我国农业微生物种质资源保护利用发展思考

谷医林 , 张晓霞 , 魏海雷 , 阮志勇 , 顾金刚 , 李世贵 , 罗会颖 , 姚斌

中国工程科学 ›› 2025, Vol. 27 ›› Issue (5) : 180 -189.

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中国工程科学 ›› 2025, Vol. 27 ›› Issue (5) : 180 -189. DOI: 10.15302/J-SSCAE-2025.06.028
种质资源安全战略研究

我国农业微生物种质资源保护利用发展思考

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Protection and Utilization of Agricultural Microbial Germplasm Resources in China

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摘要

农业微生物种质资源涉及农业生产的各个环节，是保障粮食安全、推动科技创新、促进农业高质量发展的重要基础，明确利用现状、查找发展问题、认清相对差距、厘清发展方向成为亟需。本文从农业微生物种质资源保护利用体系、农业科技创新、资源开发利用成效等方面出发，系统梳理了国际和国内农业微生物种质资源保护利用的现状；在对比分析国际发展趋势的基础上认为，我国农业微生物资源在资源储备、保藏设施、开发利用、产业支撑等方面处于快速发展阶段，但相较国际资源强国而言面临设施条件落后、家底不清、精准鉴定评价滞后、核心种源不足等挑战。为此建议，强化顶层设计、全面布局全国农业微生物种质保护利用工作，加强基础设施、谋划资源保藏能力整体提升工程，重视原始创新、构建农业微生物资源挖掘协同攻关模式，面向需求牵引、重点支持农业微生物产业发展，以精准推动我国农业微生物种质资源保护利用，实现农业高质量发展。

Abstract

Agricultural microbial germplasm resources are involved in all aspects of agricultural production and are crucial for ensuring food security, facilitating scientific and technological innovation, and promoting high-quality development of agriculture. Therefore, it is urgently needed to clarify the current status of the protection and utilization, identify existing problems and deficiencies, recognize the gap with resource-powerful countries, and clarify the key development directions of agricultural microbial germplasm resources in China. This study reviews the current situation of protection and utilization of agricultural microbial germplasm resources in China and abroad from the aspects of the protection and utilization system, agricultural scientific and technological innovation, and effectiveness of development and utilization. By comparing and analyzing international development trends, we reveal that China's agricultural microbial resources are currently in a stage of rapid development in terms of resource reserves, preservation facilities, utilization, and industrial support. However, compared with resource-powerful countries, China still faces significant challenges including poor infrastructure conditions, unclear inventory of resources, lagging precise identification and evaluation, and insufficient core germplasm. To address this, it is proposed to strengthen top-level design to make overall arrangement for the protection and utilization of agricultural microbial germplasm, enhance infrastructure construction by planning a project for improving resource preservation capacities, emphasize original innovation to establish a collaborative research model for the exploration of agricultural microbial resources, focus on demand-driven efforts to provide key support for the development of the agricultural microbial industry. These efforts aim to promote the protection and utilization of agricultural microbial germplasm resources in China and achieve high-quality agricultural development.

关键词

农业微生物 / 种质资源 / 收集保护 / 鉴定评价 / 开发利用

Key words

agricultural microorganism / germplasm resources / collection and protection / identification and evaluation / development and utilization

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谷医林,张晓霞,魏海雷,阮志勇,顾金刚,李世贵,罗会颖,姚斌. 我国农业微生物种质资源保护利用发展思考[J]. 中国工程科学, 2025, 27(5): 180-189 DOI:10.15302/J-SSCAE-2025.06.028

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一、 前言

生物种质资源是生物繁衍和发展最根本的物质基础与战略资源，其有效保护和利用对改善人类生存环境、提高生活质量、推动农业可持续发展以及生物技术进步密切相关[1]。我国是世界农业物种起源中心和全球农业生物多样性最丰富的国家之一[2,3]。农业微生物种质资源指来源于农业生态系统或应用于农业生产的微生物，是农业生物种质资源的重要组成部分，直接参与或推动农业生产、农产品贮藏加工、农业生物技术及农业生态环境保护等相关领域的发展[4]，具有物种繁多、遗传多样性丰富等特征。农业微生物作为农业生态循环和物质转化的驱动因素，在提高耕地质量、促进农业绿色生产、保障农产品供给、保护农业生态安全、保障国家粮食安全和食品安全、确保农业高质量发展等方面发挥了重要的战略支撑作用[5~8]。以农业微生物种质资源开发利用为基础的农业生物制造不仅是我国提升原始创新、突破关键技术、培育重大产品、占领国际制高点的重要前沿方向，更是推动农业科技自立自强、践行大食物观的重要举措。

当前，农业生产面临生态系统退化，气候变化，养殖业中抗生素、激素残留超标等严峻挑战，进一步发挥农业生态系统中微生物的功能和作用成为推动农业发展的重要因素。农业微生物种质资源在微生物农药、微生物肥料、微生物饲料、微生物环境修复剂等多种绿色投入品方面具有替代优势，已被全球农业强国和农业大国视为未来农业发展的重要基石[9,10]。微生物及其衍生物能够钝化重金属、降解有机物、调控土壤微生态进而有效改善土壤理化性状，是开发功能型肥料的天然优势资源[11,12]；作物根际微生物作为“植物第二基因组”与作物根系形成了互惠共生的和谐关系，能够系统地参与植物营养和水分运输，调控作物内源信号通路，提高作物抗病、抗逆能力，进而促进作物健康[13,14]；益生菌已成为抗生素的潜在替代品，可以通过竞争性排斥、增强粘蛋白和紧密连接蛋白表达改善肠道屏障功能、分泌抗菌分子和调节免疫系统等途径，维持养殖畜禽的健康[15]。随着微生物资源的深度挖掘及相关技术的持续迭代，微生物资源在农业、食品、酶制剂等产业中的需求日益增加，对农业微生物种质资源保护和利用的重视程度也被提到了前所未有的高度[16]。

我国高度重视农业微生物种质资源的保护利用工作。《国务院办公厅关于加强农业种质资源保护与利用的意见》（2020年）首次将农业微生物种质资源与农作物、畜禽、水产种质资源共同纳入国家农业种质资源保护利用体系，明确了农业微生物种质资源的基础性、公益性、战略性、长期性定位，并对资源保护利用做出了系统性的部署安排。当前，农业微生物种质资源的重要性凸显，其保护利用已在全球范围内受到越来越多的重视，但其特殊性和复杂性也容易被忽视。深入了解我国农业微生物种质资源开发利用的现状与挑战，对保障国家粮食安全、推动农业绿色可持续发展、提升我国在全球农业微生物领域竞争力具有重要意义。因此，本文全面梳理并对比分析国内外农业微生物种质资源保护与利用的现状，明确我国在农业微生物种质资源收集保护、鉴定评价以及开发利用等各环节的实际情况，找出与国际先进水平的差距，剖析国际竞争态势与技术趋势，识别关键问题与差距，提出针对性强、切实可行的政策建议和对策，为优化资源保护、技术创新和产业发展提供科学依据，助力我国充分挖掘农业微生物种质资源潜力，实现农业微生物产业的高质量发展，抢占未来生物农业科技发展的制高点。

二、 国际农业微生物种质资源保护利用的现状与趋势

（一） 资源储备丰富，重视深度挖掘

农业微生物资源是国家重要的战略性资源，其占有量是评价国家综合实力的重要因素之一，世界各国特别是发达国家十分重视包括农业微生物资源在内的所有微生物资源的保护与利用工作。随着《生物多样性公约》《国际承认用于专利程序的微生物保存布达佩斯条约》《名古屋议定书》等国际条约的相继签订以及微生物相关产业的迅猛发展，各国政府更加充分地认识到农业微生物种质资源的战略地位，纷纷实施微生物资源保护利用行动。微生物资源收集保护已成为全球生物资源竞争的重要赛道，目前全球在册的微生物菌种保藏机构有859个，来自80个国家和地区，保藏的资源总量超过400万株。尤其是在美国、欧洲、日本、韩国等国家和地区，相继建立了集资源收集、保藏、分类、评价、共享利用为一体的高技术、大容量、智能化的微生物资源保藏库，构建了较为完善的微生物保护与利用管理体系。世界主要发达国家除收集本国资源外，还特别重视其他国家微生物资源的引进及国际公共区域微生物资源的猎获，极大地丰富了这些国家微生物资源的多样性。例如，美国农业研究菌种保藏中心（USDA-ARS）的库藏量为10万多株，其中有35%来自世界150多个国家和地区；德国微生物与细胞培养物保藏中心（DSMZ）仅保藏的原核生物模式菌种就有1.2万株，约占全球总量的72.4%，其中90%以上的菌株来自德国以外的国家和地区。

当前，美国、欧盟、日本等发达国家和地区，在资源保藏的基础上，正逐步开始向资源评价和共享利用转型，以满足社会和人类不断升级的需求。例如，2015年以来，美国典型培养物保藏中心（ATCC）、USDA-ARS等菌种保藏中心的资源总量不再增长，其工作重点由保藏微生物原始物种转向保存基因组和功能基因，并形成了标准化的微生物技术和产品开发技术服务体系。ATCC是目前国际最权威的微生物保藏机构，保藏了8万多株菌种，有严格的标准化操作和管理制度，并通过了ISO 9001：2015、ISO 13485：2016、ISO/IEC 17025：2017、ISO 17034：2016等认证，保障了高质量产品的开发、分销、研究及技术转让。2025年，Align基金会与ATCC合作，旨在创建全球最大的公共人工智能微生物表型数据集，预计将对1000种微生物菌株在1000种培养条件下的表型数据进行100万次独立实验。该数据集将涵盖各类培养基类型以及大气、温度、碳源、维生素、辅因子和金属等多种培养条件，形成表型与基因组数据关联集，为微生物生理学的预测性人工智能模型提供训练和验证基础。DSMZ精确鉴定了其收集保藏的3.76万株微生物种质资源，建立了完整的数据库、分析及质控系统，为资源的共享和利用奠定了坚实基础，并每年向全球80多个国家和地区提供材料4万多份。

（二） 战略布局宏大，重视技术创新

世界主要发达国家和地区在农业微生物种质资源保护利用中处于引领地位，这与其各自的国家战略布局密不可分。1990年，美国国会将国家遗传资源计划（NGRP）纳入国家公法，授权美国农业部实施，旨在收集、鉴定、保藏、编目、共享与食品和农业生产相关的所有生命形式的种质资源，建立种质资源收集、鉴定、编目、保存和分发的规范运行体系；规定了机构组成、人员构成、网络建立与维护以及经费支持等方面内容，奠定了美国在种质资源领域的全面领先地位。随后，其他主要发达国家和地区相继制定了各自的生物资源保护、利用和共享战略。1994年，欧洲制定了生物技术资源和信息的通用访问（CABRI）计划，致力于欧盟国家间生物资源和技术的交流与合作；1995年，日本制定了本国首个生物资源保护战略及其目标（至2010年保护微生物达到60万种），并不断丰富和完善。这些措施从国家层面进行布局，为发达国家在微生物资源领域的保护利用提供了总体指导方针，也为其在包括农业微生物在内的具体领域发展规划制定提供了参考。

随着微生物相关技术被联合国全球契约组织列为改变世界的十大颠覆性技术之一，各国开启了在该领域新一轮科技革命的激烈竞争。美国、日本、欧盟、巴西、澳大利亚等国家和地区纷纷启动了国家微生物组等综合计划或人体微生物组、海洋微生物组、农业微生物组等领域微生物组计划。2011年“地球微生物计划”启动，旨在通过对全球典型的环境样本进行宏基因组测序，包括土壤、海洋、空气、淡水等生态系统，进而全方位地分析微生物群落的多样性及其功能[17,18]。2016年，美国宣布启动“国家微生物组计划”，支持跨学科研究，解决不同生态系统微生物的基本问题；2023年发布的《美国生物技术和生物制造的明确目标》提出，在未来5年完成100万种微生物基因组测序，并了解至少80%新发现基因的功能。这些立足整个生态系统或生物技术的科技计划的实施，对推动农业微生物相关研究和技术的突破具有重要作用。

近年来，随着生物技术与信息技术、纳米技术、材料科学等的交叉渗透，驱动农业微生物种质资源挖掘利用向通量化、智能化、数字化发展，极大提升了农业微生物种质资源的开发利用水平。世界主要发达国家率先窥探农业微生物发展前景，利用各种手段从世界各地获取多样化的微生物资源，从中挖掘具有重大应用价值的新生物底盘、新功能基因、新活性物质和新优质蛋白，形成强大的资源和技术优势。2016年4月，美国农业部决定将不会对利用CRISPR-Cas9基因编辑技术培育出的抗褐化双孢菇进行监管，成为全球第一个获准商业化生产的基因编辑食用菌。

（三） 市场格局开放，重视产业引领

农业微生物产业发展是当前国际生物农业和生物经济发展的战略必争之地。预计2030—2040年，农业和食品领域的微生物制造直接年度经济贡献在8000亿~12 000亿美元，主要包括利用微生物提高农业生产力和农产品质量、开发替代蛋白质减轻传统牲畜对环境的压力等[19]。当前，随着微生物科技和产业化的不断发展，农业微生物产业预计每年将以17%的速度增长，成为全球增长最快的行业之一，预期到2026年国际市场规模可以超过3000亿美元。据预测，到2030年，微生物发酵技术的市场规模将达到494亿美元[20]。2023年，全球农业有益微生物市场规模为99亿美元，预计2032年的复合年增长率将达到11.4%[21]。随着全球高效生物转化与合成相关产业的整体爆发式增长，2021年的市场规模达到736.93亿美元，较2020年增长767.5%，其中农业和食品领域将是未来市场需求最大、应用前景最广的领域。在合成蛋白方面，微生物发酵具备天然优势，其合成效率约是传统养殖业的1000倍，能够显著提升蛋白生产效率且降低二氧化碳排放。预计2036年，微生物合成的替代蛋白产品将占据约22%的全球食用蛋白市场份额，产业规模达到2900亿美元左右[22]。微生物替代蛋白的工业化生产将颠覆传统养殖业生产方式、满足全球不断增长的优质蛋白需求。

面对如此庞大的市场发展空间，国际大型跨国公司凭借其雄厚的资金和研发实力，加大对微生物种质资源的挖掘和利用的投入，在国际市场形成了垄断地位。在农业病虫害防治、产量提高等方面开展了大量前沿研究，部分产品已进入市场，用于应对农作物病虫害频繁暴发、耕地质量偏低、农业面源污染严重等问题，成为支撑农业高质量发展的重要保障。例如，美国Indigo agriculture公司研发的微生物种衣剂（Indigo Corn）、巴斯夫公司推出的微生物拌种剂（Nodulator SCG）等在作物抗逆、增产、防病害等方面取得重大效益；拜耳公司等利用农业微生物抗虫、耐除草剂和耐旱基因，培育转基因作物新品种，巩固了其在转基因作物产业化中的全球垄断地位；诺维信公司等利用其资源优势，长期垄断主要的酶蛋白菌种专利，占据了全球75%的酶制剂市场份额。

三、 我国农业微生物种质资源保护利用现状

（一） 农业微生物种质资源保护利用体系基本完善

我国历来重视农业微生物资源的收集保护，农业微生物菌种保藏管理工作起步较早。1979年，我国成立中国微生物菌种保藏管理委员会，并依托原中国农业科学院土壤肥料研究所（现为“中国农业科学院农业资源与农业区划研究所”）成立中国农业微生物菌种保藏管理中心，同年注册成为世界菌种保藏联合会（WFCC）成员，成为我国第一个国家级农业微生物种质资源战略保藏库。在重视大农业观、大食物观的背景下，农业微生物种质资源作为农业生物战略资源的重要组成，在践行大食物观和赋能新质生产力方面展现出独特且关键的核心价值，并在农业生产的各个领域中广泛应用，成为农业绿色发展的重要支撑。因此，农业微生物种质资源的保护利用也越来越受到重视。

农业农村管理部门积极推进农业微生物种质资源的保护与利用工作，发布《农业农村部关于落实农业种质资源保护主体责任 开展农业种质资源登记工作的通知》（2020年）、《关于做好农业种质资源库建设工作的通知》（2021年），确定设立农业微生物种质资源保护与利用中心，牵头负责全国农业微生物种质资源保护与利用工作；并进一步强调规范资源库建设和加强对农业微生物种质资源保护工作的政策扶持，建设国家级农业微生物种质资源综合库和国家级农业微生物种质资源特色功能库，从国家层面建立农业微生物种质资源保护与利用网络。截至2024年年底，我国共确定了三批29个国家农业微生物种质资源保护与利用单位，形成了“1+28”的农业微生物种质资源保护体系，资源保藏量达到28.3万株。资源库遍布我国21个省（区、市），涵盖了食用菌、肥料微生物、饲料微生物、植保微生物、农业环境微生物、畜禽水产微生物及农业专利与模式微生物等农业微生物资源全领域，各具功能特色和地域特征，构建了自上而下、优势互补、协调管理的农业微生物种质资源保护与利用网络，为保障我国农业微生物种质资源战略保藏、提升农业科技创新、高效支撑种业振兴奠定了坚实的资源基础。

（二） 农业微生物领域科技创新能力持续提升

为确保科技创新能力的不断提升，我国在农业微生物创新研究平台方面进行了全国层面的布局。2003年12月，经科学技术部批准，建设了农业微生物学国家重点实验室。2022年，在已有基础上重组建设了农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室，形成一支由院士牵头，汇聚国家级、省部级人才和创新团队的高层人次人才队伍。2011年，农业农村部成立农业微生物资源利用学科群；并于2022年新增农业农村部农业微生物组学重点实验室。这些科技创新平台围绕农业微生物种质资源收集保藏和开发利用，形成了从基础研究到产业应用的全链条创新体系，为促进我国农业绿色高质量发展提供了核心战略资源和关键技术支撑。

我国农业微生物领域的基础研究和应用研究发展迅速，多数领域紧跟国际前沿，部分研究处于国际先进水平。截至目前，在Web of Science数据库中可检索到全球农业微生物领域相关论文超过10万篇，其中来自我国的发文量占比接近30%，居全球首位。在农业微生物领域相关专利申请数量方面，来自我国的专利申请量在全球范围内的占比更是超过90%[23]。随着现代生物技术的高速发展，微生物组、生物大数据、基因编辑、生物合成、人工智能等技术不断突破和深度融合，全面推动了农业微生物前沿理论的科技创新，使其在应对全球粮食危机、耕地质量下降、生物资源紧缺等问题上发挥了至关重要的科技支撑作用。近年来，我国在农业微生物种质资源科技创新方面取得一系列突破性成就。例如，在豆科植物与根瘤菌共生固氮新机制方面取得突破，进一步加深了对微生物调控生物固氮过程的理解[24,25]；首次分离获得佛斯特拉门古菌纯培养物，证实其具有氢依赖代谢甲基类物质产甲烷的生理功能，并提出了新的细菌和古菌互作产甲烷模式[26,27]，为理解全球甲烷循环和温室气体控制提供了新视角与新思路；深入解析了植物 ‒ 微生物互作机制及微生物组调控植物健康的新机制，为认识作物抗病过程、提升病害绿色防控和改良农作物提供了参考[28~30]；系统阐明了肠道微生物组与畜禽、水产动物健康的关联性，为健康养殖提供了新思路[31,32]。此外，我国首次实现从二氧化碳到淀粉的从头合成[33]，并研制出基于玉米秸秆的低成本、高效合成人造淀粉和微生物蛋白的新技术[34]，为今后生物合成未来食品的发展奠定了基础。

（三） 农业微生物种质资源开发利用成效显著

微生物及其功能基因和代谢产物在农业中的应用，能够显著改善养殖动物健康、提高作物产量、改善土壤健康、降低化肥与农药用量，成为推动全球绿色农业高质量发展的重要驱动力[35]。以微生物农药、肥料和饲料为代表的新一代农用生物制品成为农业绿色可持续发展的必然趋势。面对全球市场的冲击，我国在农业微生物种质资源开发利用方面已取得显著成效，现已形成了全球市场规模最大的微生物肥料、农药、饲料添加剂和食用菌产业。目前，我国有效登记的微生物肥料产品超过11 353个[36]，注册企业达到4500家，年产量超4×107 t，总产值达400亿元以上；获得登记的微生物农药有效成分有70余种，涉及560多个产品、200多家生产企业，其年产量、产值均占我国农药总量的10%左右。其中，2024年，在首次取得登记的10种新有效成分中微生物农药有4种，17个新农药产品中微生物农药有7个，微生物农药涨势迅猛[37]。近年来，我国微生物饲料添加剂产业经历了起步阶段到技术升级阶段的跨越，酶制剂、益生菌等产品因其在提升动物健康和生产性能、提高饲料转化率以及减少抗生素用量等方面的显著效果而备受青睐。在我国最新公布的《饲料添加剂品种目录》中，有36种菌种允许作为饲料添加剂使用。围绕这些菌种从事微生物饲料添加剂开发应用的企业约有400家，其中约有140家具备微生物饲料添加剂的生产资质，年销售额为20亿元左右。我国饲用酶制剂已经占到全球饲用酶制剂市场的14%[38]。我国已有研究团队建立了完整的饲用酶研发平台，有效解决了我国饲用酶性能、成本、知识产权和可持续研发等瓶颈问题，使我国饲用酶行业迅速发展成为一个具有国际竞争力的新兴产业。根据国内养殖动物数量和饲料生产量计算，目前微生物饲料添加剂的市场推广普及率仅为10%，依然具有极大的市场空间和产业发展前景[23]。我国作为食用菌生产和消费大国，食用菌产业规模较大，在实现农民增收致富、丰富和保障菜篮子以及推动区域经济发展中发挥了重要作用。根据中国食用菌协会的统计调查结果，2023年，我国食用菌总产量达到4.334×107 t、总产值为3965.57亿元[39]。我国在白色（黄色）金针菇、双孢菇、羊肚菌等品种选育方面实现突破，为摆脱种源长期依赖进口创造了条件。

四、 我国农业微生物种质资源保护利用面临的挑战

（一） 保藏体系完善，但设施条件落后

我国农业微生物种质资源保护面临的挑战空前严峻，虽初步构建了“1+28”的全国性农业微生物种质资源保护利用体系，但普遍存在保藏条件简陋、保藏方式单一、库容饱和、鉴定水平落后、信息不明等问题。同时，与动植物种质资源保护利用相比，农业微生物种质资源具有物种丰富且多样化、鉴定鉴别技术要求高、保藏技术和条件苛刻、公益共享难度大等特点，部分保藏单位不具备长期保藏的软硬件基础，导致资源丢失或丧失的情况时有发生。在调研中发现，部分国家级和省级资源保护单位尚未形成系统化、科学的资源保护方法，部分资源仅采用单一的保存手段，缺少备份；资源库尚未形成独立的平台，依赖于个别实验室的维持，严重影响资源安全性。并且，我国在农业微生物科学研究的投入力度远远大于种质资源保护和利用平台建设的投入力度，导致资源分散，重复投资、低水平重复开发现象严重。此外，绝大多数的农业微生物资源还散存在各个科研院所、高等院校以及少数具备研发能力的企业，而受限于保藏条件和专业性参差不齐、保藏质量标准不统一，种质资源的长期安全保藏难以保障。整体上看，我国农业微生物种质资源设施建设相对滞后，智能化程度严重不足，缺乏新兴技术与高通量筛选设备以及标准化的操作，制约着资源的长期安全保护。

（二） 资源拥有量庞大，但家底不清

近年来，世界各国加大对微生物资源的收集保存力度，全球微生物资源保藏量显著增长，尤其是我国的微生物资源保藏机构和保藏总量增长迅猛。从2014年的25家机构、14万余株微生物菌种[40]到目前增长为53家保藏机构超过94万株资源，微生物资源总量跃居世界首位。在此背景下，农业相关微生物资源也有大幅提升。通过对现有国家级和省级资源库、各科研院所和高等学校以及重点企业进行调研，初步估计的我国农业微生物种质资源数量超过60万株。然而，由于缺乏统一的信息管理登记系统和标准化编目，且多数保藏机构对资源鉴定手段单一，上述调查数据仍存在很多菌种信息不清以及菌种退化和死亡的问题。此外，我国尚未系统开展农业微生物种质资源调查行动，对于农业生态系统的自然生境中微生物的挖掘保护不足。研究表明，自然生境中至少99%以上的微生物资源尚未挖掘[41]，随着农业生态环境和种植方式的改变，与生产密切相关的农业微生物也发生不可逆的变化，如大规模的单一种植作物和耕作方式致使多样性锐减[42]。同时，极端微生物在农业中的生物技术潜力变得越来越重要，为开发新的微生物菌剂提供了更多可能[16]。过去20年，在我国新疆特殊生境发掘的微生物新种有300多株，平均每年可发现15个以上新种，且部分资源在病害抑制、农残降解、耐盐碱、耐高温等方面展现出优良性状[43]。因此，资源家底不清严重制约了我国农业微生物种质资源的收集保护和有效利用。

（三） 资源种类丰富，但精准鉴定评价滞后

我国农业微生物种质资源极为丰富，但长期重保存、轻评价，致使可获取的优质农业微生物种质资源数量占比偏低，同国外相比差距明显，难以满足日益增长的新型功能种质资源需求。我国虽是农业微生物种质资源大国，但未进入种质资源强国行列，菌种资源的精准鉴评能力亟待提升。微生物多样性高、代谢途径多样，然而大量具有优良性状的微生物资源“深藏库中无人识”。仅与从业人员研究方向密切相关的菌种类群进行了表型与基因型的精准鉴定，多数资源尚未进行有效的开发利用，资源优势未能转化为产业优势。精准鉴定评价农业微生物资源，发掘适应现代农业发展所需的新资源和功能基因，是农业微生物利用的基石。因此，国家级保护体系应秉持“在保护中利用、在利用中保护、利用促进保护”的原则，积极组织开展种质资源精准鉴定和系统评价工作，摸清资源特征特性。全面掌握其性状特征和优异性状遗传规律，建立表型、基因型、代谢物深度挖掘的微生物资源高通量发掘技术体系，实现优异菌种、基因、代谢物等资源的规模化和精准化发掘，使农业微生物种质资源从液氮罐进入发酵罐，有效发挥资源功效，推动我国从资源大国向资源强国迈进。

（四） 有效支撑产业发展，但核心种源不足

我国农业微生物产业展现出良好的发展前景，但在农业微生物基础研究、产业应用方向缺乏原创性技术和国际竞争力，大量研究性、商业化菌种受制于人，严重制约我国农业和微生物相关产业高质量发展。我国微生物肥料产值已经超过400亿元，使用面积超过5×109亩（1亩≈666.67m2），然而登记的主要菌种同质性极高，严重限制了行业的健康发展；饲用微生物推荐菌种仅36种；生物农药相关微生物目前还没有明确的推荐菌种目录，在登记的550多个产品中，仅苏云金杆菌、枯草芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌3个种就占了总数的73%；在益生菌产业方面，我国市场规模超过500亿元，占全球产值的17%，但核心菌种自主率不足10%[44]，部分产业核心菌种自主率低于5%，这在很大程度上制约了产业的国际竞争力和持续创新能力。此外，我国微生物领域专利数量为全球第一，但专利菌株的发放率仅约3.3%；而美国专利菌种发放量长期超过专利菌种保藏量，菌种发放率高达1206.9%，是我国专利菌株发放率的365.7倍[45]。

五、 加强我国农业微生物资源保护利用的发展建议

以农业微生物种质资源保护利用为核心的生物农业已成为现代农业发展的重要方向。与动植物种质资源研究相比，农业微生物资源的开发利用尚未得到足够重视。由于农业微生物资源的广泛应用和取得的非凡成果，农业微生物资源的占有问题已被国际学者公开讨论，如从农民个体、科研人员以及国家的角度提出农业微生物资源的归属问题[7]，而这一问题的抛出势必引起资源强国对国际农业微生物资源的觊觎。因此，建议我国从顶层设计、基础研究、人才队伍、协同攻关等层面系统谋划，进一步加强农业微生物种质资源的收集保护和开发利用。

（一） 强化顶层设计，全面布局全国农业微生物种质保护利用工作

我国微生物资源总量庞大，但资源保护不足，严重制约了我国农业微生物科技创新和产业发展。建议从政策层面加快构建“管理型领导和技术型领导”组成的农业微生物种质资源工作领导组，形成管理决策、科技创新、财政支持、行业监督等全方位的工作体系。加强顶层设计和战略布局，凝聚全国农业微生物相关科研力量，围绕农业微生物资源收集保藏和开发利用系统布局，明确攻关方向，细化重点领域与应用场景。建立健全农业微生物种质资源保护法律法规，明确资源权属、保护责任和利用规范，加强对资源的法律保护。加强科普宣传，提高社会各界对农业微生物种质资源重要性的认识，营造全社会共同参与资源保护与利用的良好氛围。

（二） 加强基础设施建设，谋划资源保藏能力整体提升工程

长期以来，国际学者呼吁增加对微生物资源保藏中心的投资，以应对科技发展与资源保护之间的不平衡性[46]。我国现有的资源库建设更是处于全面落后的局面。建议重视国家农业微生物种质资源库新库与备份库建设，建成条件保障国际领先、技术先进、管理高效的资源库，实现农业微生物种质资源长期战略安全保藏；同时，提升国家级、省级特色库的保藏能力与水平，实现实物资源保藏全面安全有效。积极关注单细胞拉曼组等新兴技术在微生物资源智能化与自动化保藏设施中的应用，构建芯片式功能菌种库，智能数据化管理，率先实现微生物资源保藏设施革命性创新，占领国际制高点。建设国家农业生物种质资源数据中心，构建全国统一的农业微生物种质资源大数据平台，打破“数据孤岛”，构建农业微生物种质资源超算平台，强化农业微生物大数据分析，支撑信息资源深度挖掘，为微生物资源的有效社会共享提供良好的技术支撑，促进农业微生物资源的共享利用。

（三） 重视原始创新，构建农业微生物资源挖掘协同攻关模式

2021年欧盟即提出了微生物资源研究基础设施 ‒ 欧洲研究基础设施联盟（MIRRI-ERIC），而我国目前对农业微生物资源的深度挖掘与鉴定，主要依赖于单一课题组或实验室，尚未形成系统攻关模式。建议将微生物种业纳入国家种业体系、农业微生物资源利用纳入国家现代农业产业技术体系，将农业微生物种质资源发掘与利用纳入国家“重大微生物产品创制工程”，将微生物种质资源提升至与动植物种质资源同等重要的地位。加快布局“农业微生物资源”相关的国家重大育种专项，加强已有领域关键“卡脖子”技术定向协同攻关。在农业微生物高效基因编辑与智能制造、活性化合物分子设计与微生物合成精准设计、微生物高效发酵和转化等前沿技术在基础研究领域采取“点将配兵”的项目组织方式，加快攻关速度。形成我国农业微生物领域的创新联合体，构建科研院所、高等院校、重点企业融合联动、相互支撑、相互协调的研发与产业化链条式推进新格局，引领我国农业微生物科技创新和资源挖掘利用。

（四） 面向需求牵引，重点支持农业微生物产业发展

微生物技术的独特性、广适性能够适配农业可持续发展目标的多样性和复杂性，已展现出可观的产业开发前景。建议积极引导科研机构、优势企业在农业微生物种质资源挖掘利用、技术创新、前沿理论等战略性新兴产业重点领域加大投入，同时提升供应链管理水平，深化供需精准匹配。以产业应用为导向，促进研究机构与高新技术企业构建创新联合体，设置以产品性成果为导向的科技攻关，服务农业产业。以市场需求为牵引，进一步深化我国农业微生物领域“政产学研用”体系建设，推动全链条贯通、共性技术支撑的科企融合新形式，将科研优势与市场优势有机结合，加速农业微生物产业化进程。构建农业微生物科技创新联盟，加强国内优势单位联合与协作，创制新型微生物源农业绿色投入品，培育壮大一批农业微生物资源利用科技创新型企业，加快技术集成创新与推广应用，提升我国生产用核心微生物种质自给率。

六、 结语

农业微生物种质资源作为“农业芯片”，是农业产业链的源头和农业科技原始创新的物质基础，在保障我国粮食安全、推动科技创新和实现农业绿色发展中具有重要战略价值。本文全面总结、对比分析了国内外农业微生物种质资源保护、基础设施建设、资源挖掘利用、产业发展支撑等方面的现状和趋势，总结了我国在农业微生物种质资源保护利用方面面临的挑战。从摸清资源家底、提升条件能力建设、深度鉴定评价和激发产业创新活力等角度阐明了我国农业微生物资源保护利用的重点方向，为提升我国农业微生物资源国际竞争力提供参考。

我国在农业微生物种质资源保护体系、科技创新和微生物产业发展等领域已取得显著成效，但仍存在家底数量不清、资源流失风险加剧、开发利用程度不足等核心问题。今后，应进一步强化顶层设计，完善政策法规，全面推动农业微生物种质资源在收集保护、开发利用方面实现新突破，有效发挥其在科技创新和产业发展方面的关键支撑作用，为未来微生物农业的全球化发展贡献“中国菌”。农业微生物种质资源挖掘利用已成为全球科技、经济、产业竞争的重点领域，我国在该领域的重点突破有助于加速实现农业高质量发展，形成新质生产力。

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基金资助

中国工程院咨询项目“种质资源安全战略研究”(2023-JB-02)

国家自然科学基金项目(31970007)

国家自然科学基金项目(31901932)

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