農(nóng)業(yè)的本質(zhì)是開(kāi)發(fā)利用生物資源，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是利用植物、動(dòng)物資源的“二物”農(nóng)業(yè)。有史以來(lái)，人類的農(nóng)業(yè)活動(dòng)主要集中在植物和動(dòng)物，雖然對(duì)微生物也有所利用，如食用菌的采集、制酒釀醋等，但多處于自然狀態(tài)。隨著高科技的深入發(fā)展，近百年來(lái)，人類的農(nóng)業(yè)活動(dòng)逐漸從中觀世界分別向著宏觀世界和微觀世界兩端延伸。在宏觀世界里，如太空種子、太空種植、火星地球化的探索。在微觀世界里，微生物的開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)形成微生物肥料、微生物飼料、微生物能源燃料、微生物食品、微生物藥品和微生物清潔劑六大領(lǐng)域。雖然技術(shù)上已不成問(wèn)題，但社會(huì)的認(rèn)知度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，變植物、動(dòng)物的“二物思維”為植物、動(dòng)物、微生物的“三物思維”是農(nóng)業(yè)發(fā)展的新理念、新使命、新領(lǐng)域。利用微生物技術(shù)開(kāi)發(fā)農(nóng)作物秸稈等廢棄物是“點(diǎn)草成金”，開(kāi)發(fā)禽畜糞便是“點(diǎn)糞成金”，而這項(xiàng)技術(shù)本身則是“點(diǎn)廢成金”。且它具有“六不爭(zhēng)”的特點(diǎn)：即不與人爭(zhēng)糧，不與糧爭(zhēng)地，不與地爭(zhēng)肥，不與農(nóng)爭(zhēng)時(shí)，不與農(nóng)產(chǎn)品爭(zhēng)市場(chǎng)，不與其他爭(zhēng)資源。
陷入困境的二物思維
傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然資源的掠奪式開(kāi)發(fā)使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所依賴的自然環(huán)境日趨惡化，從根本上制約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，就要向地球生物圈學(xué)習(xí)——植物生產(chǎn)、動(dòng)物消費(fèi)、微生物分解還原，形成循環(huán)往復(fù)、生生不息的農(nóng)業(yè)循環(huán)系統(tǒng)。將傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)調(diào)整為植物、動(dòng)物和微生物資源組成的“三物”農(nóng)業(yè)，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性調(diào)整之一。微生物農(nóng)業(yè)是遵循生態(tài)學(xué)原理，利用微生物——分解者的作用，開(kāi)發(fā)農(nóng)業(yè)生物的潛在生態(tài)位，充分地利用農(nóng)業(yè)生物量資源，尤其是殘?jiān)鼜U料的利用，有利于能量的轉(zhuǎn)化和物質(zhì)的循環(huán)利用。同時(shí)，發(fā)展微生物農(nóng)業(yè)有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品工廠化生產(chǎn)，有利于改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，可將微生物在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的被動(dòng)作用主動(dòng)化、隱性作用顯性化，從而形成地球生物圈的良性循環(huán)，有利于資源的永續(xù)利用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。這也是中央關(guān)于“綠色化”發(fā)展理念在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的具體體現(xiàn)。
微生物在地球上無(wú)處不在，在80多千米的高空，在11千米的海底，在2000米的地下，都可以找到微生物的蹤跡。微生物物種豐富，未知者甚眾。有人估計(jì)他們的種類可達(dá)1萬(wàn)億種，但我們卻知之甚少，各國(guó)的學(xué)者已經(jīng)用分子生物學(xué)手段確切證明，迄今為止仍然有90%－99%的微生物未被認(rèn)識(shí)。
動(dòng)物、植物和微生物是生物資源的三個(gè)支柱。但是，長(zhǎng)期以來(lái)由于受科學(xué)技術(shù)能力的局限，我們只在植物和動(dòng)物二物思維二等中觀世界里打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，在微生物上考慮的不多，盡管人類對(duì)微生物的利用已經(jīng)有很長(zhǎng)一段時(shí)間。二物思維已經(jīng)使農(nóng)業(yè)陷入困境。
一是資源承載力已經(jīng)超限。農(nóng)業(yè)有三大系統(tǒng)，分別是耕地農(nóng)業(yè)、草地農(nóng)業(yè)和捕撈農(nóng)業(yè)。種植業(yè)現(xiàn)在最大的問(wèn)題就是土地，土地資源已經(jīng)非常緊缺。我國(guó)人均土地占有只是美國(guó)的十三分之一，加拿大的十八分之一。連比我們窮的印度，土地占有都比我們多，是我們的1.2倍。改革開(kāi)放以來(lái)，有3億多畝耕地被城市與工業(yè)占了；草地系統(tǒng)超載過(guò)牧。草原退化越來(lái)越嚴(yán)重，由于氣候干燥，放牧過(guò)度，易造成牧草生長(zhǎng)不良，覆蓋率降低，甚至引起沙化。草場(chǎng)退化可使載畜量降低，影響和限制畜牧業(yè)的發(fā)展，大到影響到整個(gè)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。“三江源”地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)草場(chǎng)退化，鼠害猖獗，氣候變暖使蒸發(fā)量持續(xù)增高，水源涵養(yǎng)功能持續(xù)下降的現(xiàn)象。第三個(gè)系統(tǒng)是捕撈系統(tǒng)。中國(guó)是世界上惟一一個(gè)海洋養(yǎng)殖大于海洋捕撈的國(guó)家。主要靠養(yǎng)殖來(lái)解決水產(chǎn)品的問(wèn)題。中國(guó)水產(chǎn)品的消費(fèi)能力比其他國(guó)家大得多。我們現(xiàn)在是每年人均37公斤，消費(fèi)量驚人。發(fā)達(dá)國(guó)家平均26公斤，發(fā)展中國(guó)家平均18公斤。
二是生態(tài)環(huán)境惡化。為了高產(chǎn)高效，過(guò)量使用農(nóng)藥化肥、除草劑以及動(dòng)物使用的抗生素。現(xiàn)在面臨的污染越來(lái)越嚴(yán)重。特別是江河湖海等富營(yíng)養(yǎng)化等問(wèn)題。太湖的藍(lán)藻、安徽巢湖的藍(lán)藻等事件給當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)與生態(tài)帶來(lái)了巨大的破壞。地表水的污染也到了十分嚴(yán)重的地步。據(jù)有關(guān)方面調(diào)查，我們現(xiàn)在地表水可以測(cè)出68種抗生素，還有90多種非抗生素類的藥?，F(xiàn)在是無(wú)河不污。中國(guó)每年生產(chǎn)的抗生素是21萬(wàn)噸，人均消費(fèi)138克。美國(guó)是13克，我們是人家的10倍還多。在這種生態(tài)環(huán)境中從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量必然大受影響。
三是動(dòng)植物之間的生態(tài)循環(huán)鏈條中斷。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)遵循的基本規(guī)律是一個(gè)封閉的內(nèi)循環(huán)。農(nóng)作物種出來(lái)，種子給人吃了，根莖葉喂牲畜，人畜糞便又回到田里作為農(nóng)作物的肥料。我們的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)就是在這樣的一個(gè)循環(huán)體系中緩慢向前發(fā)展?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)打破了這樣一個(gè)封閉的內(nèi)循環(huán)，注入了兩個(gè)外力；一個(gè)是從石油中提煉的農(nóng)藥化肥，第二個(gè)外力是機(jī)械代替了人力畜力?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)注入這兩個(gè)外力之后整個(gè)內(nèi)循環(huán)鏈條被打破，生態(tài)循環(huán)鏈條中斷，農(nóng)業(yè)就出現(xiàn)了許許多多的問(wèn)題。如不光生態(tài)環(huán)境惡化，而且土地質(zhì)量嚴(yán)重下降等。
點(diǎn)廢成金的三物思維
高科技的介入使微生物的開(kāi)發(fā)成為一個(gè)新興的戰(zhàn)略型產(chǎn)業(yè)，微觀世界的開(kāi)發(fā)現(xiàn)在已經(jīng)使農(nóng)業(yè)生物化進(jìn)入了一個(gè)不可思議的地步。農(nóng)業(yè)向未來(lái)進(jìn)軍，有這么一些基本特征。一是由平面向立體發(fā)展。美國(guó)、以色列、法國(guó)都在搞農(nóng)業(yè)摩天大樓。一座30層的摩天大樓，可以種養(yǎng)100多種動(dòng)植物。夠5萬(wàn)人一年的消費(fèi)。二是由自然化向設(shè)施化發(fā)展。2012年我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)面積已占世界總面積的85%以上，其中95%以上是利用聚烯烴溫室大棚膜覆蓋。三是由化學(xué)化向生物化發(fā)展?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)向生物技術(shù)領(lǐng)域邁進(jìn)。近年來(lái)，我國(guó)生物產(chǎn)業(yè)保持20%以上的增速，2014年生物產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)3.16萬(wàn)億元，微生物的開(kāi)發(fā)將是未來(lái)農(nóng)業(yè)生物化的重中之重。四是由人控機(jī)械化向電腦自控化發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)中的運(yùn)用使得種、管理、采摘、包裝、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸?shù)饶軌驅(qū)崿F(xiàn)智能控制。五是由陸地化向海洋化發(fā)展。用海水澆灌的農(nóng)作物科學(xué)家已經(jīng)試驗(yàn)成功。未來(lái)的海洋文明不是以貿(mào)易為中心，而是以生產(chǎn)為中心，要在海洋建大農(nóng)場(chǎng)。六是由地球化向太空化發(fā)展。已經(jīng)有100多種農(nóng)作物帶上太空試種成功，未來(lái)我們將在太空上搞一些種植農(nóng)場(chǎng)。借鑒太空站技術(shù)，農(nóng)作物放在太空上種，用傳輸器采摘下來(lái)供人類食用。七是由生產(chǎn)化向移民化發(fā)展。美國(guó)的火星地球化的改造計(jì)劃，試圖在不遠(yuǎn)的將來(lái)，將人類移民至火星。
當(dāng)今世界，人類有三大前沿科技，即生物技術(shù)、新能源技術(shù)和信息技術(shù)，其中微生物技術(shù)與人類的健康長(zhǎng)壽關(guān)系最為密切，在這一領(lǐng)域的研究正突飛猛進(jìn)地發(fā)展。一個(gè)健康人身上攜帶的微生物總重最多不會(huì)超過(guò)體重的3%，但如果論細(xì)胞數(shù)量，微生物是人體細(xì)胞的10倍。每個(gè)人攜帶的微生物種類都有著或多或少的差異，如指紋一樣獨(dú)一無(wú)二。微生物就是一切難以用肉眼看見(jiàn)的微小生物，包括細(xì)菌、真菌這些單細(xì)胞生物，也包括病毒、立克次體這些非細(xì)胞生物。至于微生物群組，就要從微生物獨(dú)特的進(jìn)化特點(diǎn)說(shuō)起。多細(xì)胞生物的傳宗接代周期少則以月計(jì)，多則以年計(jì)。而細(xì)菌這樣的微生物在條件適宜的情況下，只需幾十分鐘就能產(chǎn)生新一代。這樣高速的繁殖令它們有著遠(yuǎn)高于多細(xì)胞生物的進(jìn)化速度，能不斷修改自己的基因去適應(yīng)環(huán)境。在微生物研究中，很難像研究大熊貓、白鰭豚一樣去研究單一微生物物種，而是要研究聚集生活在一起的、所有具備不同基因的微生物。這些微生物組合在一起就被稱為微生物群組。微生物對(duì)人類來(lái)說(shuō)意義重大。例如，腸道中大概包括一千余種不同的微生物，而且種類組成還在不斷變化。吃的食物不同，腸道中就會(huì)滋養(yǎng)出不同的微生物種類。近年的生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物群組竟然還是人體免疫系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，是抵御致病微生物的第一道屏障。不僅如此，某些腸道微生物的分泌物還會(huì)對(duì)我們的身體產(chǎn)生顯著的調(diào)控作用，令我們罹患肥胖癥、二型糖尿病或是直腸癌，甚至影響到神經(jīng)系統(tǒng)，讓我們更快樂(lè)或更憂郁。對(duì)微生物的進(jìn)一步研究、利用能讓我們生活得更健康。在食品工業(yè)中使用雙歧桿菌等益生菌作為添加劑，可以減少腸道感染的幾率。按照這個(gè)思路，今后或許可以通過(guò)在食物中添加特定的益生菌來(lái)治療諸如糖尿病、癌癥等疾病。這些傳統(tǒng)上要靠藥物解決的疾病，今后也許只需吃點(diǎn)微生物就可以搞定。2016年5月，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬宣布啟動(dòng)“國(guó)家微生物群組推動(dòng)計(jì)劃”，將研究目標(biāo)鎖定整個(gè)生態(tài)環(huán)境中的微生物群組。隨著該計(jì)劃的啟動(dòng)，人類將積累更多這方面的知識(shí)，創(chuàng)造更有利于人類的微生物環(huán)境（葉盛《微生物造就不一樣的你》）。
僅就發(fā)展微生物農(nóng)業(yè)而言，一是利用微生物技術(shù)處理，“點(diǎn)草成金”，實(shí)現(xiàn)廢棄物的無(wú)害化和再利用。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物處理粗放、綜合利用水平不高的問(wèn)題日益突出。據(jù)估算，全國(guó)每年產(chǎn)生畜禽糞污38億噸，綜合利用率不到60%；每年生豬病死淘汰量約6000萬(wàn)頭，集中的專業(yè)無(wú)害化處理比例不高；每年產(chǎn)生秸稈近9億噸，未利用的約2億噸；每年使用農(nóng)膜200萬(wàn)噸，當(dāng)季回收率不足2/3。這些未實(shí)現(xiàn)資源化利用無(wú)害化處理的農(nóng)業(yè)廢棄物，實(shí)際是放錯(cuò)了地方的資源。發(fā)展微生物農(nóng)業(yè)，這些有機(jī)廢棄物經(jīng)微生物發(fā)酵就能轉(zhuǎn)化為飼料、沼氣、生物乙醇等，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的無(wú)害化和再利用。
二是可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的工廠化生產(chǎn)，緩解糧食緊缺的矛盾。微生物農(nóng)業(yè)是具有高科技生物工程內(nèi)涵的“發(fā)酵工程”和“酶工程”，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的工廠化生產(chǎn)。我國(guó)農(nóng)作物秸稈，通過(guò)微生物發(fā)酵工程變?yōu)轱暳?，可以獲得相當(dāng)于400億千克的飼料糧，這相當(dāng)于目前全國(guó)每年飼料用糧的1/2。一座占地不多年產(chǎn)10萬(wàn)噸單細(xì)胞蛋白的微生物工廠，相當(dāng)于12公頃耕地生產(chǎn)的大豆蛋白或0.25億公頃草地飼養(yǎng)的牛羊所生產(chǎn)的動(dòng)物蛋白，數(shù)目十分可觀。利用秸稈類的農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物——稻草、稻谷殼、玉米芯、棉子屑、鋸木屑、甘蔗渣和泥碳配制成食用菌的培養(yǎng)基，可獲得飼料生產(chǎn)（底料作畜禽的優(yōu)質(zhì)飼料）和食用菌生產(chǎn)的雙豐收。微生物飼料制劑包括單細(xì)胞蛋白飼料、菌體蛋白飼料、飼用酶制劑、真菌飼料添加劑、維生素類添加劑、抗生素類制劑、氨基酸類、活體微生物類、發(fā)酵飼料等。其混配在飼料中可起到幫助消化、促進(jìn)生長(zhǎng)以及提高畜禽自身免疫力，防病治病的作用。微生物飼料制劑由于可工廠化生產(chǎn)，效率高，且有利于環(huán)境保護(hù)而日益受到人們的重視。許多微生物除了可作飼料添加劑，還可用于發(fā)酵工程來(lái)生產(chǎn)大量飼料，實(shí)現(xiàn)人畜分糧，緩解糧食緊缺的矛盾。近年來(lái)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上利用殘?jiān)澄镦溸M(jìn)行食物生產(chǎn)也越來(lái)越多，尤以食用菌為紐帶的生態(tài)模式效果明顯。微生物菌體以其豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸及維生素含量列為重要營(yíng)養(yǎng)食品，許多食用菌品種還以其突出的抗癌、降脂、增智及提高機(jī)體免疫力的功效而成為首屈一指的保健食品。國(guó)際食品界已將其列為21世紀(jì)的八大營(yíng)養(yǎng)保健食品之一。據(jù)科學(xué)估計(jì)中國(guó)菌物種約有18萬(wàn)種左右，其中大型真菌約2.7萬(wàn)種。目前已發(fā)現(xiàn)并報(bào)道的食用菌有710多種，其中能進(jìn)行人工栽培的約有50種，已經(jīng)形成規(guī)模的商業(yè)栽培有15種左右。
三是可以改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。21世紀(jì)人類社會(huì)發(fā)展的首要問(wèn)題是生態(tài)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。農(nóng)藥、化肥的大量投入，給生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，對(duì)大氣、土壤和水體造成了不同程度的污染。為了促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，微生物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必將扮演更為重要的角色。發(fā)展微生物農(nóng)業(yè)，一方面減少農(nóng)業(yè)廢棄物污染，將有機(jī)廢物變廢為寶，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)；另一方面，微生物農(nóng)業(yè)中的生態(tài)環(huán)境保護(hù)劑，還可直接清除空氣中的廢氣、污水和土壤中的有害化學(xué)物質(zhì)，是國(guó)際上正在興起的一項(xiàng)新產(chǎn)業(yè)。發(fā)展微生物農(nóng)業(yè)不僅可以滿足人們對(duì)食品數(shù)量增加、質(zhì)量改善和食品安全的需求，而且可以有效地提高動(dòng)、植物資源利用率，改善和保護(hù)生態(tài)環(huán)境。2013年，美國(guó)出版了《微生物養(yǎng)活世界》一書(shū)，強(qiáng)調(diào)通過(guò)調(diào)控土壤微生物區(qū)系能夠增產(chǎn)20%，減少20%的化肥與農(nóng)藥，是未來(lái)環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)高效農(nóng)業(yè)的新出路。
我國(guó)高度重視生物技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出臺(tái)了一系列戰(zhàn)略規(guī)劃，研發(fā)投入持續(xù)增加，取得了一批標(biāo)志性科技成果，在世界上首次解析葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白晶體結(jié)構(gòu)，治療Ｔ細(xì)胞淋巴瘤新藥西達(dá)本胺上市，人工角膜“艾欣瞳”投產(chǎn)。微生物的開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)前景也是十分廣闊。以食藥用菌為例，現(xiàn)在我們對(duì)于食用菌的消費(fèi)非常有限?，F(xiàn)在全國(guó)人均只有60克。營(yíng)養(yǎng)專家說(shuō)每人每天應(yīng)該消費(fèi)250克以上，那就是半斤多，如果按這個(gè)數(shù)量去計(jì)算，那么就需要1.2億噸?，F(xiàn)階段中國(guó)每年的食藥用菌產(chǎn)量3000多萬(wàn)噸，產(chǎn)值是2000多億元，這也就意味著，整個(gè)產(chǎn)業(yè)的的產(chǎn)值規(guī)模，差不多在這個(gè)基礎(chǔ)上要翻3倍以上，達(dá)到一個(gè)萬(wàn)億級(jí)的產(chǎn)業(yè)。
高營(yíng)養(yǎng)的價(jià)值使得微生物的開(kāi)發(fā)成為時(shí)代的寵兒。中國(guó)共產(chǎn)黨人已經(jīng)向全世界承諾兩個(gè)百年目標(biāo)。第一個(gè)百年目標(biāo)是全面建成小康社會(huì)。建成小康社會(huì)之后就是要建設(shè)健康中國(guó)，而健康的核心就是首先要把吃的東西解決好。微生物營(yíng)養(yǎng)的豐富和轉(zhuǎn)化，是未來(lái)人類營(yíng)養(yǎng)鏈的重要一環(huán)。以食用菌為例，現(xiàn)代科學(xué)研究的最新成果表明，食用菌不僅具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且有極好的藥用效果。特別是食用菌中的真菌多糖、抗菌素、核酸、核苷酸、有機(jī)鍺、有機(jī)硒等許多藥用成分，對(duì)人體細(xì)胞的修復(fù)作用和在治療肝炎、心血管性疾病、特殊疑難病癥、抗衰老等方面已顯示出極大的優(yōu)越性，成為人類篩選新的抗癌藥物、抗艾滋病藥物、抗菌素藥物的一條重要途徑。
前景廣闊的微生物開(kāi)發(fā)
根據(jù)《中國(guó)微生物資源發(fā)展報(bào)告2016》分析結(jié)果，2001－2015年，中國(guó)在微生物資源領(lǐng)域取得巨大發(fā)展。中國(guó)微生物領(lǐng)域論文發(fā)文量位于世界第二，僅次于美國(guó)；中國(guó)微生物領(lǐng)域?qū)＠鍞?shù)量世界第一，從全球排名來(lái)看，中國(guó)于2009年成為微生物領(lǐng)域公開(kāi)專利數(shù)量最多的國(guó)家；據(jù)全球微生物保藏中心信息網(wǎng)（CCINFO）統(tǒng)計(jì)，中國(guó)菌種保藏中心共33個(gè)，可共享的保藏菌株182235種，保藏的菌株總量為世界第4位；世界各保藏中心共保有96907個(gè)用于專利程序的生物材料，中國(guó)的CGMCC保藏專利菌株為11977株，排在第2位。我國(guó)的微生物研發(fā)利用已步入快車道。
1.微生物肥料
土壤是作物賴以生長(zhǎng)的基礎(chǔ)。“鎘大米”事件曾引發(fā)社會(huì)的廣泛關(guān)注，為我們敲響了土壤污染的警鐘。近期，環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部做了一個(gè)全國(guó)土壤污染狀況的調(diào)查，調(diào)查發(fā)現(xiàn)全國(guó)土壤總超標(biāo)率16.1%，土壤污染已經(jīng)成為我國(guó)許多地方的“公害”。隨著化肥的大量使用，化肥的利用率不斷降低已是眾所周知的事實(shí)，化肥污染也越來(lái)越被重視。數(shù)據(jù)顯示，近年來(lái)我國(guó)化肥的使用量上漲了4.5倍，但我國(guó)糧食產(chǎn)量?jī)H增長(zhǎng)了82.8%，三大糧食作物氮肥、磷肥、鉀肥的利用率僅為33%、24%和42%。我國(guó)農(nóng)作物畝均化肥用量21.9公斤，遠(yuǎn)高于世界的平均水平（每畝8公斤），是美國(guó)的2.6倍，歐盟的2.5倍。中國(guó)的耕地肥力出現(xiàn)了明顯下降，全國(guó)土壤有機(jī)質(zhì)平均不到1%。但是目前在農(nóng)作物用肥上，依然存在過(guò)度施肥和用肥單一、照“老經(jīng)驗(yàn)”施肥的情況，不僅犯了經(jīng)驗(yàn)主義的錯(cuò)誤，還加劇了土壤內(nèi)在結(jié)構(gòu)的不平衡，僅靠增加施用化肥數(shù)量來(lái)提高作物產(chǎn)量是有限度的。
作物所需要的營(yíng)養(yǎng)元素主要是依靠土壤中生活的微生物的作用。微生物肥料已經(jīng)成為植物營(yíng)養(yǎng)與肥料中的重要組成部分，在提高養(yǎng)分轉(zhuǎn)化利用率、維護(hù)植物健康成長(zhǎng)、增產(chǎn)提質(zhì)和保障可持續(xù)生產(chǎn)能力等方面具有不可替代的作用。隨著人民生活水平的不斷提高，尤其是人們對(duì)生活質(zhì)量提高的要求，市場(chǎng)對(duì)綠色無(wú)公害的食品需求不斷提升。在生產(chǎn)綠色食品的過(guò)程中，要求不用或盡量少用或盡量限用化肥、農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)。中國(guó)三大灌區(qū)之一河套平原的農(nóng)民企業(yè)家楊兆麟，流轉(zhuǎn)了2萬(wàn)畝土地。只種植了6000畝小麥，其余種植大豆。種植的大豆在收獲之后，大豆留下的根瘤菌就變成了來(lái)年小麥的天然生態(tài)肥料，既節(jié)約了生產(chǎn)成本，又提升了小麥的品質(zhì)。2013年，他的小麥面粉通過(guò)了歐盟有機(jī)產(chǎn)品認(rèn)證，同年中南海將它選為國(guó)宴用品?，F(xiàn)在該品種面粉是30-260元一公斤，做成面條更貴，460元一市斤，并且還供不應(yīng)求，提前3個(gè)月訂貨都訂不到。微生物肥料既能保護(hù)和促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)和提高品質(zhì)，又不會(huì)產(chǎn)生和積累有害物質(zhì)，符合綠色食品和綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求，也是推動(dòng)農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革、深化種植結(jié)構(gòu)調(diào)整及提高資源要素的使用效率的應(yīng)有之義。
目前，我國(guó)基本形成了微生物肥料產(chǎn)業(yè)，全國(guó)約有500個(gè)企業(yè)，年產(chǎn)量達(dá)到400萬(wàn)噸，微生物肥料己逐漸成為肥料家族中的重要成員，獲得農(nóng)業(yè)部臨時(shí)登記證的產(chǎn)品近500個(gè)，其中已有200多個(gè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)為正式登記。在農(nóng)業(yè)部登記的產(chǎn)品種類有12個(gè)，包括固氮菌劑、硅酸鹽菌劑、溶磷菌劑、光合菌劑、有機(jī)物料腐熟劑、復(fù)合菌劑、微生物產(chǎn)氣劑、農(nóng)藥殘留降解菌劑、水體凈化菌劑和土壤生物改良劑（或稱生物修復(fù)劑）、復(fù)合生物肥和生物有機(jī)肥類產(chǎn)品。微生物肥料使用菌種種類不斷擴(kuò)大，所使用的菌種早已不限于根瘤菌，即使是根瘤菌種類也達(dá)10多種。其他的諸如各種自生、聯(lián)合固氮微生物，纖維素分解菌，PGPR菌株等，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前使用的菌種已達(dá)100多種。微生物肥料的應(yīng)用效果不僅表現(xiàn)在產(chǎn)量增加上，而且表現(xiàn)在產(chǎn)品品質(zhì)的改善、減少化肥的使用、降低病蟲(chóng)害的發(fā)生、保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境等方面，應(yīng)用面積不斷擴(kuò)大，累計(jì)達(dá)2000多萬(wàn)公頃。
2.微生物飼料
健康動(dòng)物腸道內(nèi)生長(zhǎng)著各種各樣的微生物群落，各種微生物群落之間相互依存、相互制約，構(gòu)成畜禽腸道內(nèi)微生態(tài)系統(tǒng)的平衡，建立一個(gè)正常且平衡良好的腸道微生物區(qū)系對(duì)抵御病原性微生物感染具有十分重要的意義。多年來(lái)，禽畜飼養(yǎng)中所用的飼料中，長(zhǎng)期添加化學(xué)促長(zhǎng)劑和抗生素藥品，形成對(duì)禽畜體內(nèi)的有益細(xì)菌大量損害，給禽畜體內(nèi)的病毒細(xì)菌造成了大量的繁殖空間，迫使禽畜免疫力下降，進(jìn)而又使得消費(fèi)者對(duì)禽畜抱有恐懼感。不間斷地在配合飼料中添加抗生素等化學(xué)物質(zhì)，如此形成了惡性循環(huán)，進(jìn)一步導(dǎo)致禽畜免疫力下降。飼料原材料價(jià)格居高不下，飼料價(jià)格隨之節(jié)節(jié)攀升，飼料轉(zhuǎn)化率低等因素使得養(yǎng)殖戶利潤(rùn)得不到保障。
微生物飼料包括青貯飼料、糖化發(fā)酵飼料、單細(xì)胞蛋白和氨基酸添加劑飼料等。大量的研究結(jié)果表明，微生物飼料添加劑作為一種“綠色”添加劑，在促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育，提高免疫力、防病治病，改善飼料適口性和轉(zhuǎn)化率等方面具有顯著效果。通過(guò)微生物技術(shù)，飼料發(fā)酵劑發(fā)酵之后可以轉(zhuǎn)化為動(dòng)物愛(ài)吃的飼料，不僅保護(hù)了環(huán)境，還節(jié)省了飼料，這樣一舉兩得。該技術(shù)的最大功績(jī)?cè)谟?，它可以逐漸替代農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)，取代激素和抗生素，生產(chǎn)出綠色食品。
中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部飼料工業(yè)中心成功開(kāi)發(fā)出了一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、使用效果顯著的微生物發(fā)酵濃縮飼料，生產(chǎn)成本在每噸3000元左右。在生長(zhǎng)育肥豬配合飼料中添加15%-20%的發(fā)酵濃縮飼料就可以實(shí)現(xiàn)從20公斤到出欄的全程無(wú)抗生素飼養(yǎng)。經(jīng)過(guò)北京地區(qū)6個(gè)豬場(chǎng)的飼養(yǎng)試驗(yàn)證明，在飼料成本相同的情況下，每頭豬可以節(jié)省飼養(yǎng)成本20-38元，經(jīng)濟(jì)效益極其顯著。目前北京地區(qū)已經(jīng)有20多家規(guī)?；i場(chǎng)使用本產(chǎn)品，生豬總存欄數(shù)超過(guò)3萬(wàn)頭。經(jīng)國(guó)家抗生素殘留權(quán)威檢測(cè)部門(mén)分析，通過(guò)飼用該產(chǎn)品獲得的豬肉中抗生素的殘留量極低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐盟安全肉中抗生素殘留的限量要求。
國(guó)內(nèi)微生物飼料添加劑產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，從事活性微生物飼料添加劑開(kāi)發(fā)應(yīng)用的企業(yè)大約有400家，獲得農(nóng)業(yè)部生產(chǎn)批文的約有140家。國(guó)內(nèi)微生物飼料添加劑年銷售額大約在20億人民幣，銷售額在1億元以上的不足5家，產(chǎn)品年銷售額在3000萬(wàn)元以上的不過(guò)幾十家，大多數(shù)企業(yè)的年銷售額在1000萬(wàn)元以下。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)飼料年生產(chǎn)總量和豬、禽、反芻和水產(chǎn)動(dòng)物的養(yǎng)殖總量來(lái)計(jì)算，國(guó)內(nèi)微生物飼料添加劑的市場(chǎng)容量在180億元至200億元之間，目前市場(chǎng)推廣普及率約為10%，市場(chǎng)空間極大，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景十分廣闊。
3.微生物能源
能源是人類社會(huì)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來(lái)的能源危機(jī)和環(huán)境惡化引起世界各國(guó)的高度重視，生物能源作為石油的替代能源已成為眾多國(guó)家能源發(fā)展的必然趨勢(shì)。自生物能源出現(xiàn)以來(lái)，微生物就與之產(chǎn)生了千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，無(wú)論是生物乙醇、生物柴油還是生物制氫，微生物都是生物反應(yīng)的參與者。而該項(xiàng)研究為實(shí)現(xiàn)能源的可再生提供了又一種新的可能——微生物可直接合成燃料分子。
人們對(duì)生物能源并不陌生，早在19世紀(jì)，就出現(xiàn)了現(xiàn)代生物能源乙醇。1902年，Deutz可燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)工廠特意將1/3的重型機(jī)車?yán)眉円掖甲鳛槿剂?，隨后的1925年至1945年間，乙醇被加入到汽油里作為抗暴劑?？梢哉f(shuō)安全、清潔是乙醇的主要優(yōu)勢(shì)。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，利用微生物對(duì)生物質(zhì)加工制備生產(chǎn)生物能源已成為開(kāi)發(fā)可再生能源的主要方向之一。例如，巴西用乙醇產(chǎn)生菌生產(chǎn)的乙醇1990年已達(dá)到1.6×107立方米，足夠供應(yīng)200萬(wàn)輛汽車的驅(qū)動(dòng)能源之需要。2012年，美國(guó)加利福尼亞州一家公司生產(chǎn)出基因改良的細(xì)菌，能夠從3公斤干海藻中生產(chǎn)出1公斤乙醇。為了不影響糧食產(chǎn)量，纖維素乙醇應(yīng)運(yùn)而生，并迅速成為研究熱點(diǎn)。2000年以后，以藻類燃料為代表的生物柴油一度受到了格外的關(guān)注，也成為第三代生物能源的代表。
歐盟委員會(huì)積極推進(jìn)生物燃料發(fā)展，制定了2015年生物燃料占運(yùn)輸燃料消費(fèi)總量8%的目標(biāo)。2011年8月16日，美國(guó)白宮宣布推出一項(xiàng)總額為5.1億美元的計(jì)劃，由農(nóng)業(yè)部、能源部和海軍共同投資推動(dòng)美國(guó)生物燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，此外美國(guó)還通過(guò)法律手段強(qiáng)制在運(yùn)輸燃料中添加生物燃料，具體比例是柴油中添加2%的生物柴油，汽油中添加5%的燃料乙醇。英國(guó)政府從2006年起要求生產(chǎn)運(yùn)輸燃油的能源企業(yè)必須有3%的原料來(lái)自可再生資源，并且比例將逐年提高。據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IEA）的數(shù)據(jù)，2010年全球生物燃料日產(chǎn)量為182.2萬(wàn)桶，2011年降至181.9萬(wàn)桶。
受工業(yè)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展和中產(chǎn)階級(jí)膨脹推動(dòng)，中國(guó)能源消耗費(fèi)已經(jīng)占全球能源消費(fèi)的21%。盡管中國(guó)大力投資可再生能源，煤炭仍是我國(guó)最主要的能源。中國(guó)工業(yè)占GDP將近50%，使用了近70%的能源。中國(guó)近50%的原油依靠進(jìn)口，能源安全和外交政策受到重大影響。石油進(jìn)口主要來(lái)自中東，但安哥拉日益成為主要進(jìn)口國(guó)。天然氣在中國(guó)能源構(gòu)成中占比很小，但2007年中國(guó)成為天然氣凈進(jìn)口國(guó)。按照目前以煤炭為主導(dǎo)的能源結(jié)構(gòu)，2020年我國(guó)將面臨至少10億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能源缺口。而根據(jù)中國(guó)工程院的研究，2050年我國(guó)人均裝機(jī)容量要達(dá)到美國(guó)2002年的人均裝機(jī)容量的一半水平，就得需要電力裝機(jī)24億千瓦，而常規(guī)能源發(fā)電即使發(fā)揮到最大能力也只能提供17億千瓦的裝機(jī)容量，距24億千瓦至少有30%的缺口。我國(guó)水電開(kāi)發(fā)潛能巨大，但也容易導(dǎo)致生態(tài)鏈的斷裂。美國(guó)現(xiàn)階段正在逐步開(kāi)展拆壩運(yùn)動(dòng)，也正是嘗試恢復(fù)大壩周邊地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)。在中國(guó)四大家魚(yú)產(chǎn)地之一的湖北省，長(zhǎng)江大壩沒(méi)筑之前，每年的魚(yú)苗產(chǎn)量200億尾；筑了之后，每年的產(chǎn)量2億尾，產(chǎn)能下降99%。中國(guó)政府一直大力投資可再生能源，竭力降低對(duì)煤炭的依賴。2011年中國(guó)成為可再生能源規(guī)模最大的國(guó)家，裝機(jī)容量達(dá)到133吉瓦，美國(guó)只有94吉瓦。
4.微生物食品
微生物都是核酸和蛋白質(zhì)的實(shí)體，大多是單細(xì)胞，用發(fā)酵法生產(chǎn)這些單細(xì)胞微生物就可以得到極為豐富的單細(xì)胞蛋白。微生物的繁殖速度驚人，一頭體重500公斤的牛，每天只能合成0.5千克的蛋白質(zhì)。而500千克的活菌體，只要有合適的條件，在24小時(shí)內(nèi)能夠生產(chǎn)1250千克的單細(xì)胞蛋白質(zhì)。單細(xì)胞微生物制造出來(lái)的蛋白質(zhì)可以制造人造肉、人造魚(yú)、人造面粉等食品。發(fā)酵食品是人類巧妙地利用有益微生物加工制造的一類食品，具有獨(dú)特的風(fēng)味，豐富了我們的飲食生活，如酸奶、干酪、酒釀、泡菜、醬油、食醋、豆豉、乳腐、黃酒、啤酒、葡萄酒，甚至還可包括臭豆腐和臭冬瓜，這些都是頗具魅力而長(zhǎng)期為人們喜愛(ài)的食品。現(xiàn)在中國(guó)的食用菌產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中的第五大產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)量超過(guò)了3280萬(wàn)噸，產(chǎn)值超過(guò)了2400萬(wàn)元。其中藥用菌占有重要的份額。僅靈芝一項(xiàng)，2015年的凈出口量超過(guò)了20個(gè)億。中國(guó)的食用菌產(chǎn)業(yè)在供給側(cè)改革，國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新常態(tài)，特別是在2015年開(kāi)始的精準(zhǔn)扶貧中，食用菌產(chǎn)業(yè)都發(fā)揮著不可替代的作用。正是因?yàn)槭秤镁哂胁慌c人爭(zhēng)糧，不與糧爭(zhēng)地，不與地爭(zhēng)肥，不與農(nóng)爭(zhēng)時(shí)，不與農(nóng)產(chǎn)品爭(zhēng)市場(chǎng)，不與其他爭(zhēng)資源的優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮著推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的不可替代的作用。在供給側(cè)改革中，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，很多地方都把食藥用菌作為首選。在精準(zhǔn)扶貧中，很多省區(qū)都把食藥用菌，特別是藥用菌的栽培作為脫貧致富的重要選擇之一。因此，我們?nèi)珖?guó)的藥用菌產(chǎn)業(yè)的企業(yè)家、科學(xué)家，特別是戰(zhàn)斗在第一線的工作人員，都有著重要的歷史責(zé)任。當(dāng)前，食藥用菌產(chǎn)業(yè)面臨著很多問(wèn)題，亟待解決。譬如，我們的品種，我們的規(guī)?；耘?，我們的深加工。還有市場(chǎng)如何創(chuàng)新、如何規(guī)范、如何發(fā)展亟待解決的問(wèn)題。
5.微生物藥物
人類認(rèn)識(shí)微生物的歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，但有目的地從微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)新藥的歷史，至今不到70年。法國(guó)微生物學(xué)家路易·巴斯德曾經(jīng)嘗試將狂犬患者的唾液注射到兔子體中，并進(jìn)一步從中提取和制成可供免疫用的弱化疫苗，1885年在一個(gè)9歲的患狂犬病的孩子身上試用，獲得成功。這一研究成果當(dāng)時(shí)被譽(yù)為“科學(xué)紀(jì)錄中最杰出的一項(xiàng)”，開(kāi)創(chuàng)了藥物微生物技術(shù)的新時(shí)代。英國(guó)細(xì)菌學(xué)家亞歷大·弗萊明，首先發(fā)現(xiàn)青霉素。后英國(guó)病理學(xué)家弗勞雷、德國(guó)生物化學(xué)家錢(qián)恩進(jìn)一步研究改進(jìn)，并成功地用于醫(yī)治人的疾病。青霉素的發(fā)現(xiàn)，是人類找到了一種具有強(qiáng)大殺菌作用的藥物，結(jié)束了傳染病幾乎無(wú)法治療的時(shí)代；從此出現(xiàn)了尋找抗菌素新藥的高潮，人類進(jìn)入了合成新藥的新時(shí)代。微生物制藥技術(shù)作為一項(xiàng)新興的技術(shù)，在世界各國(guó)衛(wèi)生醫(yī)療、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域已經(jīng)取得了卓越的成績(jī)。歐美日等國(guó)已不同程度地制定了今后幾十年內(nèi)用生物過(guò)程取代化學(xué)過(guò)程的戰(zhàn)略計(jì)劃，可以看出工業(yè)微生物技術(shù)在未來(lái)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中的重要地位。如胰島素、氨基酸、牛痘等微生物制藥技術(shù)成熟發(fā)展的產(chǎn)物。有關(guān)報(bào)道稱，武漢大學(xué)生命科學(xué)研究所已成功將人的基因移植到水稻，進(jìn)而從稻谷中提取過(guò)去只能從人的血液中才能提取的人體血清白蛋白，一畝水稻可提取2公斤。該技術(shù)一旦面市，將像人工合成胰島素一樣，大大提升人的健康水平。胰島素過(guò)去只能從?；蜇i身上提取，一頭?；蜇i只夠一個(gè)糖尿病人一周的用藥。人工合成技術(shù)成功后，完全滿足了市場(chǎng)需求。我們目前人體血清白蛋白缺口甚大，年需求量為110-120噸，缺口高達(dá)60-80噸，該項(xiàng)技術(shù)將徹底結(jié)束供不應(yīng)求的局面。
農(nóng)藥的殘留是一個(gè)惡性循環(huán)。農(nóng)作物用了農(nóng)藥之后，人吃了種子產(chǎn)生抗藥性，根莖葉喂了牲畜，牲畜的糞便留流到土壤里面，使土壤里面含有農(nóng)藥殘留，再種莊稼，還有農(nóng)藥。動(dòng)物的肉，人吃了，同樣在人體里面殘留，帶來(lái)一個(gè)惡性循環(huán)。人和動(dòng)物的抗藥性越來(lái)越強(qiáng)。中國(guó)每年生產(chǎn)的抗生素是21萬(wàn)噸，人均消費(fèi)138克，美國(guó)是13克，我們是人家的10倍還多。在以高產(chǎn)為唯一目的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過(guò)量使用化學(xué)農(nóng)藥，是造成當(dāng)前農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境日趨惡化以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低下的一個(gè)重要因素。特別是在進(jìn)入WTO以后我國(guó)農(nóng)業(yè)還面對(duì)日趨激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，綠色農(nóng)業(yè)逐漸引起人們的重視，生物農(nóng)藥的研究和應(yīng)用在新世紀(jì)之初迎來(lái)前所未有的歷史機(jī)遇和技術(shù)挑戰(zhàn)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景十分廣闊。
微生物農(nóng)藥包括農(nóng)用抗生素和活體微生物農(nóng)藥。利用微生物或其代謝產(chǎn)物來(lái)防治危害農(nóng)作物的病、蟲(chóng)、草、鼠害及促進(jìn)作物生長(zhǎng)，包括以菌治蟲(chóng)、以菌治菌、以菌除草等。這類農(nóng)藥具有選擇性強(qiáng)，對(duì)人、畜、農(nóng)作物和自然環(huán)境安全，不傷害天敵，不易產(chǎn)生抗性等特點(diǎn)。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)越來(lái)越高的要求，微生物農(nóng)藥無(wú)疑是今后農(nóng)藥的發(fā)展方向之一。目前，我國(guó)生物農(nóng)藥類型包括微生物農(nóng)藥、農(nóng)用抗生素、植物源農(nóng)藥、生物化學(xué)農(nóng)藥和天敵昆蟲(chóng)農(nóng)藥、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑類農(nóng)藥等6大類型，已有多個(gè)生物農(nóng)藥產(chǎn)品獲得廣泛應(yīng)用，其中包括井岡霉素、蘇云金桿菌、赤霉素、阿維菌素、春雷霉素、白僵菌、綠僵菌。雖然我國(guó)微生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)有了一定的發(fā)展，但市場(chǎng)空間極大，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景仍然十分廣闊。截至2015年12月31日，全國(guó)農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)2232家，抗生素農(nóng)藥生產(chǎn)廠家709家，其他生物農(nóng)藥生產(chǎn)廠家428家；農(nóng)藥進(jìn)出口首現(xiàn)“雙降”。生物農(nóng)藥前景好，但目前仍有難題需要破解。我國(guó)生物農(nóng)藥企業(yè)存在著企業(yè)規(guī)模小、競(jìng)爭(zhēng)力弱、自主創(chuàng)新能力弱、技術(shù)裝備水平低、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一、難以滿足系統(tǒng)解決方案的需求、銷售渠道不通暢、資金緊張等痛點(diǎn)，而農(nóng)民應(yīng)用生物農(nóng)藥的意識(shí)淡薄，對(duì)生物農(nóng)藥缺乏信心、懷疑效果。
6.微生物清潔劑
據(jù)2015年《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，我國(guó)至少有近3000萬(wàn)公頃的受污染土地，其中嚴(yán)重土壤污染區(qū)高達(dá)320個(gè)，占地約538萬(wàn)公頃。此外，鎘、汞、鉛等重金屬含量也嚴(yán)重超標(biāo)，尤其是鎘污染，在全國(guó)范圍內(nèi)普遍增加，在西南地區(qū)和沿海地區(qū)增幅一度超過(guò)50%，情況不容樂(lè)觀。水污染則更嚴(yán)重，據(jù)有關(guān)方面調(diào)查，我國(guó)只有3%的城市水源基本清潔，97%的城市水源受到污染，其中嚴(yán)重污染的占64%，有專家研究，有效治理深層污染需要上千年的時(shí)間。鄉(xiāng)村田野流淌的大小河溝，污染程度更是觸目驚心，臭氣熏天、魚(yú)蝦絕跡的現(xiàn)象為數(shù)不少。有關(guān)研究認(rèn)為，我國(guó)目前廢水排放量已成為世界之最，每天廢水排放量比美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)、印尼、泰國(guó)、法國(guó)、烏克蘭、越南和意大利九個(gè)國(guó)家的總和還多。中國(guó)60萬(wàn)個(gè)行政村每年生產(chǎn)90億噸污水、2.8億噸垃圾，基本處于“污水靠蒸發(fā)，垃圾靠風(fēng)化”狀態(tài)。每年年產(chǎn)1.5億噸的城市垃圾中，被丟棄的“可再生資源”價(jià)值高達(dá)250億元！北京市現(xiàn)日產(chǎn)垃圾13000噸，全年生產(chǎn)495萬(wàn)噸，而且每年將以8% 的速度遞增。有外國(guó)人諷刺中國(guó)說(shuō)，中國(guó)人死了，拍扁了掛墻上就是一張完整的化學(xué)元素周期表，吃的、喝的、呼吸的什么元素都有，一樣不缺。
有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明，截止到2016年，國(guó)際上啟動(dòng)了9個(gè)環(huán)境微生物組相關(guān)的研究計(jì)劃。20世紀(jì)初，中國(guó)科學(xué)院有關(guān)專家開(kāi)始推動(dòng)“微生物地球”研究計(jì)劃。最早利用微生物作為清潔劑的運(yùn)用主要是在處理生活垃圾上。經(jīng)過(guò)微生物的發(fā)酵，將作為燃料的碳、氫和作為植物營(yíng)養(yǎng)元素的N、P、K等分離開(kāi)，制成沼氣。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，有機(jī)殘?bào)w及廢棄物不斷增加，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，給生產(chǎn)生活帶來(lái)不良后果。以沼氣為紐帶可促進(jìn)物質(zhì)和能量在系統(tǒng)內(nèi)部有多重循環(huán)利用。如我國(guó)北方開(kāi)發(fā)的“四位一體”高效種養(yǎng)結(jié)合發(fā)展模式，即太陽(yáng)能溫室→沼氣池→豬圈→廁所和南方的“豬圈→沼氣池→果園”模式，可使一切有機(jī)殘?bào)w和廢棄物無(wú)害化和資源化，是一條適合我國(guó)國(guó)情的農(nóng)村發(fā)展之路。微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell， MFC）可以將污水作為底物進(jìn)行發(fā)電，將其中蘊(yùn)含的能量回收，可解決污水處理廠的電耗問(wèn)題。MFC既可用于處理廢水有機(jī)物，也可用于廢水脫氮除硫，甚至可用于處理難降解有毒化合物。利用遺傳工程讓大腸桿菌具備分解塑膠廢液的功能。利用農(nóng)業(yè)廢棄的秸稈、枝葉等生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成生物能源，纖維素中的糖和玉米淀粉中含有的葡萄糖一樣，可以用傳統(tǒng)的酵母發(fā)酵成乙醇。纖維素存在于幾乎所有的植物生命體中，用纖維素獲取乙醇不但無(wú)須擔(dān)心原料來(lái)源，還能解決農(nóng)作物廢料燃燒污染空氣的問(wèn)題。
微生物開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略與對(duì)策
微生物資源的開(kāi)發(fā)利用無(wú)非是利用微生物菌體本身，或者其代謝產(chǎn)物，或者其某種特性和活性。微生物資源開(kāi)發(fā)的基本思路，一般來(lái)說(shuō)，是先從自然界找到目的菌，然后進(jìn)行改良，最后進(jìn)入量產(chǎn)。也就是說(shuō)，使用生物技術(shù)培育出來(lái)的新微生物產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)要經(jīng)歷三個(gè)階段，第一階段是，收集微生物資源，并借此搜尋具有商業(yè)潛力的目的菌。第二階段是，一旦搜集來(lái)的微生物資源是可利用的，可以用現(xiàn)代生物技術(shù)分離出具有商業(yè)潛力的目的菌。第三階段是，利用具有商業(yè)潛力的目的菌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)。如果實(shí)驗(yàn)成功，就批準(zhǔn)上市。微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略應(yīng)該圍繞這幾個(gè)環(huán)節(jié)優(yōu)先實(shí)施以下科技戰(zhàn)略措施，推動(dòng)微生物產(chǎn)業(yè)快速和健康的發(fā)展。
（一）加強(qiáng)微生物資源的保護(hù)、開(kāi)發(fā)和利用
微生物菌種資源與動(dòng)、植物一樣，是國(guó)家重要的戰(zhàn)略性生物資源，這是微生物產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和前提。
1.強(qiáng)化政府的主導(dǎo)作用，加大資金投入力度，建立起高水平的國(guó)家級(jí)微生物資源庫(kù)與共享體系。
我國(guó)雖然已經(jīng)建立起了微生物菌種保存體系，但是其規(guī)模、機(jī)制、功能尚不能適應(yīng)當(dāng)今科學(xué)研發(fā)的需求。因此，需要裝備、重建高水平的國(guó)家微生物菌種資源保存與管理體系，以及信息共享系統(tǒng)。微生物資源的收集基本上都是天然材料，本身具有公共產(chǎn)品的特點(diǎn)。它們是非競(jìng)爭(zhēng)性的。在一種微生物產(chǎn)品中使用某一菌種并不排除另一種產(chǎn)品對(duì)它的使用。另外，它們也很難完全排他的——阻止被人使用是困難的且代價(jià)巨大。大部分的菌種廣泛分布在各區(qū)域，很難被個(gè)別地區(qū)獨(dú)享，尤其是現(xiàn)代生物技術(shù)只需要微量的菌種，這使得微生物資源的“走私”幾乎不可能被阻止。微生物菌種資源搜集和保護(hù)具有很強(qiáng)的公益性，政府應(yīng)該發(fā)揮主導(dǎo)作用，加大資金的投入，并建立起相應(yīng)的高質(zhì)量管理機(jī)制。當(dāng)前的主要工作可以從三個(gè)大的方面著手：一是，加大力度對(duì)原始生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。原始生態(tài)環(huán)境是巨大的微生物基因庫(kù)、種源庫(kù)，保護(hù)了原始生態(tài)環(huán)境就同時(shí)保護(hù)了微生物資源。因此，有必要?jiǎng)澏ㄒ恍┚哂写硇缘脑忌鷳B(tài)環(huán)境、極端環(huán)境和獨(dú)一無(wú)二的特殊環(huán)境作為保護(hù)區(qū)，使其盡量保持原始狀態(tài)，作為研究微生物資源的基地。二是，加快對(duì)我國(guó)微生物資源的清查和評(píng)價(jià)。特別是有應(yīng)用前景的微生物資源，并加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有微生物資源的功能評(píng)價(jià)，充分發(fā)揮現(xiàn)有資源的應(yīng)用潛力，尤其是極端環(huán)境微生物功能基因的挖掘及菌種的功能性研究。三是，建立微生物資源基因庫(kù)。2016年9月22日，我國(guó)建成世界最大的國(guó)家基因庫(kù)在深圳投入運(yùn)行，分樣品庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、活體庫(kù)三類，它的使命就是“留存現(xiàn)在，締造未來(lái)”。它還建有數(shù)字化平臺(tái)和合成編輯平臺(tái)。對(duì)于未培養(yǎng)的微生物資源，可采取提取DNA，分離和克隆不同的基因片段，以保護(hù)微生物基因資源。
2.對(duì)部分公共研究機(jī)構(gòu)和民營(yíng)公司微生物資源收集和保存活動(dòng)給予一定的補(bǔ)貼，加強(qiáng)對(duì)其生產(chǎn)菌種和專利菌種的保護(hù)。
微生物資源的搜集和保護(hù)具有公益性，但是緣于一種“時(shí)尚”，世界各國(guó)已采取行動(dòng)賦予國(guó)家對(duì)部分微生物資源來(lái)源的所有權(quán)。長(zhǎng)期以來(lái)，許多國(guó)家對(duì)微生物學(xué)方法和微生物產(chǎn)品授予專利，而對(duì)微生物資源本身并不保護(hù)。1980年美國(guó)法院關(guān)于微生物資源專利糾紛的判決，開(kāi)啟了微生物本身也可以作為專利保護(hù)對(duì)象的先例。對(duì)部分菌種的專利保護(hù)有一定的合理性。微生物資源的開(kāi)發(fā)面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)，比如要開(kāi)發(fā)一種新的微生物藥物，大約需要10億美元的投資，10年以上的時(shí)間，大量的人力物力，還有非常高的失敗率。因此，一旦證明某個(gè)新菌種產(chǎn)生某種新物質(zhì)，授予其專利對(duì)于促進(jìn)微生物資源的搜尋、保護(hù)和開(kāi)發(fā)有著重要的作用。更重要的是，專利菌種的保護(hù)有利于糾正全球微生物研發(fā)活動(dòng)收入分配的不平衡。在很多情況下，發(fā)達(dá)國(guó)家跨國(guó)公司獲得了研發(fā)成果的大部分收入，我們從研發(fā)活動(dòng)中僅得到非常少的全球利潤(rùn)。授予微生物資源專利權(quán)，將有助于我們分享一部分研發(fā)利潤(rùn)，使得全球的研發(fā)收入分配更為平等。專利菌種完全排除其他人的使用是有一定難度的，為了鼓勵(lì)和促進(jìn)微生物資源收集和保存，政府應(yīng)該對(duì)部分公共研究機(jī)構(gòu)和民營(yíng)公司給予一定的補(bǔ)貼是非常有必要的。
（二）加強(qiáng)微生物產(chǎn)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)研究
全球生物安全頂級(jí)實(shí)驗(yàn)室P4實(shí)驗(yàn)室總計(jì)56個(gè)，其中美國(guó)14個(gè)、印度4個(gè)、日本2個(gè)、我國(guó)臺(tái)灣2個(gè)，中國(guó)大陸僅1個(gè)。2016年5月13日，奧巴馬宣布啟動(dòng)“國(guó)家微生物組計(jì)劃”，主要針對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)的微生物進(jìn)行比較研究，以尋求微生物的塑造方式，為人類改變微生物朝著有益方向發(fā)展提供可靠必要的路徑。它設(shè)定三大目標(biāo)，一是支持跨學(xué)科研究，回答多樣化生態(tài)系統(tǒng)中微生物組的基本問(wèn)題，如什么是健康的微生物組；二是開(kāi)發(fā)檢測(cè)分析微生物組的工具，如隨時(shí)檢測(cè)空氣、水、土壤或人體微生物數(shù)量的手持傳感器；三是科普培訓(xùn)相關(guān)微生物組工作人員。美國(guó)已將這一計(jì)劃上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面，我國(guó)尚未設(shè)計(jì)這種技術(shù)基礎(chǔ)研究的制度構(gòu)架。基礎(chǔ)性技術(shù)的研究知識(shí)密集度高，涵蓋面大，涉及面寬，需要國(guó)家層面從戰(zhàn)略高度總體設(shè)計(jì)。例如，僅微生物菌種的分離、篩選和選育就十分復(fù)雜，這是一門(mén)需要很多知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的學(xué)問(wèn)。不同的微生物類群使得他們的分離方法也各不相同，很難設(shè)計(jì)出對(duì)所有產(chǎn)品都好的分離方法。在一些企業(yè)，分離方法是核心機(jī)密，絕不外泄。目的菌種的分離、篩選和選育在相當(dāng)程度上也具有公共產(chǎn)品的性質(zhì)。在一種微生物制品中使用的一個(gè)被識(shí)別的菌種不能排除在另一種微生物制品對(duì)它的使用，而當(dāng)基因的逆向操縱相當(dāng)簡(jiǎn)單時(shí)，排除其他產(chǎn)品的使用也是非常困難的。微生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要國(guó)家強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。在今后的科技計(jì)劃中把微生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新作為一項(xiàng)戰(zhàn)略并給予適當(dāng)傾斜，在各類科研計(jì)劃中安排一定的資金和項(xiàng)目，開(kāi)展微生物產(chǎn)業(yè)的技術(shù)研究。在設(shè)立國(guó)家農(nóng)業(yè)應(yīng)用微生物等重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、微生物工程菌構(gòu)建技術(shù)平臺(tái)、微生物發(fā)酵技術(shù)與酶工程應(yīng)用技術(shù)平臺(tái)等方面，加大資金和項(xiàng)目的傾斜，通過(guò)基礎(chǔ)條件建設(shè)，提高我國(guó)農(nóng)業(yè)微生物應(yīng)用水平。特別要針對(duì)我國(guó)創(chuàng)新藥物嚴(yán)重不足的情況，尤其應(yīng)該加大投入、加快微生物資源的收集，結(jié)合化學(xué)、藥理等高通篩選技術(shù)，提高發(fā)現(xiàn)新先導(dǎo)物質(zhì)的概率，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本，從已有的微生物資源庫(kù)中篩選出新藥，從微生物新資源中研發(fā)新藥，利用組合生物合成技術(shù)構(gòu)建工程菌株生產(chǎn)新藥。
（三）設(shè)置獨(dú)立的微生物開(kāi)發(fā)管理部門(mén)
鑒于我國(guó)微生物開(kāi)發(fā)涉及農(nóng)業(yè)、科技、林業(yè)、環(huán)保、食藥、國(guó)土、財(cái)政、發(fā)改等諸多部門(mén)，中央和省級(jí)政府應(yīng)按照精簡(jiǎn)、高效、透明的原則，設(shè)立專門(mén)的微生物發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組或微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展局，制定國(guó)家層面的發(fā)展戰(zhàn)略，整合歸并性質(zhì)相近、用途相同、使用分散的相關(guān)資金。同時(shí)，理順各部門(mén)之間的工作關(guān)系，建立統(tǒng)一互通的微生物政策創(chuàng)設(shè)平臺(tái)和動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，提高微生物開(kāi)發(fā)政策的精準(zhǔn)性、有效性和執(zhí)行力。根據(jù)中國(guó)目前年產(chǎn)9億噸農(nóng)作物秸稈及9億農(nóng)村人口生產(chǎn)廢棄物的現(xiàn)實(shí)，應(yīng)專門(mén)建立國(guó)家級(jí)微生物農(nóng)業(yè)科學(xué)院，加大微生物農(nóng)業(yè)新產(chǎn)品、新技術(shù)和新模式的研究和開(kāi)發(fā)力度，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)食用菌新技術(shù)、鄉(xiāng)村廢棄物管理技術(shù)和農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化技術(shù)等；在省級(jí)農(nóng)業(yè)科學(xué)院中設(shè)立微生物農(nóng)業(yè)研究所（室），在省級(jí)農(nóng)業(yè)科研院所和農(nóng)業(yè)高校內(nèi)設(shè)立微生物農(nóng)業(yè)專業(yè)，以加強(qiáng)微生物農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)理論和科學(xué)技術(shù)的研究工作；建立促進(jìn)微生物農(nóng)業(yè)高新技術(shù)、增效技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的考核體系和激勵(lì)機(jī)制，加速微生物農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新。
（四）打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的微生物產(chǎn)業(yè)
在商業(yè)化的量產(chǎn)階段，市場(chǎng)應(yīng)該起決定性作用，但是我們也不能完全“無(wú)為而治”，而是因勢(shì)利導(dǎo)，實(shí)施農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略，努力打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的高科技產(chǎn)業(yè)。一是要投入資金，建造一批能夠誘導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施和中試熟化基地，支持企業(yè)努力開(kāi)發(fā)農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)新產(chǎn)品，打造一批國(guó)際知名的科技型企業(yè)，搶占國(guó)際市場(chǎng)。二是要完善科技產(chǎn)業(yè)政策，營(yíng)造推進(jìn)農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的良好環(huán)境和產(chǎn)業(yè)氛圍，把農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展納入國(guó)家中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，設(shè)立國(guó)家專項(xiàng)基金，以扶持處于國(guó)際領(lǐng)先領(lǐng)域的農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，并帶動(dòng)農(nóng)業(yè)微生物產(chǎn)業(yè)其他領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化水平的提高。
（五）加大宣傳力度，增強(qiáng)需求側(cè)對(duì)微生物開(kāi)發(fā)重要性的認(rèn)識(shí)
一是大眾媒體應(yīng)該加強(qiáng)微生物資源開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)方面的宣傳報(bào)道，普及知識(shí)，促進(jìn)消費(fèi)者對(duì)微生物制品的需求。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，人們對(duì)微生物的認(rèn)識(shí)往往同疾病聯(lián)系在一起，認(rèn)為它對(duì)人類有害無(wú)益，而對(duì)微生物有益的方面認(rèn)識(shí)比較少，不了解微生物資源在醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)、輕工、環(huán)保和冶金等行業(yè)的廣泛運(yùn)用，特別是微生物對(duì)人類健康保障事業(yè)的偉大貢獻(xiàn)。這顯然不利于大眾對(duì)微生物制品消費(fèi)需求的增加。有必要大力普及微生物知識(shí)，宣傳微生物資源的重要性，特別是微生物對(duì)人類健康的重要性，以及保護(hù)微生物資源的必要性。
二是加強(qiáng)政策的引導(dǎo)作用，促進(jìn)企業(yè)的投資需求。當(dāng)今世界，微生物資源的開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)涉及各個(gè)產(chǎn)業(yè)部門(mén)，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但是，由于長(zhǎng)期政策的引導(dǎo)和宣傳不到位，企業(yè)界對(duì)微生物制品的投資還很有限，整個(gè)微生物資源的開(kāi)發(fā)利用還處于較低的層次，零星、分散、不成體系，原始創(chuàng)新少，還沒(méi)闖出一條路來(lái)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用也不明顯。有必要加強(qiáng)對(duì)企業(yè)界的政策指導(dǎo)和宣傳引導(dǎo)，強(qiáng)化工商界對(duì)微生物制品的產(chǎn)品認(rèn)識(shí)和市場(chǎng)認(rèn)識(shí)，大力推進(jìn)微生物制品的投資需求，促進(jìn)生物農(nóng)業(yè)、微生物肥料、微生態(tài)制劑、生物醫(yī)藥、微生物能源、微生物食品以及微生物新材料等方面涌現(xiàn)出更多的高技術(shù)、高效益企業(yè)，推動(dòng)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)更快更好更健康地發(fā)展。尤其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，一定要牢固樹(shù)立“三維資源結(jié)構(gòu)”的發(fā)展理念，變“植物、動(dòng)物”的“二物思維”為“植物、動(dòng)物、微生物”的“三物思維”，把“三物思維”作為農(nóng)業(yè)發(fā)展的“新型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)”，把微生物開(kāi)發(fā)作為農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要增長(zhǎng)極、主流價(jià)值觀和主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈，這是實(shí)現(xiàn)“減肥增綠”目標(biāo)的關(guān)鍵，也是生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的自然規(guī)律。它必將成長(zhǎng)為一個(gè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，也必將成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的新動(dòng)能。