一文了解什么是农业微生物和农业微生物产业
微生物是生态系统的重要构成部分，在物质循环中具有非常重要的作用。微生物具有多种优势特点，如广谱、高效、无污染、安全等，伴随高科技的介入使微生物的开发，成为一个新兴的战略型产业，微观世界的开发现在已经使农业生物化成为农业发展中的重要分支。微生物组学技术已经悄然在农业增产增效的“战场”上凸显力量。
什么是农业微生物和农业微生物产业呢？
农业微生物主要是指与农业生产(种植业、养殖业)、农产品加工、农业生物技术及农业生态环境保护等有关的应用微生物的总称。不难想到农业微生物产业就是利用农业微生物资源及其工程技术实现产业化的工业型农业。微生物饲料、微生物肥料、微生物农药、微生物能源、微生物食品、微生物环境保护剂等都是农业微生物产业的重要组成部分。农业微生物布局农业发展全产业链条，在可持续发展战略中可谓“大有可为”。
农业微生物可有效缓解资源短缺、粮食需求、生态环境污染等压力，主要表现在以下几方面：其一，可以利用微生物技术处理，实现废弃物的无害化和再利用；其二，微生物农业是具有高科技生物工程内涵的“发酵工程”和“酶工程”，可以实现农产品的工厂化生产，缓解粮食紧缺的矛盾；其三，可以改善农业生态环境，实现农业可持续发展。随着探索微生物技术的持续完善和发展，农业微生物不断催生新产业的诞生，成为实现农业碳达峰和碳中和的中坚力量。
农业微生物种质资源种类丰富，涵盖了细菌、真菌、病毒等重要类群，主要应用于肥料、食药用、饲料、植保、农业环境等方面。微生物在探索高效、安全、资源节约、环境友好的现代农业发展之路上发挥着重要作用。特别是在绿色发展大背景下，农业微生物的应用极为迫切。比如，解决‘藏粮于地’就需要微生物的参与，固氮微生物等微生物肥料可以增加土壤中的氮素来源，解磷、解钾微生物可以分解土壤中难溶的磷、钾，将其转变为作物能吸收利用的磷、钾化合物。
此外，以微生物技术为纽带，通过农业废弃物的肥料化、沼气化、食用菌化和饲料化，把种植业、养殖业和居民生活紧密连接起来，可以减少环境污染、改善农村生态环境、发展农业循环经济，促进农业可持续发展。农业微生物产业化的核心是技术，其学科基础是“微生物学”，技术基础是“生物工程”。其中发酵工程与细胞和组织培养技术是较为成熟和广泛应用的技术，重组DNA技术和酶固定化技术是生物工程具有特色和潜力的技术。
近年来，高通量测序和质谱等高科技技术的介入，为微生物组和合成生物学的研究提供了新思路，为进一步探索农业微生物功能基因、筛选高转化效率菌种提供了保障，将推动农业微生物产业快速发展。农业微生物产业是将“二维结构”传统农业转变为动物、植物、微生物资源并重的“三维结构”的新型农业。微生物农药、微生物肥料、微生物饲料和微生物环境保护剂等产业的兴起和产品与技术的推广应用，对实现绿色食品生产和生态安全具有重要作用。
微生物组是指一个特定环境或生态系统中，全部微生物及其遗传信息的集合，其中蕴藏着极为丰富的微生物资源。“全面系统地解析微生物组的结构和功能，将为解决人类面临的能源、生态环境、工农业生产和人体健康等重大问题带来新思路。”中国科学院南京土壤研究所研究员、中国科学院大学教授褚海燕在接受《中国科学报》采访时说，“然而，微生物组学研究在很大程度上取决于其技术与方法的发展。”
在高通量测序技术出现以前，微生物研究主要基于分离培养和指纹图谱等技术，但由于这些技术存在不足，人们对于微生物的认识十分有限。本世纪初，微生物组学技术的兴起，对环境整体微生物群落进行分析成为可能，开创了微生物分子生态学研究的新时代。而高通量测序和质谱等技术的突破，使人们可以从DNA、RNA、蛋白质和代谢物等不同水平解析微生物组，以获得更为全面的微生物组信息。
“目前微生物组学研究正处于从数量到质量、从结构到功能的关键转变时期。”褚海燕解释说，“微生物与其所处环境共同构成了复杂的微生物组，在支撑生态系统过程和功能中，发挥着不可替代的作用。为充分发挥微生物组在各前沿领域的关键作用，迫切需要深入理解微生物组的结构和功能。”
目前的组学技术仍存在一定局限性，建立在宏观生态学基础上的理论和模型是否适用于微生物领域、针对个体层面的微生物研究是否适用微生物组等问题目前还没有明确的结论，仍需要更多的微生物组学数据支撑。
“微生物跟动植物等大型生物不同，单个微生物的作用微不足道。而且环境中的微生物数量巨大，每克土壤里，就可能有成千上万种微生物，组学技术可将其作为一个整体研究，同时测定成千上万微生物的群落组成、功能和相互关系。”褚海燕说，“因此，微生物组学研究要和大数据、人工智能等技术结合起来，深入理解微生物的组成、多样性与时空分布，深入挖掘微生物的功能与调控机制。现在大数据、人工智能等技术的进步，让微生物组学研究进入了‘最好时代’。”
农业微生物中的机遇与挑战
农业微生物作为农业可持续发展的重要资源，农业生态系统中微生物功能的最大化已成为未来农业发展的关键因素。根据Markets Research的数据显示，2021-2026年，全球农业微生物市场预计复合年增长率5.5%。我国微生物农药市场规模预计将从2019年的1.6307亿美元增长到2026年的3.0465亿美元，预测复合年增长率为15.13%。我国2020年微生物肥料市场价值为40.265亿美元，预计到2027年将达到86.1143亿美元，预计复合年增长率为9.80%。
为促进生态农业，微生物肥药产品的需求不断增长，使得全球诞生出一些集微生物研究与应用的企业，势在促进微生物农药、肥料、种子等产业的发展，进而改良土壤生态环境，形成良好生态效应。为缓解资源短缺及生产过程中带来的资源损耗，在微生物食品赛道，不少初创企业已经将创新方向指向植物源的动物食品替代品，如植物奶酪、人造肉等。
我国农业微生物发展趋势劲头十足，企业众多，目前主要力量集中于微生物肥药领域，但行业整体发展不够完善，绝大多数缺乏核心微生物菌株、功能活性分子机制不清、应用技术落后、高性能产品匮乏等，从而缺乏国际核心竞争力。随着社会经济的迅速发展，农业发展进入了新的阶段，生态农业已成为世界农业发展的重要模式和方向。因此，提升核心微生物技术，开发农业微生物产品，成为带动产业升级和发展的重中之重。