合成生物学（Synthetic Biology）作为一门新兴的交叉学科，正在以前所未有的速度发展。它不仅涉及生物学、工程学、计算机科学等领域，更为我们提供了重新构建生物系统和创造新生命形式的无限可能性。
随着合成生物技术迭代发展，赋能应用不断拓宽，合成生物学将在未来生物经济振兴中发挥核心作用，为全球可持续发展提供全新解决方案。
此前人们通过大规模开发合成和天然肥料、优化育种等策略，大力改善植物结构和提高植物光合作用利用率，以获得更高的产量。但传统的农业策略更侧重于个体成分的调控，难以实现提升营养的目标，且导致农业排放中的甲烷及氮氧化物占比较高，不利于环境保护。
随着合成生物学在农业领域的逐渐推广，它在减少肥料使用、减少碳排放、强化病害防控、提高生长效率等方面的优势日益凸显。
1、农业合成生物学市场持续扩张
根据BCG（波士顿咨询）与B Capital（波士顿投资）联合推出的《中国合成生物学产业白皮书2024》，国际上提出了农业合成生物学三大重点发展技术，即推动人工光合体系、固氮体系及生物抗逆体系方面的技术发展应用。这三大技术发展方向同样是中国在技术跨越阶段（2020年-2025年）的首要目标。
中国还计划在2026年-2030年进入产业跨越阶段，人工固氮和部分抗逆品种、新一代酶制剂与农药等实现产业化，农业合成生物技术研发水平跻身世界先进行列。在2031年-2035年进入整体跨越阶段，中国农业合成生物技术研究开发与产业化整体达到世界先进水平。
未来农业服务平台35斗发布的《2023合成生物农业食品应用白皮书》预测，在 2025-2030年间，合成生物农业食品各细分领域市场规模均超百亿元。其中，创新食品和添加剂领域市场规模最大，预计2025年将超3000亿元；动植物育种领域种子基因编辑的市场规模也达到400亿元；动植物营养、动植物健康、创新材料、农业废弃物资源化等领域在2025年市场规模均达到百亿级别；而食品安全检测和绿色保鲜领域目前开发尚不充分，但在技术突破及政策和资本的加持下，预计将快速壮大。
根据CB insights的预测数据，随着合成生物学在各领域应用更加广阔以及技术改善，合成生物学行业市场规模有望快速扩容，预计到2027年将达到387亿美元。因动植物选择性育种、DTC基因测试、基于微生物美容产品等带来的广泛前景应用，食品饮料和农业将是增速最快的赛道，预计2022年至2027年的年复合增长率将达到45.4%和56.4%。
2、育种、饲料等领域应用进展领先
从技术角度来看，合成生物学在农业中的应用目前主要围绕微生物改造、植物改造方面，在育种、肥料、饲料添加剂、农药等细分领域已实现商业化。
以育种为例，合成生物学应用主要分为三类：一是通过野生植物驯化，提升产量和质量；二是提高果实质量、固氮、抗虫抗药等性能改造；三是通过合成生物学来促进羧化反应，提高光能利用，降低光呼吸损失。
相比传统育种技术，运用合成生物技术通过高精度的基因编辑手段改造种子，在新作物开发、性状开发等方面具有目标明确、成本更低、耗时更短等明显优势。相较于转基因技术，基因编辑技术的门槛更低，并且基因编辑技术的育种速度更快，投入成本更低，在育种端可以开发的产品更多。
在全球范围内，基因编辑已经在水稻、玉米、大豆、小麦和番茄等农作物中广泛应用，糯玉米、高油酸大豆、抗褐变马铃薯、高GABA番茄、抗褐变蘑菇等基因编辑产品已陆续在美国、日本、英国等国家上市推广。
目前多家育种企业如大北农（002385.SZ）、隆平高科（000998.SZ）均已布局基因编辑育种。某育种企业相关人士表示，我国基因编辑育种企业已蓄势待发，在技术端已经处于领先水平。虽然目前国内相关政策还没有正式放开，但2022年1月，我国发布了《农业用基因编辑植物安全评价指南（试行）》，对基因编辑植物的安全评价管理进行了规范，农业农村部也密集就基因编辑技术征求意见，为下一步全面放开基因编辑市场打开通道奠定了政策基础。
肥料方面，农业生产的产量很大程度上依赖于化肥的大量使用，在提高作物产量的同时，也严重威胁着农业的可持续发展。近年来，国内外的研究学者将目标转向了生物固氮途径，通过构建人工高效固氮植株体系为农作物提供氮源，部分替代或大幅度减少化学氮肥的使用，开创了固氮合成生物学的新领域。
以固氮菌为例，据北京绿氮生物相关负责人介绍，原始土著固氮菌株存在天然缺陷，固氮效率低，且对环境适应性差，对土壤氮敏感，固氮功能得不到有效发挥，导致大田测试效果不稳定，通过合成生物学（基因编辑）的改造，可以突破固氮菌的固氮限制，增加其环境适应性，保证其功能发挥的稳定性。
饲料添加剂方面，据华西证券农林牧渔行业首席分析师周莎介绍，从养殖业来看，蛋白为重要的饲料原料，豆粕为当前饲料工业中的主流蛋白原料，由于我国大豆长期依赖进口，饲料中豆粕添加受影响较大。国家前期出台多项政策推动我国大豆产量提升，并出台《饲用豆粕减量替代三年行动方案》以减少饲料中豆粕的添加，未来低成本合成蛋白替代是解决饲料中蛋白添加的重要途径，且有望进一步降低养殖成本。
农药方面，合成生物技术可赋能绿色生物农药制造，在突破绿色农药新靶标和分子设计、植物免疫诱抗剂创制、生物农药合成生物学等核心技术的同时，利用合成生物智能制造平台，建立绿色农药产业化关键技术和高效化应用技术、开展新型生物源农药研制已经形成趋势。此外，还可利用合成生物学来搭建光自养平台，能覆盖诸多产业，想象空间巨大。
3、国内企业探索创新应用
对于产业而言，合成生物所带来的是″造物革命″，将颠覆传统生产方式，同时降低能耗、减少碳排放。而对于企业而言，这种″造物″方式，有望进一步放大企业成本优势。在国内市场，一批领军企业正聚焦动植物健康、营养，利用合成生物学搭建技术平台，并不断探索技术创新在商业领域的应用。
2023年4月，山东舜丰生物科技有限公司获得我国第一张农业用基因编辑生物安全证书（高油酸大豆安全证书），迈出国内植物基因编辑由实验室向产业化发展的重要一步。2024年1月，舜丰生物研发的长童期大豆再获植物基因编辑安全证书。
北京绿氮生物科技有限公司围绕国家农业生产需求，致力于推动合成生物固氮技术的产业化。据绿氮生物相关负责人介绍，公司基于高通量筛选、合成生物学、机器学习和计算建模技术，首创定向微生态理论（Directed Micro-Ecology/DME）及其应用体系，推出固氮菌便携式培菌箱（DME-05）、固氮菌专用培菌机，实现就地一步发酵培养，在20小时内分别可实现>5亿及10-20亿CFU/mL的扩培。目前该培菌产品正在与高校院所、种子企业开展试点，进行田间效果测试，未来将积极参与固氮菌的政采项目，计划两年内完成市场布局，预计可实现千万元级以上的营业收入。
在A股市场中，亦有多家公司探索合成生物学在农业领域的应用。
瑞普生物（300119.SZ）2023年投资2000万元与中国科学院天津工业生物技术研究所等企事业单位合资成立天津国家合成生物技术创新中心有限公司，旨在通过应用生物合成学技术，攻关研发核酸疫苗、重组蛋白疫苗等兽用疫苗，酶制剂、益生元等生物制剂，以及兽用抗生素、饲料添加剂等。据该公司在互动平台表示，与中科院天津所联合研发的动物饲料维生素新产品已进入验证阶段。
据华西证券研报，2023年全国工业饲料总产量超过3亿吨，饲用蛋白空间巨大；另外合成生物合成的蛋白也可以用于食品加工，应用场景广泛。未来瑞普生物″微生物蛋白规模化制造″项目落地蛋白批量生产之后，有望为该公司贡献新的收入和利润。
播恩集团（001366.SZ）此前在互动平台表示，2023年度，该公司获授农业农村部饲料合成生物技术重点实验室。饲用氨基酸维生素合成生物技术是其重点研发方向之一，通过这些研发工作，公司拥有OEN效能营养、播恩双酸清洁养殖模式、SFF（部分生物发酵技术）、播恩补钙技术等独有技术，并深耕幼小动物营养，开发出SFF开心套餐（播恩TTT+SFF保育料）、播恩蛋鸡料等产品。数据显示，2023年度，该公司采用生物发酵技术的产品收入约占公司营业收入的六成。
富邦股份（300387.SZ）已在生物肥料与禾本科固氮、生物农药与根结线虫防治、单产提升、绿色种植等领域布局。未来，公司将积极运用CRISPR基因编辑技术、同源重组等技术，利用分子生物学、合成生物学等方法，在生物农业领域不断展开研发与技术创新，为实现绿色环保、低碳降碳、降本增效、提质增产的目标而努力。
在L-草铵膦生产制造方面，利民股份（002734.SZ）以合成生物学技术为核心，利用细胞及其组分介导物质加工，并融合工程学、化学、物理学等理论和方法，可实现近100％转化率，且无中间物残留，真正做到了实现农药的增效减量和生产过程减碳。该公司表示，合成生物学为新型生物农药的研发提供了无限可能，公司技术团队可以通过基因编辑技术创造新的生物活性物质或者改良现有的杀虫基因，隐形基因簇的表达能发现新的候选化合物，从而开发出更有效、更安全的生物农药。
蔚蓝生物（603739.SH）也已经设立了合成生物技术创新实验室，主要用于研发饲料用功能性蛋白、食品用甜味剂等。据该公司内部人士透露，该实验室储备的研发项目较少，目前仍处于前期菌种实验室研发阶段，距离规模化放大还有较大差距，尚不具备产业化条件。
来源: 第一财经