生物制造正成为全球经济增长的新引擎，备受世界主要经济体重视。《科技导报》邀请南京师范大学校长、中国工程院院士黄和团队撰写文章，梳理了生物制造的概念内涵，分析研判了国际竞争态势，总结了中国在科技成果、创新平台及产业发展等方面的进展。针对中国生物制造产业面临的挑战提出了相关建议。
生物制造蕴含巨大潜力，有望成为全球经济增长的新引擎。中国将生物制造作为新质生产力的核心代表和六大未来产业之一，全力打造为驱动国家经济高质量发展的强劲新引擎。“十五五”时期将是生物科技加速演进、生物制造产业迅猛发展的重要机遇期，也是实现中国高水平科技自立自强的重要关口。
国际上，欧盟与美国基于不同的产业政策与科技治理逻辑，形成了2种代表性的界定模式。其中，
欧盟将生物制造视为生物技术创新的工业化实现途径，其核心是通过生物资源转化生产化学品、材料及能源等，覆盖全产业链范畴，涵盖农业、林业、渔业、食品加工、纸浆造纸等基础领域，并延伸至化工、生物技术和能源产业的关键环节。
美国则将生物制造定义为“通过生物系统（含植物、微生物及其分子组分）在工业规模实现产品制造的过程”，核心聚焦于“以生命科学与生物技术创新为驱动的先进生物制造”，行业范围较欧盟更窄，不包括烟草制造、皮革制品、木材加工、纸制品、家具及服装等传统行业。
国内对生物制造的界定主要呈现双维视角：
在技术范式维度，将其定义为以合成生物学、人工智能等前沿技术驱动的先进制造方式，核心从传统发酵迭代至合成生物学、生物计算等新一代技术体系；
在产业范畴维度，则强调其作为绿色制造核心载体的定位，在工业减排、生物基材料替代等场景持续深化应用。
2.1 生物制造领域科技发展趋势
近年来，生物制造底层技术持续突破，推动行业迈向精准、高效和规模化。底盘细胞改造能力显著提升，基因编辑工具不断迭代，脱氧核糖核酸（DNA）合成技术迈向高通量化，大幅增强了生物功能设计的精度与效率；合成生物学与人工智能技术的深度耦合，则加速了基因功能解析、代谢路径优化等研究。
工艺绿色低碳化日益受到重视，推动生物炼制向更加清洁、可持续模式转型。副产物综合利用理念正从“末端治理”转向“价值再造”，下游分离提取技术也向高效精细化发展。
合成生物制造正深刻变革物质生产方式，逐步实现技术成熟与市场应用。其利用生物资源在常温、常压、水相等温和条件下高效生产产品，有利推动化工原料与生产过程的绿色替代，加速产业从石化基向生物基转型，应用前景广泛覆盖医药、农业、食品、化工、材料及能源等多个领域。
2.2 主要国家生物制造战略举措
1）美国：强调充分利用先进生物技术和生物制造的潜力，以巩固其全球生物制造领域的领导地位和竞争力。自2022年起，美国密集发布了一系列生物制造战略政策，包括美第14081号行政命令——《关于推进生物技术和生物制造创新以实现可持续、安全和可靠的美国生物经济的行政命令》《生物技术与生物制造宏大目标》《生物制造战略》等。
2）欧盟：将生物制造视为工业转型的核心驱动力，通过系统性政策框架，如《可持续、可循环的生物经济发展新战略》、《与自然构筑未来：促进欧盟的生物技术和生物制造》等，并举办生物制造政策峰会，持续推动该领域发展，力求在提升经济竞争力的同时，实现环境的可持续发展。
3）其他国家：英国发布《工程生物学国家愿景》，提出在未来10年投入20亿英镑的战略，以工程生物学引领生物制造业发展；日本则启动《生物制造革命推进专项研究开发计划》，并发布新版《生物经济战略》，将生物制造和生物基产品列为核心支柱之一，着力打造融合生物技术、人工智能与数字技术的微生物与细胞设计平台。
3.1 中国生物制造发展现状
中国生物制造领域取得显著进展。
在科技进展方面，国家先后实施“合成生物学”“绿色生物制造”等国家重点研发计划专项，原创性成果不断涌现，科研质量、技术水平和国际影响力实现同步跃升；
在创新平台方面，京津冀、长三角、粤港澳大湾区等重点区域建成多个研究中心，研究网络持续拓展，创新能力不断提升；
在产业发展方面，已形成显著的规模优势，生物发酵产品总量全球领先，大宗生物发酵产品产量约占全球70%，生物基塑料、生物基化学纤维、生物基橡胶等细分赛道的产业化水平位居全球前列，部分重大化工产品的生物制造率先实现产业化。
3.2 中国生物制造发展面临的挑战与问题
1）基础共性技术创新能力面临三方面突出问题。
一是合成生物学关键使能技术在设计、构建、测试、学习等多个环节与发达国家存在差距，且高价值专利数量仅为美国的约1/7（表1）。
二是工业菌种面临“两低一高”的严峻挑战，即菌种改良效率低、性能水平低、知识产权风险高。
三是部分高端酶制剂高度依赖进口，该领域技术门槛高、研发投入大且周期长，美国、欧盟等企业占据技术垄断地位，目前我国发酵工业核心酶制剂超过75%依赖国外供应。
表1 合成生物学领域主要国家专利申请情况（2015—2024年）
2）可持续低成本原料开发不足。
当前，我国生物制造产业原料构成相对单一，约90%的初始原料来自玉米等粮食作物，长期过度依赖主粮不仅面临“与民争粮、与畜争饲”的矛盾，也不利于原料自主可控与产业可持续发展。转向非粮生物质资源成为理想途径，但潜力尚未充分释放：农林废弃物资源丰富，却以就地还田为主，离田高值化利用仍处于起步阶段；工业副产碳源量大价廉，却普遍被低值处置；一碳资源来源广泛、成本低廉，是下一代绿色制造的潜在原料，但其生物转化技术尚处实验室验证阶段。与此同时，非粮生物质资源大规模产业化仍面临多重瓶颈，主要包括原料转化效率低、过程抑制物多以及一碳生物技术的商业化条件尚未成熟。
3）生物制造装备在自主性和系统性方面存在明显短板。
从基础研究到生产应用，多个环节受制于人：在基础研究端，部分高端科研仪器高度依赖进口，制约自主创新并带来科技安全风险；在生产端，原材料、加工、配件、检测等细分领域，尤其生物反应器、生物分离介质、仪器仪表等关键设备和材料，与国际先进水平仍有差距，同时在分离提取水平、检测评价技术、智能控制流程等方面也存在不足，部分核心仪器依赖进口。此外，行业整体尚未形成完备的装备与技术体系，在“十四五”期间虽以产品为核心启动了一批中试与示范工程，但在工程装备成套系统等方面仍缺乏完善的评价标准。
4）生物制造产业面临突出的人才短缺问题。
一方面，高端复合型人才储备薄弱，现有的人才结构及人才培养体系难以满足行业需求，结构性短缺问题显著；另一方面，产教融合不够紧密，导致人才培养与需求脱节。高校学科设置与产业需求存在结构性失衡，研究生培养偏重上游菌种设计与理论研发，而中下游发酵工艺、工程放大等实践型环节相对薄弱，造成发酵及工程过程等领域人才紧缺。此外，产学研协同机制不完善，也进一步制约了复合型人才的培养与科研成果的转化。
4.1 统筹布局生物制造关键核心技术协同攻关
加强顶层设计与部门协同，统筹资源配置，借鉴国际经验并结合国情制定国家生物制造产业发展蓝图，明确可考核的发展目标与实施路径，为全链条发展提供系统性指导。聚焦生物制造领域重大基础问题、共性基础技术和关键核心技术，系统部署重大研究专项，具体包括强化基础研究引领突破、实施基础能力建设专项、部署关键核心技术攻关专项、推进重大产品工程化与应用示范。
4.2 打造“非粮生物质资源高效、高值化利用+合成生物制造”新模式
强化可持续低成本原料开发，探索糖蜜、玉米浆等低成本生物质原料利用，加强木质纤维素等非粮生物质的规模化应用；推广绿氨等绿色可再生资源，重塑产业链布局，赋能边远地区成为生物制造中心；优化淀粉碳源产业链，为第二代、第三代生物制造技术的成熟应用奠定产业基础。短期内，重点突破木质纤维素为原料的第二代生物制造技术。未来，布局以一碳化合物（CO2、CH4、CO等）为原料的第三代生物制造技术。
4.3 加强生物制造装备系统集成与国产化应用
加速推进生物制造领域关键仪器设备研发。突破高灵敏度检测器、自动化样品处理模块等关键技术，实现生产全流程的自动化与智能化，提升系统稳定性和效率；构建产学研联合攻关机制；通过政策激励和资金支持，推动国产装备在终端用户的规模化应用，并加速性能迭代，增强产业自主可控能力。
4.4 强化协同以加速科技成果产业化
构建贯通上下游的生物制造产业生态系统，整合资源、打破创新链与产业链壁垒，通过集群化发展促进上下游协作，实现产业链整体升级。在基础研究到应用研究环节，打造概念验证平台，推动科研成果实现从概念到验证的“0到1”突破。在中试到产业化环节，建设一批智能化、定制化的一站式生物制造中试基地，推动科研成果实现从“1到100”的中试转化。
4.5 建设多元化的生物制造科技人才梯队
加强生物制造领域跨学科人才培养与引进，包括建立高层次人才库、实施国际人才引进计划等。探索生物制造产学研协同育人新模式，着力培养应用型、工程化紧缺人才，支持高校、科研院所依托“产教联合体”“产业学院”“卓越工程师学院”等平台，深化校企联合培养机制。
