工業(yè)生物技術領域國際發(fā)展態(tài)勢及我國發(fā)展前景

本文綜述了國際工業(yè)生物技術發(fā)展格局，分析了我國近期在工業(yè)生物技術領域基礎研究、應用研究、技術轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面取得的進展和成就，展望了我國工業(yè)生物技術發(fā)展的趨勢與機遇。

現(xiàn)代生物技術逐漸進入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段，全球生物經(jīng)濟快速發(fā)展，工業(yè)生物技術作為生物經(jīng)濟的支柱，支撐著生物制造、生物能源、生物農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)藥、生物環(huán)保和生物服務業(yè)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1 引言

工業(yè)生物技術致力于把生命科學發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為實際的產(chǎn)品、過程、系統(tǒng)和服務，以滿足社會的需要，是人類模擬生物體系實現(xiàn)自身發(fā)展需求的高級自然過程。以卓越生物催化劑研究為核心的工業(yè)生物技術是繼醫(yī)藥生物技術、農(nóng)業(yè)生物技術之后全球生物技術發(fā)展的“第三次浪潮”，經(jīng)過十余年的發(fā)展，全球工業(yè)生物技術部門在創(chuàng)新研發(fā)、經(jīng)濟增長和環(huán)境改善等方面取得了里程碑式進展，驗證了工業(yè)生物技術在可持續(xù)增長方面的潛力。

2 工業(yè)生物技術研發(fā)規(guī)劃

2.1 歐美研發(fā)規(guī)劃

早在2007年，美國在《2007-2012年農(nóng)業(yè)法案》中就前瞻性地提出將主要發(fā)展可再生能源、生物基產(chǎn)品和可持續(xù)發(fā)展的新型生物質(zhì)原料，以減少美國的溫室氣體排放，減輕對外國原油的依賴。其后，以美國能源部、農(nóng)業(yè)部和國防部為主，在推進生物燃料、生物基產(chǎn)品與材料方面的投資逐年呈增加趨勢，并在技術研發(fā)和應用方面不斷獲得突破。2015年，美國發(fā)布《生物工業(yè)化路線圖：加速化學品的先進制造》，提出了生物學工業(yè)化的發(fā)展愿景。美國農(nóng)業(yè)部2016年的研究報告指出，2014年生物基產(chǎn)品行業(yè)為美國經(jīng)濟貢獻了3930億美元和422萬個就業(yè)崗位。

歐盟地區(qū)格外重視工業(yè)生物技術發(fā)展對緩解氣候變化的積極作用，普遍認同工業(yè)生物技術有利于打破資源消耗周期、節(jié)約能源和原材料、促使經(jīng)濟可持續(xù)增長，并在歐洲戰(zhàn)略能源技術計劃中將生物燃料煉制列為重要發(fā)展方向之一。2009年10月，歐洲生物技術工業(yè)協(xié)會發(fā)布了題為《生物技術：減輕氣候變化的革命性技術》的報告，指出發(fā)展生物技術是氣候變化解決方案的支撐點，工業(yè)生物技術將為歐洲工業(yè)帶來革命性變化，促使工業(yè)向可持續(xù)方向發(fā)展，并實現(xiàn)到2030年減排10～25億噸的目標。2015年9月，歐盟發(fā)布《生物經(jīng)濟之道：歐洲工業(yè)生物技術繁榮發(fā)展路線圖》，看好工業(yè)生物技術產(chǎn)品市場前景。歐洲生物產(chǎn)業(yè)協(xié)會（EuropaBio）2016年9月發(fā)布的研究表明，工業(yè)生物技術為歐盟提供了48.6萬個全職工作崗位，創(chuàng)造了316億歐元的產(chǎn)值。

歐洲地區(qū)三分之一的生物技術公司位于英國，英國政府始終對工業(yè)生物技術研發(fā)活動給予積極支持，將工業(yè)生物技術和生物精煉的研究作為優(yōu)先發(fā)展的領域，并重點優(yōu)先發(fā)展合成生物學創(chuàng)新研究，以英國生物技術與生物科學研究理事會（BBSRC）和工程與自然科學研究理事會（EPSRC）牽頭投入大量資金發(fā)展生物經(jīng)濟。據(jù)BBSRC報告，2014年英國生物經(jīng)濟總附加值（GVA）約為2,200億英磅，共提供了520萬個就業(yè)崗位，占英國GVA總量的13.6%，與建筑和金融服務業(yè)的數(shù)量相當。

2.2 我國研發(fā)規(guī)劃

我國《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》將生物技術作為未來著力發(fā)展的戰(zhàn)略高技術，先后制定發(fā)布了生物產(chǎn)業(yè)“十一五”、“十二五”、“十三五”發(fā)展規(guī)劃，加快促進生物技術與生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并針對生物制造、生物基產(chǎn)品、生物質(zhì)能、輕工業(yè)等重要部門制訂專項規(guī)劃，圍繞生物制造重大技術需求布局國家重點研發(fā)項目，在重大化工產(chǎn)品的先進生物制造、微生物基因組育種、工業(yè)酶分子改造等核心技術，以及工業(yè)生物催化技術、生物煉制技術、現(xiàn)代發(fā)酵工程技術、綠色生物加工技術等關鍵技術上取得重要突破。2011年至2015年，我國生物產(chǎn)業(yè)年均復合增長率達到15%以上，2016年廣義生物產(chǎn)業(yè)規(guī)模已達到約4萬億元。

2016年12月，國務院印發(fā)《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，提出加快生物產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展步伐、培育生物經(jīng)濟新動力的重要任務，明確了發(fā)展目標：到2020年，生物產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到8~10萬億元、形成一批具有較強國際競爭力的新型生物技術企業(yè)和生物經(jīng)濟集群。

緊跟其后，國家發(fā)展改革委員會在《“十三五”生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出了2020年生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標，即生物產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到8~10萬億元，生物產(chǎn)業(yè)增加值占國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的比重超過4%，成為國民經(jīng)濟的主導產(chǎn)業(yè)，并大幅增加就業(yè)崗位。并在推動生物制造規(guī)模化應用方面提出以下具體目標：提高生物制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展能力，推動生物基材料、生物基化學品、新型發(fā)酵產(chǎn)品等的規(guī)?；a(chǎn)與應用，推動綠色生物工藝在化工、醫(yī)藥、輕紡、食品等行業(yè)的應用示范；到2020年，現(xiàn)代生物制造產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值超1萬億元，生物基產(chǎn)品在全部化學品產(chǎn)量中的比重達到25%，與傳統(tǒng)路線相比，能量消耗和污染物排放降低30%，為我國經(jīng)濟社會的綠色、可持續(xù)發(fā)展做出重大貢獻。

同期，能源局公布我國《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，提出到2020年，生物質(zhì)能基本實現(xiàn)商業(yè)化和規(guī)?；茫锾烊粴饽昀昧?0億立方米，生物液體燃料年利用量600萬噸，生物質(zhì)成型燃料年利用量3,000萬噸；要求推進燃料乙醇推廣應用，加快生物柴油在交通領域的應用，推進技術創(chuàng)新與多聯(lián)產(chǎn)示范，并提出了到2020年，生物質(zhì)能合計可替代化石能源總量約5,800萬噸，年減排二氧化碳約1.5億噸的氣候環(huán)境指標。

2017年5月，科技部印發(fā)《“十三五”生物技術創(chuàng)新專項規(guī)劃》，提出生物技術領域到2020年實現(xiàn)整體“并跑”、部分“領跑”的宏偉目標，力求在基礎研究和核心技術方面取得突破，基本形成生物技術創(chuàng)新體系和初具規(guī)模的生物技術產(chǎn)業(yè)，并繼續(xù)將生物制造技術作為發(fā)展重點，提出要建設以綠色生物制造等為重點的若干生物技術創(chuàng)新中心、5~10個產(chǎn)值過100億的生物制造專業(yè)園區(qū)的具體目標，將新一代生物檢測技術、基因操作技術、合成生物技術作為前沿關鍵技術，微生物組技術作為前沿交叉技術，過程工程技術作為共性關鍵技術，支撐生物醫(yī)藥、生物化工、生物資源、生物能源、生物農(nóng)業(yè)、生物環(huán)保和生物安全等重點領域的發(fā)展。

我國在2015年發(fā)布的《中國制造2025》中提出了推動制造業(yè)由大變強、全面提升中國制造業(yè)發(fā)展質(zhì)量和水平的重大戰(zhàn)略部署，強調(diào)全面推行綠色制造，大力促進新材料、新能源、高端裝備、生物產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展，為生物制造發(fā)展指明了方向。為貫徹落實《中國制造2025》，組織實施好綠色制造工程，工業(yè)和信息化部于2016年9月發(fā)布了《綠色制造工程實施指南（2016—2020年）》，提出到2020年綠色制造水平明顯提升，綠色制造體系初步建立的總體目標，預期與2015年相比，傳統(tǒng)制造業(yè)物耗、能耗、水耗、污染物和碳排放強度顯著下降，重點行業(yè)主要污染物排放強度下降20%，工業(yè)固體廢物綜合利用率達到73%，部分重化工業(yè)資源消耗和排放達到峰值。

同期，工業(yè)和信息化部還研究編制了《輕工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016－2020年）》和《醫(yī)藥工業(yè)發(fā)展規(guī)劃指南》，分別于2016年8月和11月印發(fā)?！遁p工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016－2020年）》從大力實施“三品”戰(zhàn)略、增強自主創(chuàng)新能力、積極推動智能化發(fā)展、著力調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、全面推行綠色制造、統(tǒng)籌國內(nèi)外市場等六個方面提出了具體任務部署，以指導我國未來五年輕工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。《醫(yī)藥工業(yè)發(fā)展規(guī)劃指南》作為“十三五”時期指導醫(yī)藥工業(yè)發(fā)展的專項規(guī)劃指南，將指導醫(yī)藥工業(yè)加快由大到強的轉(zhuǎn)變，從增強產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力、提高質(zhì)量安全水平、提升供應保障能力、推動綠色改造升級、推進兩化深度融合、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)、提高國際化發(fā)展水平、拓展新領域發(fā)展新業(yè)態(tài)等八個方面提出了具體任務部署。

2017年11月，工業(yè)和信息化部圍繞制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重大需求，組織研究了對行業(yè)有重要影響和瓶頸制約、短期內(nèi)亟待解決并能夠取得突破的產(chǎn)業(yè)關鍵共性技術，通過研判國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，在廣泛征求意見基礎上，制定了《產(chǎn)業(yè)關鍵共性技術發(fā)展指南（2017年）》，將全生物降解聚丁二酸丁二酯及其共聚物的制備技術作為石油化工關鍵技術，生物基化學纖維產(chǎn)業(yè)化關鍵技術作為紡織關鍵技術，生物基原材料工程菌開發(fā)及規(guī)?；a(chǎn)工藝技術、食糖綠色加工與副產(chǎn)物高值利用技術、天然產(chǎn)物（食品添加劑與配料）生物制備技術等作為輕工關鍵技術。

3 全球工業(yè)生物技術研發(fā)進展

3.1研究論文產(chǎn)出

為了觀察過去十年中工業(yè)生物技術基礎研究與技術創(chuàng)新發(fā)展態(tài)勢，基于研究積累和專家意見咨詢構(gòu)建了工業(yè)生物技術領域核心主題詞表，以Web of Science平臺中的科學引文索引擴展版（Science Citation Index Expanded，SCI-E）收錄期刊為數(shù)據(jù)源，開展了2006—2016年間的全球工業(yè)生物技術領域研究論文計量分析（數(shù)據(jù)更新日期：2017年10月18日）。

如圖1，2006—2016年，全球工業(yè)生物技術領域在SCI收錄期刊上發(fā)文量總計403,348篇，其中中國研究人員參與的研究論文為64,429篇，占總量的15.1%，總數(shù)排名全球第二，僅次于美國，其后依次是德國、日本。同時，中國的論文總數(shù)呈逐年攀升趨勢，年均復合增長率達20.9%（圖2），至2016年發(fā)文總數(shù)達到11,266篇，超越美國（2016年發(fā)文11,072篇）成為年度發(fā)文量排名第一的國家。

3.2 發(fā)明專利產(chǎn)出

為了觀察過去十年中工業(yè)生物技術基礎研究與技術創(chuàng)新發(fā)展態(tài)勢，以經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）對生物技術的定義為基礎，聯(lián)合Linton等定義的工業(yè)生物技術專利分類，構(gòu)建工業(yè)生物技術專利檢索策略，開展了2006—2016年間全球工業(yè)生物技術領域的發(fā)明專利計量分析（數(shù)據(jù)更新日期：2017年10月18日）。

2006—2016年（DII入藏年），全球工業(yè)生物技術領域?qū)＠暾埩靠傆嬤_515,677件，主要受理國專利公開的數(shù)量如圖3所示。中國專利總數(shù)達120,586件，占總數(shù)的23.4%，位居全球第一，其中來自中國專利申請人的申請占80.6%，其后依次是美國（93,027件，18.0%）、日本（73,675件，14.3%）。從圖4可以看出，與全球TOP10的專利受理國相比，中國的專利申請量呈逐年顯著攀升趨勢，年均復合增長率達18.7%。

4 我國工業(yè)生物技術研發(fā)進展

4.1研究論文產(chǎn)出

近兩年，中國學者在工業(yè)生物技術領域參與或獨立完成的多項前沿研究成果發(fā)表在生物技術領域高影響力的綜合性代表期刊。2017年，中國在合成生物學研究領域成果引人矚目，領銜完成4條真核生物釀酒酵母染色體的人工設計合成，成果在《科學》期刊上以封面論文形式同時刊發(fā)，取得繼合成原核生物染色體之后的又一里程碑式突破，有望推動工業(yè)生物技術發(fā)展的新一輪變革。同時，研究人員在生物質(zhì)資源挖掘與利用、酶工程與生物催化機理研究以及細胞工廠設計與工業(yè)生物技術產(chǎn)品研發(fā)方面的研究取得一系列代表性成果。

在合成生物技術研究與應用方面，中國科學家領銜完成真核生物釀酒酵母4條染色體的從頭設計與全合成工作：天津大學元英進團隊完成了5號、10號染色體的化學合成，并開發(fā)了高效的染色體點突變修復技術；清華大學戴俊彪團隊完成了當前已合成染色體中最長的12號染色體的全合成；深圳華大基因研究院團隊聯(lián)合英國愛丁堡大學團隊完成了2號染色體的合成及有關分析。此外，中國科學院上海生命科學研究院楊晟研究組發(fā)現(xiàn)來源于弗蘭西斯菌的Cas效應蛋白（FnCpf1）與谷氨酸棒桿菌適配，開發(fā)了谷氨酸棒桿菌基因編輯系統(tǒng)，將操作周期縮短至3天，對基因組精細修改的效率可達100%。中國科學院微生物研究所婁春波研究組開發(fā)了一套普適于原核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件的絕緣化設計原則，極大地簡化了人工基因調(diào)控網(wǎng)絡的設計過程，為人工生命系統(tǒng)的理性設計奠定了重要技術基礎。中國科學院上海生命科學研究院覃重軍研究組開發(fā)了一種基于Cas9蛋白促進的同源重組組裝技術，并利用該技術在酵母體內(nèi)組裝了長1.03Mb的大腸桿菌最小基因組MGE-syn1.0。

在微生物多樣性研究與應用方面，中國科學院上海生命科學研究院王四寶研究組與美國約翰霍普金斯大學研究人員合作，首次發(fā)現(xiàn)在按蚊中代代相傳的腸道共生菌，并借此殺滅按蚊體內(nèi)瘧原蟲，從源頭上切斷瘧疾傳播。中國科學院青島生物能源與過程研究所單細胞中心領導的包括美國馬里蘭大學、北京大學、中科院水生生物所等在內(nèi)的團隊通過闡明與調(diào)控微擬球藻中一系列內(nèi)源II型二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶（DGAT2）的分工與合作機制，證明工業(yè)微藻的藻油飽和度能夠定制化地人工設計，從而將微藻細胞工廠推入“藻油品質(zhì)定制化”時代。

在酶工程與生物催化方面，清華大學戴俊彪研究組首次在釀酒酵母中揭示了介導組蛋白H4K8的2-羥基異丁?；秸{(diào)控的關鍵環(huán)境因子和去修飾酶類。這些新修飾的修飾蛋白組學和催化酶類的研究將極大促進我們對這些修飾的功能和調(diào)控的認識。中國科學院大連化學物理研究所趙宗保研究員團隊與瑞典查爾姆斯理工大學、德國法蘭克福大學研究人員合作設計改造脂肪酸合酶，擴展了脂肪酸合成機器的產(chǎn)物譜，相關研究成果在《自然-化學生物學》以封面論文形式發(fā)表。中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所郭瑞廷研究組與美國伊利諾伊大學合作，首次解析了環(huán)烯醚萜合成酶（IRIS）及其復合體結(jié)構(gòu)，并對IRIS的催化機理進行了研究。該成果對于環(huán)烯醚萜化合物衍生物的合成有重要的理論指導意義。

在生物基化學品研究與開發(fā)方面，浙江大學于洪巍研究組在釀酒酵母線粒體中構(gòu)建異戊二烯合成途徑，產(chǎn)量達到2,527mg/L，實現(xiàn)目前異戊二烯在真核細胞中生產(chǎn)的最高產(chǎn)量。中國科學院南海海洋研究所在深海放線菌中發(fā)現(xiàn)了具有抗結(jié)核桿菌系列活性物質(zhì)，并通過生物合成技術優(yōu)化改造獲得強效抗結(jié)核抗生素怡萊霉素E，藥效是目前抗結(jié)核藥物活性的30倍。中國科學院上海有機化學研究所劉文團隊闡明了林可酰胺類抗生素的后期關鍵生物合成途徑，為定向改造林可酰胺類抗生素的結(jié)構(gòu)奠定了理論基礎。

本節(jié)以Web of Science平臺中的科學引文索引擴展版（Science Citation Index Expanded，SCI-E）收錄期刊為數(shù)據(jù)源，對中國研究人員發(fā)表的工業(yè)生物技術研究論文進行了計量分析（數(shù)據(jù)更新時間為2017年10月18日）。

2014—2016年，中國學者在工業(yè)生物技術領域共發(fā)表研究論文29,939篇，其中中國科學院排名第一，共發(fā)文4,676篇，排在第二和第三位的是浙江大學和江南大學（表1）。中國科學院論文總數(shù)優(yōu)勢明顯，發(fā)文的主要研究單元包括中國科學院微生物研究所、青島生物能源與過程研究所、大連化學物理研究所、過程工程研究所、上海生命科學研究院、天津工業(yè)生物技術研究所等。

從發(fā)表論文的被引情況來看，在發(fā)文量TOP20機構(gòu)中，論文篇均被引用次數(shù)相對較高的機構(gòu)分別是中國科學技術大學、南京大學、清華大學、天津大學和北京大學；擁有在所屬學科中被引量居于TOP1%的高被引論文數(shù)量相對較多的機構(gòu)包括中國科學院、清華大學、北京大學、浙江大學和華南理工大學等。

對各研究機構(gòu)在工業(yè)生物技術子領域發(fā)文量分布統(tǒng)計結(jié)果（圖4）進行分析發(fā)現(xiàn)，在總發(fā)文量TOP20機構(gòu)中，生物基化學品、合成生物技術、生物基材料等方面的研究是中國科學院等多個研究機構(gòu)較為側(cè)重的研究領域；此外，浙江大學、清華大學在合成生物技術、微生物環(huán)境治理等方面開展了較多研究；江南大學、浙江大學、華南理工大學、華東理工大學在生物基化學品和綠色生物工藝方面的研究較為廣泛；華南理工大學、四川大學、上海交通大學、浙江大學、清華大學在生物基材料方面的研究較為突出；南京大學、浙江大學、清華大學在生物傳感器方面研究成果顯著，哈爾濱工業(yè)大學、上海交通大學、同濟大學在微生物多樣性等方面有較強布局。

4.2 發(fā)明專利產(chǎn)出

本節(jié)利用IncoPat科技創(chuàng)新情報平臺和德溫特專利數(shù)據(jù)庫（DII），對2014—2016年全球公開的工業(yè)生物技術發(fā)明專利以及中國國家知識產(chǎn)權局公開和授權的工業(yè)生物技術中國發(fā)明專利開展了計量分析（數(shù)據(jù)更新時間為2017年10月25日）。

2014—2016年（DII入藏年），全球總計公開工業(yè)生物技術發(fā)明專利申請101,691項專利家族（DII平臺）、169,205件專利申請（IncoPat平臺），中國成為利用工業(yè)生物技術發(fā)明專利進行保護的首要國家，3年總計公開了發(fā)明專利申請57,559件（年復合增長率高達14.3%）、發(fā)明專利授權21,947件（圖5）。

從專利來源國（專利申請人所在國）角度分析，在57,559件工業(yè)生物技術中國發(fā)明專利申請中，有86%是由中國申請人申請的，其他國家總共僅占14%，主要來自美國、日本、瑞士、德國、丹麥、韓國、法國等（圖6a）。在21,947件工業(yè)生物技術中國發(fā)明專利授權中，有78%是由中國申請人申請的，其他國家共占22%，主要來自美國、日本、瑞士、德國、韓國、法國、丹麥、荷蘭、英國等（圖6b）。可見，國外申請人在中國申請的工業(yè)生物技術發(fā)明專利更有競爭力，授權比（同期授權數(shù)/申請數(shù)）更高。

2014—2016年，中國申請人申請的工業(yè)生物技術發(fā)明專利數(shù)量占全球總量的30%左右，名列第一。但中國申請人的發(fā)明專利申請有95%（49,690件）均僅在中國進行保護，在外專利申請數(shù)量非常少（2,358件），僅占約5%。

以PCT專利（世界知識產(chǎn)權組織公開）申請為例，如圖7所示，2014—2016年，中國申請人總計申請PCT專利1,107件，數(shù)量逐年增長，年復合增長率11.0%。主要的申請人包括：深圳創(chuàng)世紀轉(zhuǎn)基因技術有限公司、華大基因、巴斯夫（中國）、諾維信（中國）、北京天安生物科技有限公司、中國科學院上海生命科學研究院、清華大學、江南大學、蘇州漢酶生物技術有限公司、中科院天津工業(yè)生物技術研究所等。

2014—2016年，江蘇、北京、山東、廣東、上海、浙江、安徽和湖北八省市的發(fā)明專利申請和授權數(shù)均位居中國大陸地區(qū)前10名以內(nèi)，申請數(shù)量均超過1,500件，授權數(shù)量均超過500件（圖8）。

從發(fā)明專利申請總量來看，企業(yè)是工業(yè)生物技術創(chuàng)新的主要力量。2014—2016年，在我國工業(yè)生物技術中國發(fā)明專利申請人中，企業(yè)申請的發(fā)明專利最多，占總量的41%，其次依次是大專院校、個人、科研單位和機關團體。從領先的發(fā)明專利申請人來看，高校和科研院所是工業(yè)生物技術發(fā)明的排頭兵。如圖9所示，2014—2016年，工業(yè)生物技術中國發(fā)明專利申請和授權的領先主體以高校和科研院所為主。江南大學在發(fā)明專利申請和授權數(shù)量上皆高居榜首，且領先優(yōu)勢明顯，浙江大學、上海交通大學、中國農(nóng)業(yè)大學、華南理工大學、華中農(nóng)業(yè)大學等單位的申請與授權數(shù)量居于前列。中國科學院多家研究所的申請和授權數(shù)量均在全國處于領先水平，包括中國科學院微生物研究所、天津工業(yè)生物技術研究所、上海生命科學研究院、遺傳與發(fā)育生物學研究所等。中國石油化工股份有限公司、哈爾濱膳寶酒業(yè)有限公司、益善生物技術股份有限公司等企業(yè)進入發(fā)明專利申請與授權數(shù)量前列?？鐕髽I(yè)諾維信公司的工業(yè)生物技術中國發(fā)明專利申請和授權數(shù)均位居前列，霍夫曼-拉羅奇有限公司的授權數(shù)量也處于領先水平。

5 我國工業(yè)生物技術產(chǎn)業(yè)進展

當前，我國大宗發(fā)酵產(chǎn)品產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一，生物能源年替代量處于世界前列，主要生物基材料品種產(chǎn)量和技術水平處于世界領先地位，多種傳統(tǒng)石油化工產(chǎn)品和精細化學品實現(xiàn)生物質(zhì)路線生產(chǎn)，在京津冀、長三角、珠三角等地形成了一批高水平、有特色的生物產(chǎn)業(yè)集群，近年來自主創(chuàng)新能力顯著增強，生產(chǎn)技術水平大幅提高。

5.1發(fā)酵產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)

我國在發(fā)酵產(chǎn)品方面具有量產(chǎn)優(yōu)勢，發(fā)酵產(chǎn)品產(chǎn)量穩(wěn)居世界首位。2016年，我國主要發(fā)酵產(chǎn)品產(chǎn)量達到2,629萬噸，比上一年增長8.4%，年總產(chǎn)值首次超過3,000億元，同時，2016年主要出口產(chǎn)品出口量408萬噸，同比增長18.6%。檸檬酸、味精、山梨醇、酵母等產(chǎn)品的生產(chǎn)技術工藝已經(jīng)達到國際先進水平，產(chǎn)品市場競爭力大大提高，資源綜合利用水平逐步提升，節(jié)能減排取得顯著成效。其中，味精、賴氨酸、檸檬酸等產(chǎn)品的產(chǎn)量和貿(mào)易量位居世界前列；淀粉糖的產(chǎn)量居世界第二位，僅次于美國；山梨醇、葡萄糖酸鈉、木糖醇、麥芽糖醇、甘露糖醇、酵母、酶制劑和功能發(fā)酵制品等處于快速發(fā)展階段。行業(yè)年產(chǎn)值達到100億元以上的大型企業(yè)集團5家，產(chǎn)品的質(zhì)量及安全水平不斷提高，實現(xiàn)產(chǎn)品標準與國際接軌。

2015年，我國氨基酸產(chǎn)量約為370萬噸，產(chǎn)能規(guī)模和產(chǎn)值居于世界前列。目前產(chǎn)業(yè)規(guī)模以上生產(chǎn)廠家已達近百家，且產(chǎn)能高度集中，產(chǎn)能排名前三的企業(yè)擁有市場份額的75%。谷氨酸是目前全球銷量第一的氨基酸品種。2015年，我國味精產(chǎn)量達到230萬噸，居世界首位；賴氨酸產(chǎn)量約為100萬噸，產(chǎn)能尚有一定過剩空間；蘇氨酸產(chǎn)量37萬噸，較上一年有所增長。

我國有機酸產(chǎn)業(yè)在世界上有著重要地位，是最大的檸檬酸生產(chǎn)與出口國，產(chǎn)能約占全球的75%左右，產(chǎn)量的70%~80%用于出口。2015年，我國檸檬酸產(chǎn)量約為212萬噸，出口量穩(wěn)中有升；維生素C出口量12.37萬噸，比上一年同比增長1.4%；葡萄糖酸產(chǎn)量約為60萬噸，出口量占總產(chǎn)量的24%；乳酸產(chǎn)量約12.8萬噸，出口占總產(chǎn)量的29%。

2015年，我國酶制劑產(chǎn)量約為120萬噸，比上一年同比增長4.3%。其中，國產(chǎn)酶制劑產(chǎn)品的國內(nèi)市場占有率顯著提升，已由“十二五”初期的不足10%提升到近30%，產(chǎn)品出口量比上年增加3.9%，出口額增加5.8%。

5.2生物基化學品產(chǎn)業(yè)

近年來，我國完成了乙烯、化工醇等傳統(tǒng)石油化工產(chǎn)品的生物質(zhì)合成路線的開發(fā)，實現(xiàn)了生物法DL-丙氨酸、L-氨基丁酸、琥珀酸、蘋果酸、戊二胺/尼龍5X鹽等產(chǎn)品的中試或小規(guī)模商業(yè)化，取得了顯著的品質(zhì)提升和節(jié)能降耗、減少污染排放的效果。

丁二酸（琥珀酸）是重要的有機化工原料及中間體，在化工、材料、醫(yī)藥、食品領域有著廣泛的用途。我國主要的二元酸生產(chǎn)廠家包括山東蘭典生物科技股份有限公司、中國石化揚子石油化工有限公司和常茂生物化學工程股份有限公司等。中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所與蘭典公司合作建立年產(chǎn)5萬噸的丁二酸生產(chǎn)線。

甾體激素藥物是全球僅次于抗生素的第二大類藥物。我國是全球甾體原料藥最大的生產(chǎn)和供應基地，目前，我國甾體藥物年產(chǎn)量占世界總量的1/3左右，生產(chǎn)能力和實際產(chǎn)量均居世界第一位。甾體藥物生產(chǎn)龍頭企業(yè)包括浙江仙琚制藥股份有限公司、天津天藥藥業(yè)股份有限公司、天津市津津藥業(yè)有限公司、山東塞托生物科技股份有限公司等。中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所在和金耀集團共同開展的一種甾體藥物關鍵中間體生物轉(zhuǎn)化合成中取得顯著成效，產(chǎn)品純度和得率均達到90%以上。

2016年8月，成都市政府與中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所簽訂戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，擬共建中國科學院工業(yè)生物技術西部應用研發(fā)中心，打通工業(yè)生物科技成果研發(fā)孵化轉(zhuǎn)化的瓶頸。同期，天津工業(yè)生物技術研究所與成都遠泓生物科技有限公司簽署生產(chǎn)專利技術轉(zhuǎn)讓協(xié)議，預期引發(fā)上千億規(guī)模的市場。2016年4月，四川省自貢市政府與天津工業(yè)生物技術研究所簽訂協(xié)議，擬新增投資10億元建設年產(chǎn)1萬噸肌醇項目生產(chǎn)線、年產(chǎn)1,000噸5-氨基乙酰丙酸生產(chǎn)線、年產(chǎn)100噸谷胱甘肽項目示范生產(chǎn)線和年產(chǎn)10噸人參皂苷項目生產(chǎn)線，預計到2020年產(chǎn)值可達50億元以上。

5.3生物基材料產(chǎn)業(yè)

我國生物基材料產(chǎn)業(yè)處于實驗室研發(fā)-向工業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)模應用過渡階段，主要生物基材料及其單體的生產(chǎn)技術在近年取得了長足發(fā)展，已形成以可再生資源為原料的生物材料單體制備、生物基樹脂合成、生物基樹脂改性與復合、生物基材料應用為主的生物基材料產(chǎn)業(yè)鏈。2015年，我國生物基材料與關鍵單體的年產(chǎn)能約為600萬噸，形成環(huán)渤海、長三角、珠三角三個產(chǎn)業(yè)集群。目前，國內(nèi)生物基材料的研究單位主要有中科院長春應用化學研究所、中科院寧波材料研究所、中科院理化研究所、中科院天津工業(yè)生物技術研究所、清華大學等，技術合作企業(yè)包括江蘇海正集團、江蘇允友成生物環(huán)保材料有限公司、山東通佳機械有限公司、廣州碧佳新材料有限公司、佛山碧嘉高新材料科技有限公司、山東蘭典生物科技股份有限公司、山西金暉兆隆新材料有限公司等。

在淀粉基降解塑料（PSM）產(chǎn)業(yè)化方面，國內(nèi)市場以包裝薄膜、農(nóng)用薄膜、日用塑料和泡沫塑料等為主，主要生產(chǎn)企業(yè)包括武漢華麗生物材料有限公司（年產(chǎn)能6萬噸）、深圳虹彩新材料科技有限公司（3萬噸）、煙臺陽光澳洲環(huán)保材料有限公司（1.5萬噸）、廣東上九生物降解塑料有限公司（1萬噸）、南京比澳格環(huán)保材料有限公司（1萬噸）、廣東益德環(huán)?？萍加邢薰荆?萬噸）、浙江華發(fā)生態(tài)科技有限公司（0.8萬噸）、常州龍駿天純環(huán)保科技有限公司（0.8萬噸）等。

在聚酯產(chǎn)品研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化方面，聚羥基脂肪酸酯（PHA）年產(chǎn)能超過2萬噸，產(chǎn)品類型和產(chǎn)量均處于國際領先地位，正向著材料的多樣性和生產(chǎn)技術的先進性發(fā)展。材料的多樣性在多種單體及其分布、分子量、聚合方式等方面越來越細化，形成了PHA組學的概念。而合成生物技術的應用與藍水生物技術的出現(xiàn)，有望大幅度降低PHA的生產(chǎn)成本，更有經(jīng)濟性和競爭性。PHA已經(jīng)有一些商業(yè)化的例子；同時，PHA在醫(yī)藥等領域的高附加值也被不斷開發(fā)出來。主要的研究單位有清華大學、中國科學院微生物研究所、天津工業(yè)生物技術研究所以及深圳先進技術研究院等。

我國聚丁二酸丁二酯（PBS）、聚丁二酸己二酸丁二酯（PBSA）、聚對苯二甲己二酸丁二酯 （PBAT）合計年產(chǎn)能已超過 10萬噸。國內(nèi)主要研究單位有中國科學院理化所、清華大學、四川大學等，主要企業(yè)包括安慶和興化工有限公司（年產(chǎn)能1 萬噸PBS）、杭州億帆鑫富藥業(yè)股份有限公司（1.3 萬噸PBS、PBAT）、廣州金發(fā)科技股份有限公司（3 萬噸 PBSA）、山東悅泰生物新材料有限公司（2.5 萬噸 PBS、PBAT）、新疆藍山屯河聚酯有限公司（0.5噸薄膜級PBS、PBAT，3萬噸生產(chǎn)線待建）和金暉兆隆高新科技有限公司（2萬噸PBS、PBAT）等。

5.4生物能源產(chǎn)業(yè)

2015年，全球生物液體燃料消費量約1億噸，其中燃料乙醇全球產(chǎn)量約8,000萬噸。我國是世界上第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國和應用國，僅次于美國和巴西，但總產(chǎn)量占比僅為約3%，與前兩者相比差距明顯。2016年，我國燃料乙醇年產(chǎn)量約為260萬噸（其中玉米燃料乙醇產(chǎn)量不到200萬噸），調(diào)合汽油2,600萬噸，僅占當年全國汽油消費量的20%，在生產(chǎn)效率、能源耗費、污染排放等方面也與美國存在較大差距。過去幾年中，我國燃料乙醇行業(yè)規(guī)模受制于糧食安全和玉米庫存，燃料乙醇行業(yè)的政策支持力度逐漸減弱。當前，中國玉米面臨超過2億噸的庫存，作為去庫存途徑之一的乙醇行業(yè)將再次迎來政策紅利，燃料乙醇特別是玉米燃料乙醇將迎來廣闊產(chǎn)量增長空間。2017年9月，國家發(fā)改委、國家能源局等十五部門聯(lián)合印發(fā)了《關于擴大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實施方案》（以下簡稱《實施方案》），提出到2020年在全國范圍內(nèi)基本實現(xiàn)車用乙醇汽油全覆蓋的要求。生物燃料乙醇未來有望迎來更多利好政策，推動行業(yè)進一步發(fā)展，加速玉米去庫存，帶動整體行業(yè)景氣度回升。

我國目前共有8家燃料乙醇定點生產(chǎn)企業(yè)，其中，中糧生物化學（安徽）股份有限公司、吉林燃料乙醇有限責任公司和中糧生化能源（肇東）有限公司主要以玉米、小麥為原料；河南天冠企業(yè)集團有限公司同時生產(chǎn)第1代和2代乙醇；廣西中糧生物質(zhì)能源有限公司、國投廣東生物能源有限公司和內(nèi)蒙古中興能源有限公司主要以木薯和甜高粱莖稈為原料發(fā)展1.5代非糧乙醇；山東龍力生物科技股份有限公司則是較早以玉米芯廢渣為原料發(fā)展第2代纖維素乙醇的企業(yè)。同時，我國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)“發(fā)展1.5代、推動2代”的腳步也未停滯，《實施方案》提出了到2025年力爭實現(xiàn)纖維素乙醇規(guī)?；a(chǎn)，先進生物液體燃料技術、裝備和產(chǎn)業(yè)整體達到國際領先水平的發(fā)展目標。2015年以來，我國新增非糧燃料乙醇項目也有增多，包括天冠生物能源（天津）有限公司年產(chǎn)60萬噸非糧木薯燃料乙醇項目、中聚天冠生物能源（福建）有限公司年產(chǎn)50萬噸非糧木薯燃料乙醇項目、國投廣東生物能源有限公司年產(chǎn)15萬噸木薯燃料乙醇項目、湖北天冠生物能源有限公司年產(chǎn)10萬噸纖維素燃料乙醇項目等。

國際油價長期持續(xù)低迷，導致生物燃料在交通運輸中的需求減少。2015年，全球生物柴油產(chǎn)量出現(xiàn)首次下滑，全年產(chǎn)量約2910萬噸，比上一年同比減少2.3%，而此前十年全球生物柴油產(chǎn)量年均增幅為250萬噸。據(jù)不完全統(tǒng)計，2015年我國生物柴油產(chǎn)能約為415萬噸，同比增長13.7%；實際產(chǎn)量為118萬噸，同比增長24.2%。盡管產(chǎn)能及產(chǎn)量雖都有所提升，但產(chǎn)能利用率仍較低，開工率嚴重不足，無法滿足巨大的市場需求。為此，生物柴油企業(yè)正在積極尋求替代原料，開發(fā)和推廣生物柴油新技術，加快建設工業(yè)裝置。建立行之有效的生物柴油國家級協(xié)調(diào)機制，從全產(chǎn)業(yè)鏈通盤考慮啟動生物柴油試點示范工作，推行封閉化專供專銷，有望解決生物柴油原料供應問題，讓生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展步入良性軌道。2016年3月，深圳市日東生物能源有限公司歷時10年斥資上億元成功研發(fā)的“第三代生物柴油項目”入駐深圳市才智云創(chuàng)園，其研發(fā)的納米再生生物柴油的成分100%為烷烴，可在市場上的柴油發(fā)動機直接使用。2016年5月，中國科學院大連化學物理研究所與沈陽化工研究院有限公司、清華大學共同完成的“富油能源微藻培育與生物柴油制備技術”在北京通過了由中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定，為實現(xiàn)能源微藻穩(wěn)定工業(yè)化生產(chǎn)和微藻基高值天然產(chǎn)物生產(chǎn)等應用奠定了技術基礎。

生物航空煤油是以動植物油脂為原料生產(chǎn)的航空燃料，目前主要采用加氫技術生產(chǎn)。當前，我國在生物航煤生產(chǎn)技術上與美國等世界先進水平國家的差距不大，進行商業(yè)化應用的主要障礙在于原料無法實現(xiàn)長期低成本的規(guī)?；?。近年來，美國等發(fā)達國家主要在軍方資助下開展生物航煤應用開發(fā)，而在我國，作為尚處于起步階段的應用技術，生物航煤得到的政策支持力度十分有限。2017年3月，由中國石化集團開展的我國首個自主研發(fā)的生物航煤加氫改造項目經(jīng)可行性研究批復，計劃于2018年在鎮(zhèn)海煉化開工建設，裝置建成投產(chǎn)后每年可處理10萬噸餐飲廢油。

5.5綠色生物工藝

近年來，我國工業(yè)經(jīng)濟快速發(fā)展，但資源和能源消耗是世界平均水平的2~3倍，而基于酶的綠色生物工藝可以顯著降低能耗、物耗和水耗，緩解產(chǎn)業(yè)的環(huán)境保護壓力。針對傳統(tǒng)紡織行業(yè)的綠色生物工藝改進，2016年7月，中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所宣布成功研制出退漿精煉復合生物酶制劑，并針對該酶制劑開發(fā)了生物酶法前處理工藝，可以將傳統(tǒng)工藝中的退漿和精煉合并成一步完成，完全替代傳統(tǒng)堿處理工藝，達到了節(jié)能、節(jié)水、減排、提高品質(zhì)和降低成本的良好效果，并由河北寧紡集團成功完成了10萬米布的生物酶法前處理工藝應用示范和推廣。中國科學院理化技術研究所研發(fā)的酶法骨明膠生產(chǎn)技術使得骨明膠生產(chǎn)周期縮短至3天，耗水量減少50%，消除固廢排放的同時降低了成本。該技術2016年9月在寧夏鑫浩源生物科技股份有限公司實現(xiàn)3000噸/年生產(chǎn)線投產(chǎn)運行，標志著我國自主研發(fā)的酶法骨明膠生產(chǎn)工藝技術正式進入規(guī)?；?、商業(yè)化運營階段。目前采用酶法骨明膠生產(chǎn)技術的在建明膠生產(chǎn)線還有內(nèi)蒙古包頭東寶生物技術股份有限公司（建設年產(chǎn)能3,000噸）、安徽豐原集團有限公司（建設年產(chǎn)能3,000噸）等，到2020年將形成10,000噸年產(chǎn)能。

6 我國工業(yè)生物技術發(fā)展前景展望

近年來，生物技術在引領未來經(jīng)濟社會發(fā)展中的戰(zhàn)略地位日益凸顯，生物產(chǎn)業(yè)正加速成為繼信息產(chǎn)業(yè)之后的新的主導產(chǎn)業(yè)，有望加快解決人類在資源、環(huán)境和健康方面面臨的重大挑戰(zhàn)。我國在工業(yè)生物技術領域應用基礎研究、技術轉(zhuǎn)化創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面取得穩(wěn)步進展，在研究規(guī)模、產(chǎn)學研結(jié)合和產(chǎn)業(yè)布局等方面已形成良好格局，在資源與技術替代和產(chǎn)業(yè)提升方面發(fā)揮了積極作用，有效促進了農(nóng)業(yè)工業(yè)化、工業(yè)綠色化、產(chǎn)業(yè)國際化的發(fā)展進程。

當前，我國創(chuàng)新型國家建設體系正在加快成型，創(chuàng)新型企業(yè)加快發(fā)展，研究型大學建設如火如荼，國家科技創(chuàng)新中心、國家實驗室、國家技術創(chuàng)新中心建設發(fā)展有序推進，以政府主導、金融資本支持的產(chǎn)學研深度融合體系進一步成熟，全國多地密集建設生物產(chǎn)業(yè)園區(qū)，押注生物技術產(chǎn)業(yè)下一個風口。阿里巴巴斥資千億人民幣建立前沿科學研發(fā)機構(gòu)“達摩院”，全球遺傳學泰斗、美國哈佛醫(yī)學院George Church教授受邀加入其十人咨詢團隊，并在復旦大學受聘為名譽教授。國際合成生物學產(chǎn)業(yè)化先驅(qū)、美國工程院院士、加州大學伯克利分校Jay D. Keasling教授受邀在中國科學院深圳先進技術研究院設立合成生物學實驗室，并與韓國科學技術院Sang Yup Lee教授一同受聘為中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所榮譽教授，看好中國合成生物技術創(chuàng)新發(fā)展?；驕y序龍頭華大基因成功上市，數(shù)家生物工業(yè)企業(yè)產(chǎn)值超100億元，大學基礎研究與技術創(chuàng)新成果顯著攀升，研究機構(gòu)促進科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化工作取得成效，工業(yè)生物技術發(fā)展形成良好局面。

全球生物科技領域已呈現(xiàn)出系統(tǒng)化突破性發(fā)展態(tài)勢，生物及交叉應用領域不斷涌現(xiàn)出顛覆性創(chuàng)新應用，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式形成歷史性交匯。工業(yè)生物技術領域的創(chuàng)新將一方面向健康和農(nóng)業(yè)領域擴散與輻射，另一方面則向傳統(tǒng)化工和醫(yī)藥領域滲透與嵌入，進一步推進農(nóng)業(yè)工業(yè)化、工業(yè)綠色化、產(chǎn)業(yè)國際化的發(fā)展進程。隨著我國國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的深入實施，世界科技強國建設進程的加速和綠色發(fā)展理念的實踐，我國對工業(yè)生物技術的重視已提升到空前的戰(zhàn)略高度，并正在面臨新的發(fā)展機遇。未來，關注前沿研究的交叉與融合，重視新技術應用的規(guī)劃與監(jiān)管，構(gòu)建全鏈條互動的產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新體系，完善產(chǎn)業(yè)集群建設和新業(yè)態(tài)的培育，鼓勵高新技術的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動，繁榮技術交易與投融資市場，加強技術、產(chǎn)能與資本的國際合作，將有力提升我國工業(yè)生物技術的核心競爭力，通過提高供給體系質(zhì)量增強我國經(jīng)濟質(zhì)量優(yōu)勢，通過發(fā)展節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)系統(tǒng)為我國綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟注入新動能，有力推進我國生物科技強國建設進程，促進我國生物產(chǎn)業(yè)邁向全球價值鏈的中高端，為全球生物經(jīng)濟繁榮發(fā)揮更加積極的作用。