴企业具有明显的先发优势,但通过积极通过收购、投资等金融手段,高铸好自己的护城河,在生物技术领域上快人一步。
先正达拥有世界一流植保开发能力和领先的种业生物技术,在全球植保行业排名第一、种子行业排名第三、在数字农业领域处于领先地位。作为全球第二大种业公司,先正达一直致力于应用生物技术改良作物品种,以满足全球不断增长的粮食需求。近年来,先正达加大了数字化创新的力度,积极利用大数据、人工智能等新技术推动传统育种的转型升级。
此外,先正达还与编辑基因技术的先锋企业 Inari 建立战略合作,探索基因组编辑技术在玉米等主要作物中的应用,以期在抗旱等方面培育出性状优异的新品种。这显示出先正达对 CRISPR 等基因编辑技术的重视,并积极推动这些前沿技术的商业化进程。
先正达正通过数字创新与基因编辑技术双轮驱动,改良传统的育种模式,力争在粮食增产与作物筛选的品质提升方面获得突破。这些努力将有助于其持续领先于快速变革的农业科技前沿,并让更多农民以及消费者从中受益。
作为全球领先的化学公司,巴斯夫在为农业提供化学农输入品的同时,也十分重视生物技术的研发与应用。近年来,巴斯夫持续加大在生物技术创新方面的投入,致力于研发高效、安全的生物农业解决方案。
2022 年,巴斯夫宣布未来 5-10 年将在农业解决方案研发上持续发力,重点布局生物技术创新。例如,巴斯夫开发了利用益生菌的微生物制剂,可有效激活植物自身免疫系统增强抗性。此外,巴斯夫还通过基因组技术开发出更安全的新型杀菌剂,以减少农药使用。
可以看出,巴斯夫正在逐步从传统农用化学品,向生物技术和生物农药领域转型。这是巴斯夫响应消费者渴求环保、安全农产品的市场需求,并推动农业可持续发展的重要举措。随着监管环境的开放,预计巴斯夫在农业生物技术创新的投入将持续增加。
作为全球重要的杀虫剂生产商,科迪华一直致力于研发高效低毒的新型杀虫产品。近年来,科迪华加大了对生物技术的投入和应用,积极采用生物工程手段研发创新型生物杀虫剂。
2022 年,科迪华启动了一项重磅项目,通过基因组技术改造微生物制备天然杀虫素,这种天然杀虫剂来源于微生物自身代谢产物,安全性高且对环境影响小。该技术的成功将大大降低杀虫剂对环境的污染。此外,科迪华还研发了利用RNA 干扰的昆虫控制技术,可在不改变植物基因组的前提下杀死作物害虫。
随着监管环境趋于宽松和消费需求的变化,科迪华正在加速从传统化学农药向生物技术创新转型。这些举措不仅有利于减少农药残留,也将提高杀虫剂的效果并降低对环境的危害。预计未来科迪华在农业生物技术领域的投入力度还将持续提高。
作为全球最大的农用化学品供应商之一,拜耳在传统化学农药研发方面拥有雄厚的实力。与此同时,拜耳也在积极拓展生物技术创新业务,以满足可持续农业发展的需要。
2022 年,拜耳宣布在未来 5 年重点布局数字化和生物技术领域的创新。例如,拜耳开发了利用 RNA 干扰技术的杀虫产品,可以高效沉默害
虫基因导致其死亡,同时对人畜安全。拜耳还通过基因组技术筛选出了抗旱性强的杂交水稻品种。
可以看出,拜耳正在加速生物技术创新的步伐,以减少对化学农药的依赖。这是拜耳响应可持续农业发展趋势,满足消费者对绿色食品的需求所作出的重要举措。随着监管环境的进一步开放,预计拜耳在农业生物技术方面的投入力量还将持续增加。
合则两利,分则两败。这句话用在跨国农化巨头身上是恰当和适宜的。近年来,全球领先的农业生物技术公司与创新型中小企业建立了广泛的合作,这对双方都具有重要战略意义。一方面,中小企业掌握着生物技术创新的优势,另一方面,跨国公司拥有强大的资本实力和全球化销售网络。通过战略合作,中小企业的创新技术可快速进入全球市场,而跨国公司也可借助创新技术实现收入增长。
在农业生产中使用上生物技术的辅助,对于跨国农业巨头来说也是一个全新的挑战,在这个领域中,跨国企业拥有资本优势,但不具有先发优势和技术领先性。这些中小企业也是生物技术创新的重要来源,通过他们所掌握的生物技术所产生的产品,正在通过跨国公司的全球分销网络快速进入市场,并帮助跨国农业巨头公司实现其营收增长计划。这些中小企业主要有 Harpe Bioherbicide Solutions, Inc.、Tropic、
Pairwise、GreenVenus、GDM、Benson Hill、BetterSeeds 等。
具体来看,最近的重要合作案例包括：先正达与 Harpe 在基因编辑技术的应用上达成合作,以开发新型生物除草剂；科迪华与Tropic 的合作利用基因沉默技术培育抗病作物；Benson Hill 通过与科迪华的许可协议获得作物除草剂耐受性；巴斯夫战略投资合成生物技术初创公司 Bota Bio； Pairwise 与拜耳合作应用基因编辑技术优化玉米品种。可以看出,这些案例涉及的创新技术主要集中在基因编辑、信息素和微生物领域。
具体到各企业：
先正达近年来与多家创新型中小企业建立合作,主要涉及微生物和基因编辑技术。除了与 Harpe 的合作,先正达还与生物技术公司 Provivi 就利用信息素技术控制水稻害虫展开合作,并与初创公司M2i 合作研发信息素技术管理葡萄藤害虫。这些举措显著拓展了先
正达在可持续农业解决方案方面的产品组合。
科迪华也与多家创新型企业达成战略合作,特别是在基因编辑技术的应用方面。除了与 Tropic 的合作外,科迪华还与 Pairwise建立了合作,开发抗旱耐热的作物品种。科迪华最近还成立了1000万美元的基因编辑创新基金,支持相关领域初创企业。这充分体现了科迪华在核心创新技术培育方面的战略眼光。
拜耳与合成生物技术公司 Ginkgo 建立合作,研发微生物农药；与基因组编辑公司 Inari 战略投资,布局基因编辑技术。此外,拜耳还设立了面向创新型中小企业的赠款计划 Grants4Ag,以支持可持续农业相关的先进技术研究。这体现了拜耳对开放创新的积极态度。
巴斯夫最近投资合成生物技术初创公司 Bota Bio,并与英格生物达成战略合作开发草药护肤品活性成分。这充分展现了巴斯夫在白色生物技术领域的布局战略。此外,巴斯夫还宣布投入 10 亿欧元用于数字农业创新,与创新型企业开展深入合作。
综上所述,跨国公司与创新型中小企业建立战略合作,使双方获益良多。中小企业的技术优势与跨国公司的资本实力实现了有效结合,推动了农业生物技术的进步与应用。未来,这种跨界合作也将持续活跃,共同推动农业可持续发展。
具体来看,这种合作主要集中在以下技术创新领域：
第一,基因编辑技术。CRISPR-Cas9 等基因编辑工具为精准改良作物性状提供了可能。中小企业掌握相关核心技术,通过与跨国公司合作,可将基因编辑技术转化为商业产品。
第二,信息素技术。信息素作为无毒、环境友好的昆虫行为调节剂,应用于害虫防治具有广阔前景。中小企业是该领域的主要技术创新来源。
第三,微生物技术。微生物可用于生物农药、土壤营养等多个领域。中小企业在筛选及应用微生物方面积累了知识与技术。
第四,合成生物学。利用合成生物学设计生产抗菌肽、生物活性物等新型农业输入物,是具有潜力的创新方向。
第五,数字农业。基于大数据、传感器、机器学习的数字农业技术,也吸引了跨国公司与创企的广泛合作。
中小企业是农业生物技术创新的重要引擎,而跨国公司具备商业化的关键能力。两者战略合作,既助力创新企业成长,也使大公司获益。这种合作模式充分发挥了双方优势,有利于形成创新生态,推动农业生物技术向良性发展。面向未来,持续鼓励跨界合作与交流,培育更多具影响力的技术创新,将是促进农业可持续发展的重要举措。
随着生物技术的快速发展,基因工程在农业育种领域的应用备受关注。利用基因工程手段培育的转基因作物自上世纪 90 年代商业化种植以来,为增产保障粮食安全做出了重要贡献。与此同时,新一代基因编辑技术的兴起为实现更精准的基因工程提供了可能。当前和未来一段时间,基于基因工程的生物育种仍将是最为火热的研发方向。
根据 Meticulous Research 的最新出版物预计到 2029 年,植物育种市场将达到 337.9 亿美元,2022 年至 2029 年的复合年增长率为 14.1%。人们对可持续作物生产重要性的认识不断增强,基因组解决方案成本不断下降,人们对可持续作物生产的日益重视植物育种领域的技术进步是推动全球植物育种市场增长的一些因素。此外,种子公司不断增加的投资以及分子育种支持性法规的增加预计将为该市场的利益相关者提供重大的增长机会。
第一,基因工程育种可提高农作物产量潜力。传统育种依赖对已有性状的组合改良,改良空间有限。而基因工程可将不同物种的优良基因导入作物,打破跨物种的遗传屏障,大幅提升产量上限。例如,转 Bt 基因玉米和棉花的平均产量分别提高了 10% 和 15%。
第二,基因工程育种可赋予作物新的抗逆性。通过导入抗旱、抗涝、抗虫等相关功能基因,可培育出对逆境环境具备更强适应性的新品种。拜耳的抗旱玉米产品DroughtGard 就通过转入冷响应因子的基因,增强了玉米的抗旱能力。其余企业等也在研发利用 CRISPR/Cas9 导入 NAC 转录因子等提高植物抗逆性的策略。
第三,基因工程育种更为高效。传统育种从选种到定型栽培要经过十年甚至更长时间,而应用基因工程技术可在 3-5 年内完成新品种培育。同时传统育种依赖试错,而基因工程可有针对性地改造特定性状。例如Calyxt(Cibus)通过基因编辑技术仅用了 3 年时间就培育出了高油酸大豆产品。
第四,新一代基因编辑技术具有更大应用潜力。与传统转基因技术相比,CRISPR/Cas9 等新技术可实现对染色体的更精确切割与修饰。它可以在不插入外源基因的情况下激活或抑制目标基因,并且离体操作使育种过程更加可控。因此,新一代基因编辑技术被认为是更精准、更安全的基因工程手段。
主要的农业生物技术公司都积极布局基因工程育种领域：
印度初创公司 BioPrime AgriSolutions 专注于植物组织培养和农业生物制品领域。它利用双单倍体、体细胞胚胎发生、微繁殖、体外诱变等细胞技术来支持植物育种。此外,它还利用植物化合物和植物相关微生物来创造可持续的生物制品。这些技术基于植物应对不利条件的先天能力以及植物与周围微生物之间的共生关系。因此,该初创公司开发了一种生物有机且可持续的解决方案,以改善作物健康、营养和产量。
KWS SAAT 是一家德国生物技术公司,专门从事植物育种和种子生产。KWS SAAT 为一系列作物开发新植物品种,包括玉米、甜菜和谷物。该公司的重点是开发更能适应气候变化、更适合特定生长条件的品种。KWS SAAT 生产和分销多种农作物的优质种子。该公司的重点是开发产量更高、抗病性更好、质量更高的种子。KWS SAAT 的工作重点是开发新植物品种和生产高质量种子,帮助农民提高作物产量、减少投入并创建更可持续的粮食系统。
Inari 是一家美国生物技术创新公司,利用基因编辑和机器学习来开发具有理想性状的作物,例如耐旱、抗病和改善营养。Inari 利用 CRISPR 基因编辑技术对植物 DNA 进行精确改变。该技术使该公司能够开发具有理想性状的作物,例如耐旱、抗病和改善营养。Inari 正在利用基因编辑技术开发一系列作物,包括玉米、大豆和小麦。该公司的重点是开发更具弹性、可持续且更适合特定生长条件的作物。Inari 使用机器学习和数据分析来识别可用于作物改良的基因。该技术使该公司能够比传统育种方法更高效、更有效地开发农作物。Inari 的工作重点是利用尖端技术开发具有理想性状的作物,这些作物更具弹性、可持续且更适合特定的生长条件。他们的工作有可能通过创造更可持续和更有效的粮食生产方式来彻底改变农业产业。
Benson Hill 是一家美国生物技术公司,专注于计算生物学和基因编辑技术,以改善作物性状和可持续性。Benson Hill 利用计算生物学和基因编辑技术来改善作物性状,如产量、耐旱性、抗病性和营养。该公司的 CropOS 平台使用机器学习和人工智能来识别可用于作物改良的基因。Benson Hill 开发用于食品和饮料产品的植物成分。该公司的超高蛋白大豆的蛋白质含量高于传统大豆,可用于生产植物性肉类替代品。Benson Hill 的工作重点是利用尖端技术为农业开发可持续和创新的解决方案。
综上所述,基因工程仍将是农业生物技术创新的核心方向。一方面,现有的转基因技术将继续为传统农作物带来产量和适应性方面的提升；另一方面,新型基因编辑技术作为更精准和环保的工具,也将推动新一轮的种质创新和种业变革。主要企业均在积极布局该领域。基因工程育种有望为解决粮食安全问题提供重要支撑,其研发投入和商业化进程有望持续升温。同时,也需要进一步完善监管体系,在科技创新与公共安全之间实现平衡。
作为一种环保高效的农业输入技术,微生物技术曾在20世纪上半叶盛行一时,但随后逐渐为化学农资所取代。如今,在可持续发展的大背景下,微生物技术正在经历涅槃重生,有望再次引领农业产业的新一轮变革。
2021 年全球农业微生物市场规模为 52.7 亿美元。预计该市场将从 2022年的 60 亿美元增长到 2029 年的 157.1 亿美元,预测期内复合年增长率为14.74%。北美占据了最大的农业微生物市场份额,2021 年达到 20.9 亿美元。随着农民开始用微生物代替化肥,南美洲预计将成为增长最快的地区,预计这将促进该地区的销售。亚太地区尚在该地区的蓬勃发展提供尚未开发的机会。
微生物技术利用天然存在的各类微生物开发农资产品,可用于修复土壤、促进营养吸收、提高抗病性等多个领域。相比化学农资,微生物
技术来源天然,对环境影响小,并可促进土壤微生物多样性。
当前,微生物技术主要有如下几大发展方向：
首先是微生物肥料。许多土壤微生物可固氮、溶磷、分泌生长素等,直接提高作物获得营养的能力。生物肥料可替代部分化肥,同时改善土壤质量。其次是微生物杀虫剂。利用 Bacillus thuringiensis、Beauveria bassiana 等天然杀虫微生物制剂,可防治作物害虫。优势是高效低毒,不会产生抗药性。再次是微生物提取物。一些土壤和海洋微生物可产生促生长、抗菌等活性物质,提取应用于植保和营养品中。最后是植物微生物组。将有益微生物应用于植物″微生物组″,可增强其营养和抗病性能。研究表明添加根围菌可提高水稻产量 20% 以上。
主要企业也纷纷布局微生物技术：
墨西哥初创公司 Microendo 合成个性化生物肥料。它识别生活在植物周围或植物内部的微生物,以根据其需求定制有机肥料。这可以改善植物健康并恢复作物的原始微生物群。此外,在此过程中使用原始微生物可以提高作物的免疫力并减少对其他农用化学品的需求。该初创公司
还提供 AgaveProtect,这是一种基于龙舌兰植物自身微生物群的生物肥料。农民用它来保护农作物免受芽腐病和乙烯过量产生的影响,从而导致植物应激。
Indigo Agriculture 是一家美国生物技术公司,致力于开发植物微生物和其他生物投入品,以提高农作物产量并减少农业中合成化学品的使用。Indigo Agriculture 开发了一系列微生物产品,可应用于种子或土壤,以提高作物产量和恢复力。这些产品包括提高植物养分吸收和胁迫耐受性的根际细菌,以及预防害虫和疾病的内生菌。Indigo Agriculture启动了一项名为 Indigo Carbon 的计划,该计划使农民能够通过再生农业实践将碳封存在土壤中。该计划为采取这些做法的农民提供激励,并可以通过减少温室气体排放来帮助缓解气候变化。Indigo Agriculture 的工作重点是开发可持续和创新的解决方案,以提高作物产量、减少合成化学品的使用并缓解气候变化。他们的工作有可能彻底改变农业产业,并帮助解决全球粮食生产面临的一些最大挑战。
Microendo 位于哈利斯科州,在了解客户的需求后,利用客户植物中存在的微生物群来生产定制生物肥料。定制的生物肥料是有机的,针对每种作物定制,自然有助于提高作物的产量和健康。
微生物技术正处于快速发展阶段,其环保、高效的特点契合当代农业可持续发展的需求。领先企业也在持续布局该领域。随着技术不断成熟和产业化进程的推进,微生物技术有望再次引领农资产业的变革浪潮,成为推动绿色农业的重要力量。
合成生物学是一门正在蓬勃发展的新兴学科,它试图通过设计和重新设计生物系统,来″无中生有″地创造出新的生命形式和生物功能。在农业领域,合成生物学也带来了革命性的应用前景。
合成生物学的目标是构建新的生物部件、路径、网络和系统。它集成了多学科前沿理论和技术,主要包括基因合成、基因编辑、生物信息学、系统生物学、自动化高通量实验平台等。合成生物学可进行非天然遗传要素设计、基因组合成、代谢通路重构等,实现定向创制生物学功能模块。
在农业生物技术领域,合成生物学带来三方面的应用机遇：
第一,设计新的微生物肥料和生防产品。利用合成生物学可实现对微生物基因组和代谢途径的规划设计,获得新的菌株型号。这些″设计菌″可用于提高土壤肥力、固氮作用、促进植物生长等。第二,生产高效农业活性成分。合成生物学平台可用于高密度发酵生产植物保护类物质、生长素等多种活性成分,降低生产成本。第三,培育新型作物品种。可借助基因合成、编辑技术进行多基因组改组,获得全新型号作物。或通过设计驯化微生物改造植物微生物组,提高适应性。
主要企业也看好合成生物学的应用前景：
Bioheuris 是一家阿根廷初创公司,将合成生物学和基因编辑结合起来开发抗除草剂作物。除草剂是控制杂草的一种解决方案,但对植物有毒。因此,该初创公司致力于开发混合除草剂的解决方案,以避免在田间重复使用单一除草剂。其技术平台识别突变并部署组织培养和基因编辑以增强植物除草剂抗性。该初创公司还开发了除草剂组合,以延缓杂草对这些除草剂产生抗药性的进化。这可以改善作物寿命并为杂草提供可持续的管理解决方案。
波兰初创公司 Microbe Plus 致力于开发一种生物基活化剂,可以保护植物免受病原体侵害。它利用 DNA 测试等分子生物学技术来及早检测病原体的存在。它还使用 DNA 测试来确定病原体对杀虫剂的潜在抗性。这使得农民能够采取积极主动的方式保护作物。此外,该初创公司还精心选择最佳土壤施肥剂量,为植物生长阶段提供支持。这确保了更好的作物品质和植物抗病性。
5Metis 位 于 美 国 北 卡 罗 来 纳 州, 是 Boragen 和AgriMetis 平台的结合体。该联盟将硼基小分子发现和合成生物学结合起来,创造新的行动模式,促进作物保护和作物保护健康。
综上所述,合成生物学开启了农业生物技术领域的新篇章。它可突破性地创建前所未有的生物组件和系统,提供可持续解决方案。随着关键技术的成熟和不断降低的设计与生产成本,合成生物学在农业市场中的影响力还将持续扩大。它有望成为驱动新一轮农业变革的强大创新引擎。
作为一类新兴的绿色农药,信息素凭借其高效、环保的特性,有望成为传统化学农药的理想替代品。近年来,信息素农药快速崛起,有望引领生物农药领域的新趋势。信息素是昆虫释放并感知的一类信号分子,可影响同种族个体的行为和生理。信息素具有量低效强、目标专一性的特征。利用合成信息素操纵害虫生长繁殖,是一种绿色环保的新型杀虫技术。
信息素农药主要有以下应用优势：
首先,高效低毒。信息素属于诱导类农药,通过干扰害虫正常生活来起效,毒性极低。相比化学农药,信息素杀虫量低 1000 倍以上。其次,无残留污染。信息素分子量小,易降解,不会残留污染环境。还可避免化学农药可能产生的农产品污染。再者,不产生抗药性。信息素以生物途径起效,不会像化学农药那样导致昆虫抗药性。还可控制一些已对常规农药产生抗性的害虫种群。最后,对非目标生物影响小。信息素具有高度专一性,仅针对目标害虫,不会影响到对生态环境有益的非目标生物。
主要企业也加速信息素产品的研发：
ISCA 提供利用天然物质改变昆虫行为的作物保护解决方案。该公司的突破性技术利用生物通讯器的潜力来改变昆虫活动,例如引诱授粉媒介到特定作物、引诱害虫到陷阱和诱饵、干扰特定交配行为以及驱除害虫远离目标植物。
美国公司 Suterra 在 25 年前以 CheckMate Puffer 品牌开发的,但直到最近才在拉丁美洲的主要害虫上商业化。它是一种小型技术设备,可以根据感兴趣的害虫定期释放信息素。这些气溶胶也不会在农作物上留下残留物,因此,它们不会在水果出口时造成问题。Puffer 由气雾剂组成,插入带有电池的柜子中,具有很强的耐极端温度、灰尘、水和污垢的能力。它的安装是在隆冬时节在作物冠层的高度进行的。与其他在较高温度下扩散加剧的被动信息素分配器不同,Puffer 不受热或冷的影响,仅在编程期间释放一定剂量的信息素,因此,避免了产品浪费并确保设备有足够的信息素来覆盖害虫循环。
过去三十年来, Bioglobal 一直致力于信息素研究。Bioglobal 设计、开发并生产了针对苹果蠹蛾、东方果蛾和浅棕色苹果蛾的信息素治疗剂。这些交配干扰产品已在澳大利亚、新西兰、南非、中国等国家注册。Bioglobal 是一家在中国成功获得第一个用于控制苹果蠹蛾和东方果蛾的交配干扰分配器注册的公司,这是一次破冰之旅。
Provivi Inc. 是一家突破性的科学公司,致力于开发可扩展、更安全的昆虫控制技术,从而改善全人类和世界的生活质量。它是有效防治害虫和作物保护的天然信息素解决方案的先驱。
M2i Life Sciences 是化学行业的参与者,涉足动物健康、作物健康和人类健康的生物防治领域。生物控制是所有生物保护方法的术语,这些方法复制种内行为模式和调节生物侵略者的自然机制。
信息素农药拥有绿色环保、高效专一的独特优势,有望成为新的生物农药选择。它可替代部分化学农药,有助于化解残留毒性等问题,推动农药使用朝绿色可持续方向转型。目前,信息素农药还处于研发和小范围试验阶段,还需经过全面评估才能进入大规模商业应用,监管部门也在谨慎评估其环境影响。随着研究不断深入,信息素农药有望在未来 5-10 年内成为市场新的亮点。届时,也需要建立完善的监管标准,在鼓励创新与保障生态安全之间取得平衡。
除了上述生物技术具体的细分技术以外,还有其他的生物技术被用在农业当中,包括 RNAi、表型分析、生物信息学、生物芯片和转基因种子等。