生物育種技術與裝備創新驅動生物經濟發展

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生物育種技術與裝備創新驅動生物經濟發展

清華大學化工系生物化工研究所、清華大學無錫應用技術研究院生物育種研究中心邢新會

生物產業是利用微生物、植物和動物的功能，進行規?；镔|加工與轉化的綠色可持續發展生產方式，涉及農業、食品、醫藥、健康、化工、輕工、能源、環境等眾多事關國計民生的重要工業領域，具有環境友好、循環經濟的特征，是解決人類面臨的資源短缺、環境污染及可持續發展等問題的重要途徑之一。國際上，生物產業被普遍認為是朝陽產業，根據OECD發布的《The Bioeconomy to 2030》報告，健康、農業和工業生物技術在2030年的市場份額將分別達到25%、36%、39%，生物經濟正呼之欲出，將成為新一代可持續發展的綠色產業經濟。

生物產業是我國戰略性新興產業，近年隨著國家的資金投入力度不斷加大，科研水平提升顯著，科研成果轉化速度加快，目前我國生物產業正處于入快速成長期，2014年的總產值約5萬億元。雖然我國生物產業體量大，但由于技術與裝備創新能力不足，原創的高性能菌種/種質資源缺乏，導致產業技術水平相對較低，技術手段單一，效率低、耗時、耗力，自主品種少，核心競爭力先天缺乏，在整個國際生物產業鏈中處于中低端。因此，生物產業技術與裝備創新是我國生物產業健康發展的源動力，需要加大對整個產業鏈的戰略設計和部署。

菌種/種質資源是生物產業的根本命脈，性能優良的菌種/種質創制是生物產業技術創新和提高產業競爭力的重要保障。生物育種是創制高性能菌種/種質的關鍵，一直是生物技術領域科研和推動生物產業技術創新發展的核心，也是國際上科學研究的熱點方向。近年來，隨著前沿生命科學與技術的快速發展，生命“暗物質”的探索日益引起科研工作者的關注，其研究將豐富人們對生物潛能的認識和應用，推動生物育種技術的快速發展。生物育種的本質是生物進化，因此高效生物育種需要能夠產生從基因到表型的變化和關聯的能力。目前，隨著分子生物學、代謝工程、系統生物學及合成生物學等學科的迅速發展，細胞的理性和半理性設計得到了長足的進步，人們能夠人為地拓寬生物生產的產品種類和效率，但由于細胞的復雜性和不確定性，即使采用理性設計，其結果仍無法完全準確預測和控制，需要采用設計-構建-測試-學習循環（DBTL）的模式，理性設計在實際應用時仍面臨著很多挑戰。相比之下，具有悠久歷史的誘變育種技術因其操作相對簡單、成本相對較低、產生隨機突變容易、適用范圍廣、屬于非轉基因（Non-GMO）操作等原因，一直是生物育種研究和產業應用的平臺技術。因此，發展安全、快速、高效的新型生物誘變技術和儀器裝備不僅能夠加速生命“暗物質”的挖掘，而且能夠和理性設計緊密結合，為理性設計提供重要支撐，成為助推生物產業創新發展的育種平臺，同樣具有重要的學術意義和產業應用價值。

為集中展示我國前沿生物育種技術與裝備研發及其應用等方面的成果，受《生物產業技術》邀請，推出一期“生物育種”專輯，共刊出8篇專稿，內容包括了從新型誘變育種到代謝工程育種技術與裝備的最新研究進展，并涵蓋了傳統食品發酵領域的升級發展對生物育種的應用需求分析等，期待能成為學術界、產業界和政府相關管理部門等社會各界了解我國生物育種前沿技術的窗口。