農業的本質是開發利用生物資源，傳統農業是利用植物、動物資源的“二物”農業。有史以來，人類的農業活動主要集中在植物和動物，雖然對微生物也有所利用，如食用菌的采集、制酒釀醋等，但多處于自然狀態。隨著高科技的深入發展，近百年來，人類的農業活動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，微生物的開發利用已經形成微生物肥料、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域。雖然技術上已不成問題，但社會的認知度卻遠遠不夠。因此，變植物、動物的“二物思維”為植物、動物、微生物的“三物思維”是農業發展的新理念、新使命、新領域。利用微生物技術開發農作物秸稈等廢棄物是“點草成金”，開發禽畜糞便是“點糞成金”，而這項技術本身則是“點廢成金”。且它具有“六不爭”的特點：即不與人爭糧，不與糧爭地，不與地爭肥，不與農爭時，不與農產品爭市場，不與其他爭資源。
陷入困境的二物思維
傳統農業生產對自然資源的掠奪式開發使農業生產所依賴的自然環境日趨惡化，從根本上制約了農業生產的可持續發展。我國要實現農業可持續發展的戰略目標，就要向地球生物圈學習——植物生產、動物消費、微生物分解還原，形成循環往復、生生不息的農業循環系統。將傳統農業調整為植物、動物和微生物資源組成的“三物”農業，是實現農業可持續發展的戰略性調整之一。微生物農業是遵循生態學原理，利用微生物——分解者的作用，開發農業生物的潛在生態位，充分地利用農業生物量資源，尤其是殘渣廢料的利用，有利于能量的轉化和物質的循環利用。同時，發展微生物農業有利于實現農產品工廠化生產，有利于改善農業生態環境，可將微生物在農業生態系統中的被動作用主動化、隱性作用顯性化，從而形成地球生物圈的良性循環，有利于資源的永續利用，實現農業的可持續發展。這也是中央關于“綠色化”發展理念在農業領域的具體體現。
微生物在地球上無處不在，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。有人估計他們的種類可達1萬億種，但我們卻知之甚少，各國的學者已經用分子生物學手段確切證明，迄今為止仍然有90%－99%的微生物未被認識。
動物、植物和微生物是生物資源的三個支柱。但是，長期以來由于受科學技術能力的局限，我們只在植物和動物二物思維二等中觀世界里打轉轉，在微生物上考慮的不多，盡管人類對微生物的利用已經有很長一段時間。二物思維已經使農業陷入困境。
一是資源承載力已經超限。農業有三大系統，分別是耕地農業、草地農業和捕撈農業。種植業現在最大的問題就是土地，土地資源已經非常緊缺。我國人均土地占有只是美國的十三分之一，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。改革開放以來，有3億多畝耕地被城市與工業占了；草地系統超載過牧。草原退化越來越嚴重，由于氣候干燥，放牧過度，易造成牧草生長不良，覆蓋率降低，甚至引起沙化。草場退化可使載畜量降低，影響和限制畜牧業的發展，大到影響到整個地區的生態環境。“三江源”地區已經出現草場退化，鼠害猖獗，氣候變暖使蒸發量持續增高，水源涵養功能持續下降的現象。第三個系統是捕撈系統。中國是世界上惟一一個海洋養殖大于海洋捕撈的國家。主要靠養殖來解決水產品的問題。中國水產品的消費能力比其他國家大得多。我們現在是每年人均37公斤，消費量驚人。發達國家平均26公斤，發展中國家平均18公斤。
二是生態環境惡化。為了高產高效，過量使用農藥化肥、除草劑以及動物使用的抗生素。現在面臨的污染越來越嚴重。特別是江河湖海等富營養化等問題。太湖的藍藻、安徽巢湖的藍藻等事件給當地的經濟與生態帶來了巨大的破壞。地表水的污染也到了十分嚴重的地步。據有關方面調查，我們現在地表水可以測出68種抗生素，還有90多種非抗生素類的藥?，F在是無河不污。中國每年生產的抗生素是21萬噸，人均消費138克。美國是13克，我們是人家的10倍還多。在這種生態環境中從事農業生產，產品質量必然大受影響。
三是動植物之間的生態循環鏈條中斷。傳統農業遵循的基本規律是一個封閉的內循環。農作物種出來，種子給人吃了，根莖葉喂牲畜，人畜糞便又回到田里作為農作物的肥料。我們的農業生產就是在這樣的一個循環體系中緩慢向前發展。現代農業打破了這樣一個封閉的內循環，注入了兩個外力；一個是從石油中提煉的農藥化肥，第二個外力是機械代替了人力畜力。現代農業注入這兩個外力之后整個內循環鏈條被打破，生態循環鏈條中斷，農業就出現了許許多多的問題。如不光生態環境惡化，而且土地質量嚴重下降等。
點廢成金的三物思維
高科技的介入使微生物的開發成為一個新興的戰略型產業，微觀世界的開發現在已經使農業生物化進入了一個不可思議的地步。農業向未來進軍，有這么一些基本特征。一是由平面向立體發展。美國、以色列、法國都在搞農業摩天大樓。一座30層的摩天大樓，可以種養100多種動植物。夠5萬人一年的消費。二是由自然化向設施化發展。2012年我國設施農業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。三是由化學化向生物化發展?，F代農業向生物技術領域邁進。近年來，我國生物產業保持20%以上的增速，2014年生物產業產值達3.16萬億元，微生物的開發將是未來農業生物化的重中之重。四是由人控機械化向電腦自控化發展。物聯網在農業中的運用使得種、管理、采摘、包裝、儲藏、運輸等能夠實現智能控制。五是由陸地化向海洋化發展。用海水澆灌的農作物科學家已經試驗成功。未來的海洋文明不是以貿易為中心，而是以生產為中心，要在海洋建大農場。六是由地球化向太空化發展。已經有100多種農作物帶上太空試種成功，未來我們將在太空上搞一些種植農場。借鑒太空站技術，農作物放在太空上種，用傳輸器采摘下來供人類食用。七是由生產化向移民化發展。美國的火星地球化的改造計劃，試圖在不遠的將來，將人類移民至火星。
當今世界，人類有三大前沿科技，即生物技術、新能源技術和信息技術，其中微生物技術與人類的健康長壽關系最為密切，在這一領域的研究正突飛猛進地發展。一個健康人身上攜帶的微生物總重最多不會超過體重的3%，但如果論細胞數量，微生物是人體細胞的10倍。每個人攜帶的微生物種類都有著或多或少的差異，如指紋一樣獨一無二。微生物就是一切難以用肉眼看見的微小生物，包括細菌、真菌這些單細胞生物，也包括病毒、立克次體這些非細胞生物。至于微生物群組，就要從微生物獨特的進化特點說起。多細胞生物的傳宗接代周期少則以月計，多則以年計。而細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生新一代。這樣高速的繁殖令它們有著遠高于多細胞生物的進化速度，能不斷修改自己的基因去適應環境。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。微生物對人類來說意義重大。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，腸道中就會滋養出不同的微生物種類。近年的生物學研究發現，腸道微生物群組竟然還是人體免疫系統的一個組成部分，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對我們的身體產生顯著的調控作用，令我們罹患肥胖癥、二型糖尿病或是直腸癌，甚至影響到神經系統，讓我們更快樂或更憂郁。對微生物的進一步研究、利用能讓我們生活得更健康。在食品工業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。按照這個思路，今后或許可以通過在食物中添加特定的益生菌來治療諸如糖尿病、癌癥等疾病。這些傳統上要靠藥物解決的疾病，今后也許只需吃點微生物就可以搞定。2016年5月，美國總統奧巴馬宣布啟動“國家微生物群組推動計劃”，將研究目標鎖定整個生態環境中的微生物群組。隨著該計劃的啟動，人類將積累更多這方面的知識，創造更有利于人類的微生物環境（葉盛《微生物造就不一樣的你》）。
僅就發展微生物農業而言，一是利用微生物技術處理，“點草成金”，實現廢棄物的無害化和再利用。當前，農業生產中產生的廢棄物處理粗放、綜合利用水平不高的問題日益突出。據估算，全國每年產生畜禽糞污38億噸，綜合利用率不到60%；每年生豬病死淘汰量約6000萬頭，集中的專業無害化處理比例不高；每年產生秸稈近9億噸，未利用的約2億噸；每年使用農膜200萬噸，當季回收率不足2/3。這些未實現資源化利用無害化處理的農業廢棄物，實際是放錯了地方的資源。發展微生物農業，這些有機廢棄物經微生物發酵就能轉化為飼料、沼氣、生物乙醇等，實現農業廢棄物的無害化和再利用。
二是可以實現農產品的工廠化生產，緩解糧食緊缺的矛盾。微生物農業是具有高科技生物工程內涵的“發酵工程”和“酶工程”，可實現農產品的工廠化生產。我國農作物秸稈，通過微生物發酵工程變為飼料，可以獲得相當于400億千克的飼料糧，這相當于目前全國每年飼料用糧的1/2。一座占地不多年產10萬噸單細胞蛋白的微生物工廠，相當于12公頃耕地生產的大豆蛋白或0.25億公頃草地飼養的牛羊所生產的動物蛋白，數目十分可觀。利用秸稈類的農業有機廢棄物——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基，可獲得飼料生產（底料作畜禽的優質飼料）和食用菌生產的雙豐收。微生物飼料制劑包括單細胞蛋白飼料、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、發酵飼料等。其混配在飼料中可起到幫助消化、促進生長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，效率高，且有利于環境保護而日益受到人們的重視。許多微生物除了可作飼料添加劑，還可用于發酵工程來生產大量飼料，實現人畜分糧，緩解糧食緊缺的矛盾。近年來，農業生產上利用殘渣食物鏈進行食物生產也越來越多，尤以食用菌為紐帶的生態模式效果明顯。微生物菌體以其豐富的蛋白質、氨基酸及維生素含量列為重要營養食品，許多食用菌品種還以其突出的抗癌、降脂、增智及提高機體免疫力的功效而成為首屈一指的保健食品。國際食品界已將其列為21世紀的八大營養保健食品之一。據科學估計中國菌物種約有18萬種左右，其中大型真菌約2.7萬種。目前已發現并報道的食用菌有710多種，其中能進行人工栽培的約有50種，已經形成規模的商業栽培有15種左右。
三是可以改善農業生態環境，實現農業可持續發展。21世紀人類社會發展的首要問題是生態環境保護問題。農藥、化肥的大量投入，給生態環境造成了嚴重的破壞，對大氣、土壤和水體造成了不同程度的污染。為了促進我國農業的可持續發展，微生物在農業生產中必將扮演更為重要的角色。發展微生物農業，一方面減少農業廢棄物污染，將有機廢物變廢為寶，有利于生態環境保護；另一方面，微生物農業中的生態環境保護劑，還可直接清除空氣中的廢氣、污水和土壤中的有害化學物質，是國際上正在興起的一項新產業。發展微生物農業不僅可以滿足人們對食品數量增加、質量改善和食品安全的需求，而且可以有效地提高動、植物資源利用率，改善和保護生態環境。2013年，美國出版了《微生物養活世界》一書，強調通過調控土壤微生物區系能夠增產20%，減少20%的化肥與農藥，是未來環境友好、經濟高效農業的新出路。
我國高度重視生物技術和產業的發展，出臺了一系列戰略規劃，研發投入持續增加，取得了一批標志性科技成果，在世界上首次解析葡萄糖轉運蛋白晶體結構，治療Ｔ細胞淋巴瘤新藥西達本胺上市，人工角膜“艾欣瞳”投產。微生物的開發產業前景也是十分廣闊。以食藥用菌為例，現在我們對于食用菌的消費非常有限?，F在全國人均只有60克。營養專家說每人每天應該消費250克以上，那就是半斤多，如果按這個數量去計算，那么就需要1.2億噸?，F階段中國每年的食藥用菌產量3000多萬噸，產值是2000多億元，這也就意味著，整個產業的的產值規模，差不多在這個基礎上要翻3倍以上，達到一個萬億級的產業。
高營養的價值使得微生物的開發成為時代的寵兒。中國共產黨人已經向全世界承諾兩個百年目標。第一個百年目標是全面建成小康社會。建成小康社會之后就是要建設健康中國，而健康的核心就是首先要把吃的東西解決好。微生物營養的豐富和轉化，是未來人類營養鏈的重要一環。以食用菌為例，現代科學研究的最新成果表明，食用菌不僅具有很高的營養價值，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、有機鍺、有機硒等許多藥用成分，對人體細胞的修復作用和在治療肝炎、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發
根據《中國微生物資源發展報告2016》分析結果，2001－2015年，中國在微生物資源領域取得巨大發展。中國微生物領域論文發文量位于世界第二，僅次于美國；中國微生物領域專利族數量世界第一，從全球排名來看，中國于2009年成為微生物領域公開專利數量最多的國家；據全球微生物保藏中心信息網（CCINFO）統計，中國菌種保藏中心共33個，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個用于專利程序的生物材料，中國的CGMCC保藏專利菌株為11977株，排在第2位。我國的微生物研發利用已步入快車道。
1.微生物肥料
土壤是作物賴以生長的基礎?！版k大米”事件曾引發社會的廣泛關注，為我們敲響了土壤污染的警鐘。近期，環境保護部和國土資源部做了一個全國土壤污染狀況的調查，調查發現全國土壤總超標率16.1%，土壤污染已經成為我國許多地方的“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，化肥污染也越來越被重視。數據顯示，近年來我國化肥的使用量上漲了4.5倍，但我國糧食產量僅增長了82.8%，三大糧食作物氮肥、磷肥、鉀肥的利用率僅為33%、24%和42%。我國農作物畝均化肥用量21.9公斤，遠高于世界的平均水平（每畝8公斤），是美國的2.6倍，歐盟的2.5倍。中國的耕地肥力出現了明顯下降，全國土壤有機質平均不到1%。但是目前在農作物用肥上，依然存在過度施肥和用肥單一、照“老經驗”施肥的情況，不僅犯了經驗主義的錯誤，還加劇了土壤內在結構的不平衡，僅靠增加施用化肥數量來提高作物產量是有限度的。
作物所需要的營養元素主要是依靠土壤中生活的微生物的作用。微生物肥料已經成為植物營養與肥料中的重要組成部分，在提高養分轉化利用率、維護植物健康成長、增產提質和保障可持續生產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，尤其是人們對生活質量提高的要求，市場對綠色無公害的食品需求不斷提升。在生產綠色食品的過程中，要求不用或盡量少用或盡量限用化肥、農藥等化學物質。中國三大灌區之一河套平原的農民企業家楊兆麟，流轉了2萬畝土地。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年小麥的天然生態肥料，既節約了生產成本，又提升了小麥的品質。2013年，他的小麥面粉通過了歐盟有機產品認證，同年中南海將它選為國宴用品?，F在該品種面粉是30-260元一公斤，做成面條更貴，460元一市斤，并且還供不應求，提前3個月訂貨都訂不到。微生物肥料既能保護和促進農作物生長和提高品質，又不會產生和積累有害物質，符合綠色食品和綠色農業的發展要求，也是推動農業供給側改革、深化種植結構調整及提高資源要素的使用效率的應有之義。
目前，我國基本形成了微生物肥料產業，全國約有500個企業，年產量達到400萬噸，微生物肥料己逐漸成為肥料家族中的重要成員，獲得農業部臨時登記證的產品近500個，其中已有200多個產品轉為正式登記。在農業部登記的產品種類有12個，包括固氮菌劑、硅酸鹽菌劑、溶磷菌劑、光合菌劑、有機物料腐熟劑、復合菌劑、微生物產氣劑、農藥殘留降解菌劑、水體凈化菌劑和土壤生物改良劑（或稱生物修復劑）、復合生物肥和生物有機肥類產品。微生物肥料使用菌種種類不斷擴大，所使用的菌種早已不限于根瘤菌，即使是根瘤菌種類也達10多種。其他的諸如各種自生、聯合固氮微生物，纖維素分解菌，PGPR菌株等，據統計，目前使用的菌種已達100多種。微生物肥料的應用效果不僅表現在產量增加上，而且表現在產品品質的改善、減少化肥的使用、降低病蟲害的發生、保護農田生態環境等方面，應用面積不斷擴大，累計達2000多萬公頃。
2.微生物飼料
健康動物腸道內生長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，構成畜禽腸道內微生態系統的平衡，建立一個正常且平衡良好的腸道微生物區系對抵御病原性微生物感染具有十分重要的意義。多年來，禽畜飼養中所用的飼料中，長期添加化學促長劑和抗生素藥品，形成對禽畜體內的有益細菌大量損害，給禽畜體內的病毒細菌造成了大量的繁殖空間，迫使禽畜免疫力下降，進而又使得消費者對禽畜抱有恐懼感。不間斷地在配合飼料中添加抗生素等化學物質，如此形成了惡性循環，進一步導致禽畜免疫力下降。飼料原材料價格居高不下，飼料價格隨之節節攀升，飼料轉化率低等因素使得養殖戶利潤得不到保障。
微生物飼料包括青貯飼料、糖化發酵飼料、單細胞蛋白和氨基酸添加劑飼料等。大量的研究結果表明，微生物飼料添加劑作為一種“綠色”添加劑，在促進動物生長發育，提高免疫力、防病治病，改善飼料適口性和轉化率等方面具有顯著效果。通過微生物技術，飼料發酵劑發酵之后可以轉化為動物愛吃的飼料，不僅保護了環境，還節省了飼料，這樣一舉兩得。該技術的最大功績在于，它可以逐漸替代農用化學物質，取代激素和抗生素，生產出綠色食品。
中國農業大學農業部飼料工業中心成功開發出了一種生產工藝簡單、使用效果顯著的微生物發酵濃縮飼料，生產成本在每噸3000元左右。在生長育肥豬配合飼料中添加15%-20%的發酵濃縮飼料就可以實現從20公斤到出欄的全程無抗生素飼養。經過北京地區6個豬場的飼養試驗證明，在飼料成本相同的情況下，每頭豬可以節省飼養成本20-38元，經濟效益極其顯著。目前北京地區已經有20多家規?；i場使用本產品，生豬總存欄數超過3萬頭。經國家抗生素殘留權威檢測部門分析，通過飼用該產品獲得的豬肉中抗生素的殘留量極低，遠遠低于歐盟安全肉中抗生素殘留的限量要求。
國內微生物飼料添加劑產業仍處于起步階段，從事活性微生物飼料添加劑開發應用的企業大約有400家，獲得農業部生產批文的約有140家。國內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，產品年銷售額在3000萬元以上的不過幾十家，大多數企業的年銷售額在1000萬元以下。根據目前國內飼料年生產總量和豬、禽、反芻和水產動物的養殖總量來計算，國內微生物飼料添加劑的市場容量在180億元至200億元之間，目前市場推廣普及率約為10%，市場空間極大，產業發展前景十分廣闊。
3.微生物能源
能源是人類社會進步與經濟發展的重要物質基礎。近年來的能源危機和環境惡化引起世界各國的高度重視，生物能源作為石油的替代能源已成為眾多國家能源發展的必然趨勢。自生物能源出現以來，微生物就與之產生了千絲萬縷的聯系，無論是生物乙醇、生物柴油還是生物制氫，微生物都是生物反應的參與者。而該項研究為實現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。
人們對生物能源并不陌生，早在19世紀，就出現了現代生物能源乙醇。1902年，Deutz可燃氣發動機工廠特意將1/3的重型機車利用純乙醇作為燃料，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安全、清潔是乙醇的主要優勢。隨著現代技術的發展，利用微生物對生物質加工制備生產生物能源已成為開發可再生能源的主要方向之一。例如，巴西用乙醇產生菌生產的乙醇1990年已達到1.6×107立方米，足夠供應200萬輛汽車的驅動能源之需要。2012年，美國加利福尼亞州一家公司生產出基因改良的細菌，能夠從3公斤干海藻中生產出1公斤乙醇。為了不影響糧食產量，纖維素乙醇應運而生，并迅速成為研究熱點。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注，也成為第三代生物能源的代表。
歐盟委員會積極推進生物燃料發展，制定了2015年生物燃料占運輸燃料消費總量8%的目標。2011年8月16日，美國白宮宣布推出一項總額為5.1億美元的計劃，由農業部、能源部和海軍共同投資推動美國生物燃料產業的發展，此外美國還通過法律手段強制在運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。英國政府從2006年起要求生產運輸燃油的能源企業必須有3%的原料來自可再生資源，并且比例將逐年提高。據國際能源機構（IEA）的數據，2010年全球生物燃料日產量為182.2萬桶，2011年降至181.9萬桶。
受工業經濟迅猛發展和中產階級膨脹推動，中國能源消耗費已經占全球能源消費的21%。盡管中國大力投資可再生能源，煤炭仍是我國最主要的能源。中國工業占GDP將近50%，使用了近70%的能源。中國近50%的原油依靠進口，能源安全和外交政策受到重大影響。石油進口主要來自中東，但安哥拉日益成為主要進口國。天然氣在中國能源構成中占比很小，但2007年中國成為天然氣凈進口國。按照目前以煤炭為主導的能源結構，2020年我國將面臨至少10億噸標準煤的能源缺口。而根據中國工程院的研究，2050年我國人均裝機容量要達到美國2002年的人均裝機容量的一半水平，就得需要電力裝機24億千瓦，而常規能源發電即使發揮到最大能力也只能提供17億千瓦的裝機容量，距24億千瓦至少有30%的缺口。我國水電開發潛能巨大，但也容易導致生態鏈的斷裂。美國現階段正在逐步開展拆壩運動，也正是嘗試恢復大壩周邊地區生態系統。在中國四大家魚產地之一的湖北省，長江大壩沒筑之前，每年的魚苗產量200億尾；筑了之后，每年的產量2億尾，產能下降99%。中國政府一直大力投資可再生能源，竭力降低對煤炭的依賴。2011年中國成為可再生能源規模最大的國家，裝機容量達到133吉瓦，美國只有94吉瓦。
4.微生物食品
微生物都是核酸和蛋白質的實體，大多是單細胞，用發酵法生產這些單細胞微生物就可以得到極為豐富的單細胞蛋白。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。而500千克的活菌體，只要有合適的條件，在24小時內能夠生產1250千克的單細胞蛋白質。單細胞微生物制造出來的蛋白質可以制造人造肉、人造魚、人造面粉等食品。發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，具有獨特的風味，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期為人們喜愛的食品?，F在中國的食用菌產業已經成為農業產業中的第五大產業，產量超過了3280萬噸，產值超過了2400萬元。其中藥用菌占有重要的份額。僅靈芝一項，2015年的凈出口量超過了20個億。中國的食用菌產業在供給側改革，國民經濟進入新常態，特別是在2015年開始的精準扶貧中，食用菌產業都發揮著不可替代的作用。正是因為食用菌具有不與人爭糧，不與糧爭地，不與地爭肥，不與農爭時，不與農產品爭市場，不與其他爭資源的優勢，發揮著推進循環經濟的不可替代的作用。在供給側改革中，產業結構的調整，很多地方都把食藥用菌作為首選。在精準扶貧中，很多省區都把食藥用菌，特別是藥用菌的栽培作為脫貧致富的重要選擇之一。因此，我們全國的藥用菌產業的企業家、科學家，特別是戰斗在第一線的工作人員，都有著重要的歷史責任。當前，食藥用菌產業面臨著很多問題，亟待解決。譬如，我們的品種，我們的規?；耘?，我們的深加工。還有市場如何創新、如何規范、如何發展亟待解決的問題。
5.微生物藥物
人類認識微生物的歷史源遠流長，但有目的地從微生物次級代謝產物中發現新藥的歷史，至今不到70年。法國微生物學家路易·巴斯德曾經嘗試將狂犬患者的唾液注射到兔子體中，并進一步從中提取和制成可供免疫用的弱化疫苗，1885年在一個9歲的患狂犬病的孩子身上試用，獲得成功。這一研究成果當時被譽為“科學紀錄中最杰出的一項”，開創了藥物微生物技術的新時代。英國細菌學家亞歷大·弗萊明，首先發現青霉素。后英國病理學家弗勞雷、德國生物化學家錢恩進一步研究改進，并成功地用于醫治人的疾病。青霉素的發現，是人類找到了一種具有強大殺菌作用的藥物，結束了傳染病幾乎無法治療的時代；從此出現了尋找抗菌素新藥的高潮，人類進入了合成新藥的新時代。微生物制藥技術作為一項新興的技術，在世界各國衛生醫療、環境保護等領域已經取得了卓越的成績。歐美日等國已不同程度地制定了今后幾十年內用生物過程取代化學過程的戰略計劃，可以看出工業微生物技術在未來社會發展過程中的重要地位。如胰島素、氨基酸、牛痘等微生物制藥技術成熟發展的產物。有關報道稱，武漢大學生命科學研究所已成功將人的基因移植到水稻，進而從稻谷中提取過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。胰島素過去只能從?；蜇i身上提取，一頭?；蜇i只夠一個糖尿病人一周的用藥。人工合成技術成功后，完全滿足了市場需求。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60-80噸，該項技術將徹底結束供不應求的局面。
農藥的殘留是一個惡性循環。農作物用了農藥之后，人吃了種子產生抗藥性，根莖葉喂了牲畜，牲畜的糞便留流到土壤里面，使土壤里面含有農藥殘留，再種莊稼，還有農藥。動物的肉，人吃了，同樣在人體里面殘留，帶來一個惡性循環。人和動物的抗藥性越來越強。中國每年生產的抗生素是21萬噸，人均消費138克，美國是13克，我們是人家的10倍還多。在以高產為唯一目的農業生產中過量使用化學農藥，是造成當前農業生態環境日趨惡化以及農業生產效率低下的一個重要因素。特別是在進入WTO以后我國農業還面對日趨激烈的國際競爭，綠色農業逐漸引起人們的重視，生物農藥的研究和應用在新世紀之初迎來前所未有的歷史機遇和技術挑戰，產業發展前景十分廣闊。
微生物農藥包括農用抗生素和活體微生物農藥。利用微生物或其代謝產物來防治危害農作物的病、蟲、草、鼠害及促進作物生長，包括以菌治蟲、以菌治菌、以菌除草等。這類農藥具有選擇性強，對人、畜、農作物和自然環境安全，不傷害天敵，不易產生抗性等特點。隨著人們對環境保護越來越高的要求，微生物農藥無疑是今后農藥的發展方向之一。目前，我國生物農藥類型包括微生物農藥、農用抗生素、植物源農藥、生物化學農藥和天敵昆蟲農藥、植物生長調節劑類農藥等6大類型，已有多個生物農藥產品獲得廣泛應用，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。雖然我國微生物農藥產業有了一定的發展，但市場空間極大，產業發展前景仍然十分廣闊。截至2015年12月31日，全國農藥生產企業2232家，抗生素農藥生產廠家709家，其他生物農藥生產廠家428家；農藥進出口首現“雙降”。 生物農藥前景好，但目前仍有難題需要破解。我國生物農藥企業存在著企業規模小、競爭力弱、自主創新能力弱、技術裝備水平低、產品結構單一、難以滿足系統解決方案的需求、銷售渠道不通暢、資金緊張等痛點，而農民應用生物農藥的意識淡薄，對生物農藥缺乏信心、懷疑效果。
6.微生物清潔劑
據2015年《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，我國至少有近3000萬公頃的受污染土地，其中嚴重土壤污染區高達320個，占地約538萬公頃。此外，鎘、汞、鉛等重金屬含量也嚴重超標，尤其是鎘污染，在全國范圍內普遍增加，在西南地區和沿海地區增幅一度超過50%，情況不容樂觀。水污染則更嚴重，據有關方面調查，我國只有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間。鄉村田野流淌的大小河溝，污染程度更是觸目驚心，臭氣熏天、魚蝦絕跡的現象為數不少。有關研究認為，我國目前廢水排放量已成為世界之最，每天廢水排放量比美國、俄羅斯、德國、印尼、泰國、法國、烏克蘭、越南和意大利九個國家的總和還多。中國60萬個行政村每年生產90億噸污水、2.8億噸垃圾，基本處于“污水靠蒸發，垃圾靠風化”狀態。每年年產1.5億噸的城市垃圾中，被丟棄的“可再生資源”價值高達250億元！北京市現日產垃圾13000噸，全年生產495萬噸，而且每年將以8% 的速度遞增。有外國人諷刺中國說，中國人死了，拍扁了掛墻上就是一張完整的化學元素周期表，吃的、喝的、呼吸的什么元素都有，一樣不缺。
有關資料統計表明，截止到2016年，國際上啟動了9個環境微生物組相關的研究計劃。20世紀初，中國科學院有關專家開始推動“微生物地球”研究計劃。最早利用微生物作為清潔劑的運用主要是在處理生活垃圾上。經過微生物的發酵，將作為燃料的碳、氫和作為植物營養元素的N、P、K等分離開，制成沼氣。隨著工農業生產的發展，有機殘體及廢棄物不斷增加，對環境造成嚴重污染，給生產生活帶來不良后果。以沼氣為紐帶可促進物質和能量在系統內部有多重循環利用。如我國北方開發的“四位一體”高效種養結合發展模式，即太陽能溫室→沼氣池→豬圈→廁所和南方的“豬圈→沼氣池→果園”模式，可使一切有機殘體和廢棄物無害化和資源化，是一條適合我國國情的農村發展之路。微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell， MFC）可以將污水作為底物進行發電，將其中蘊含的能量回收，可解決污水處理廠的電耗問題。MFC既可用于處理廢水有機物，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。利用農業廢棄的秸稈、枝葉等生物質轉化成生物能源，纖維素中的糖和玉米淀粉中含有的葡萄糖一樣，可以用傳統的酵母發酵成乙醇。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須擔心原料來源，還能解決農作物廢料燃燒污染空氣的問題。
微生物開發戰略與對策
微生物資源的開發利用無非是利用微生物菌體本身，或者其代謝產物，或者其某種特性和活性。微生物資源開發的基本思路，一般來說，是先從自然界找到目的菌，然后進行改良，最后進入量產。也就是說，使用生物技術培育出來的新微生物產品進入商業化生產要經歷三個階段，第一階段是，收集微生物資源，并借此搜尋具有商業潛力的目的菌。第二階段是，一旦搜集來的微生物資源是可利用的，可以用現代生物技術分離出具有商業潛力的目的菌。第三階段是，利用具有商業潛力的目的菌進行實驗室檢驗。如果實驗成功，就批準上市。微生物產業發展戰略應該圍繞這幾個環節優先實施以下科技戰略措施，推動微生物產業快速和健康的發展。
（一）加強微生物資源的保護、開發和利用
微生物菌種資源與動、植物一樣，是國家重要的戰略性生物資源，這是微生物產業的基礎和前提。
1.強化政府的主導作用，加大資金投入力度，建立起高水平的國家級微生物資源庫與共享體系。我國雖然已經建立起了微生物菌種保存體系，但是其規模、機制、功能尚不能適應當今科學研發的需求。因此，需要裝備、重建高水平的國家微生物菌種資源保存與管理體系，以及信息共享系統。微生物資源的收集基本上都是天然材料，本身具有公共產品的特點。它們是非競爭性的。在一種微生物產品中使用某一菌種并不排除另一種產品對它的使用。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巨大。大部分的菌種廣泛分布在各區域，很難被個別地區獨享，尤其是現代生物技術只需要微量的菌種，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具有很強的公益性，政府應該發揮主導作用，加大資金的投入，并建立起相應的高質量管理機制。當前的主要工作可以從三個大的方面著手：一是，加大力度對原始生態環境的保護。原始生態環境是巨大的微生物基因庫、種源庫，保護了原始生態環境就同時保護了微生物資源。因此，有必要劃定一些具有代表性的原始生態環境、極端環境和獨一無二的特殊環境作為保護區，使其盡量保持原始狀態，作為研究微生物資源的基地。二是，加快對我國微生物資源的清查和評價。特別是有應用前景的微生物資源，并加強對現有微生物資源的功能評價，充分發揮現有資源的應用潛力，尤其是極端環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。2016年9月22日，我國建成世界最大的國家基因庫在深圳投入運行，分樣品庫、數據庫、活體庫三類，它的使命就是“留存現在，締造未來”。它還建有數字化平臺和合成編輯平臺。對于未培養的微生物資源，可采取提取DNA，分離和克隆不同的基因片段，以保護微生物基因資源。
2.對部分公共研究機構和民營公司微生物資源收集和保存活動給予一定的補貼，加強對其生產菌種和專利菌種的保護。微生物資源的搜集和保護具有公益性，但是緣于一種“時尚”，世界各國已采取行動賦予國家對部分微生物資源來源的所有權。長期以來，許多國家對微生物學方法和微生物產品授予專利，而對微生物資源本身并不保護。1980年美國法院關于微生物資源專利糾紛的判決，開啟了微生物本身也可以作為專利保護對象的先例。對部分菌種的專利保護有一定的合理性。微生物資源的開發面臨著巨大的風險，比如要開發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，一旦證明某個新菌種產生某種新物質，授予其專利對于促進微生物資源的搜尋、保護和開發有著重要的作用。更重要的是，專利菌種的保護有利于糾正全球微生物研發活動收入分配的不平衡。在很多情況下，發達國家跨國公司獲得了研發成果的大部分收入，我們從研發活動中僅得到非常少的全球利潤。授予微生物資源專利權，將有助于我們分享一部分研發利潤，使得全球的研發收入分配更為平等。專利菌種完全排除其他人的使用是有一定難度的，為了鼓勵和促進微生物資源收集和保存，政府應該對部分公共研究機構和民營公司給予一定的補貼是非常有必要的。
（二）加強微生物產業的技術基礎研究
全球生物安全頂級實驗室P4實驗室總計56個，其中美國14個、印度4個、日本2個、我國臺灣2個，中國大陸僅1個。2016年5月13日，奧巴馬宣布啟動“國家微生物組計劃”，主要針對不同生態系統的微生物進行比較研究，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展提供可靠必要的路徑。它設定三大目標，一是支持跨學科研究，回答多樣化生態系統中微生物組的基本問題，如什么是健康的微生物組；二是開發檢測分析微生物組的工具，如隨時檢測空氣、水、土壤或人體微生物數量的手持傳感器；三是科普培訓相關微生物組工作人員。美國已將這一計劃上升到國家戰略層面，我國尚未設計這種技術基礎研究的制度構架。基礎性技術的研究知識密集度高，涵蓋面大，涉及面寬，需要國家層面從戰略高度總體設計。例如，僅微生物菌種的分離、篩選和選育就十分復雜，這是一門需要很多知識和經驗的學問。不同的微生物類群使得他們的分離方法也各不相同，很難設計出對所有產品都好的分離方法。在一些企業，分離方法是核心機密，絕不外泄。目的菌種的分離、篩選和選育在相當程度上也具有公共產品的性質。在一種微生物制品中使用的一個被識別的菌種不能排除在另一種微生物制品對它的使用，而當基因的逆向操縱相當簡單時，排除其他產品的使用也是非常困難的。微生物產業的發展需要國家強有力的技術支撐。在今后的科技計劃中把微生物產業技術創新作為一項戰略并給予適當傾斜，在各類科研計劃中安排一定的資金和項目，開展微生物產業的技術研究。在設立國家農業應用微生物等重點實驗室、微生物工程菌構建技術平臺、微生物發酵技術與酶工程應用技術平臺等方面，加大資金和項目的傾斜，通過基礎條件建設，提高我國農業微生物應用水平。特別要針對我國創新藥物嚴重不足的情況，尤其應該加大投入、加快微生物資源的收集，結合化學、藥理等高通篩選技術，提高發現新先導物質的概率，縮短研發周期，降低研發成本，從已有的微生物資源庫中篩選出新藥，從微生物新資源中研發新藥，利用組合生物合成技術構建工程菌株生產新藥。
（三）設置獨立的微生物開發管理部門。鑒于我國微生物開發涉及農業、科技、林業、環保、食藥、國土、財政、發改等諸多部門，中央和省級政府應按照精簡、高效、透明的原則，設立專門的微生物發展領導小組或微生物產業發展局，制定國家層面的發展戰略，整合歸并性質相近、用途相同、使用分散的相關資金。同時，理順各部門之間的工作關系，建立統一互通的微生物政策創設平臺和動態調整機制，提高微生物開發政策的精準性、有效性和執行力。根據中國目前年產9億噸農作物秸稈及9億農村人口生產廢棄物的現實，應專門建立國家級微生物農業科學院，加大微生物農業新產品、新技術和新模式的研究和開發力度，重點開發食用菌新技術、鄉村廢棄物管理技術和農業廢棄物的資源化技術等；在省級農業科學院中設立微生物農業研究所（室），在省級農業科研院所和農業高校內設立微生物農業專業，以加強微生物農業的基礎理論和科學技術的研究工作；建立促進微生物農業高新技術、增效技術轉化為生產力的考核體系和激勵機制，加速微生物農業技術創新。
（四）打造具有國際競爭實力的微生物產業。在商業化的量產階段，市場應該起決定性作用，但是我們也不能完全“無為而治”，而是因勢利導，實施農業微生物產業發展策略，努力打造具有國際競爭實力的高科技產業。一是要投入資金，建造一批能夠誘導產業發展的產業基礎設施和中試熟化基地，支持企業努力開發農業微生物產業新產品，打造一批國際知名的科技型企業，搶占國際市場。二是要完善科技產業政策，營造推進農業微生物產業發展的良好環境和產業氛圍，把農業微生物產業技術發展納入國家中長期發展規劃，設立國家專項基金，以扶持處于國際領先領域的農業微生物產業技術繼續發展，并帶動農業微生物產業其他領域產業化水平的提高。
（五）加大宣傳力度，增強需求側對微生物開發重要性的認識。一是大眾媒體應該加強微生物資源開發利用和保護方面的宣傳報道，普及知識，促進消費者對微生物制品的需求。在很長一段時間內，人們對微生物的認識往往同疾病聯系在一起，認為它對人類有害無益，而對微生物有益的方面認識比較少，不了解微生物資源在醫藥、食品、農業、輕工、環保和冶金等行業的廣泛運用，特別是微生物對人類健康保障事業的偉大貢獻。這顯然不利于大眾對微生物制品消費需求的增加。有必要大力普及微生物知識，宣傳微生物資源的重要性，特別是微生物對人類健康的重要性，以及保護微生物資源的必要性。二是，加強政策的引導作用，促進企業的投資需求。當今世界，微生物資源的開發利用已經涉及各個產業部門，取得了巨大的經濟效益和社會效益。但是，由于長期政策的引導和宣傳不到位，企業界對微生物制品的投資還很有限，整個微生物資源的開發利用還處于較低的層次，零星、分散、不成體系，原始創新少，還沒闖出一條路來，在國民經濟發展中的作用也不明顯。有必要加強對企業界的政策指導和宣傳引導，強化工商界對微生物制品的產品認識和市場認識，大力推進微生物制品的投資需求，促進生物農業、微生物肥料、微生態制劑、生物醫藥、微生物能源、微生物食品以及微生物新材料等方面涌現出更多的高技術、高效益企業，推動我國國民經濟更快更好更健康地發展。尤其在農業領域，一定要牢固樹立“三維資源結構”的發展理念，變“植物、動物”的“二物思維”為“植物、動物、微生物”的“三物思維”，把“三物思維”作為農業發展的“新型產業結構”，把微生物開發作為農業發展的主要增長極、主流價值觀和主導產業鏈，這是實現“減肥增綠”目標的關鍵，也是生態循環農業的自然規律。它必將成長為一個戰略性新興產業，也必將成為農業發展的新動能。
中國鄉村發現網轉自：《中國發展觀察》
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