新刊速覽：合成生物制造專題 | 2025年第23期

《科技導報》2025年第23期推出了“合成生物制造專題”。

生物制造作為實現綠色低碳和可持續發展的重要技術路徑，正沿著“原料—技術—過程—產品”全產業鏈加速演進。《科技導報》邀請中國工程院院士、北京化工大學校長譚天偉作為特約主編，組織了“合成生物制造”專題，全面展示了合成生物制造在大分子藥物合成、生物藥分離純化、食品生物制造、可再生能源、極端微生物代謝工程等領域的創新應用與實踐進展，提出關鍵技術攻關方向，為未來生物制造的技術路線與產業發展提供參考。

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卷首語

生物制造：培育未來產業的戰略引擎與創新實踐

作者：譚天偉

作者信息：生物化工專家，中國工程院院士，現任北京化工大學校長。研究方向為能源與材料化學品的生物制造、工業酶催化、數字化細胞工廠的創新應用等。

摘要：憑借原料可再生、過程綠色化、產物可設計等優勢，生物制造可輻射能源、化工、食品、醫藥等多個國民經濟關鍵領域，有望形成“生物制造+”的新產業業態，成為破解中國傳統制造業資源依賴高、碳排放強度大等結構性矛盾的核心抓手。

譚天偉. 生物制造：培育未來產業的戰略引擎與創新實踐[J]. 科技導報, 2025, 43(23): 1-2.

科技新聞

前沿動態

• 科技部啟動學術不端論文專項整治并謀劃長效機制

• “十五五”將實施4項太空探源科學衛星計劃

• 中國啟動燃燒等離子體國際科學計劃項目

• 巧用綠色溶劑讓鈣鈦礦組件走向量產

• 基于異質交聯策略制備高靈敏、超長壽命人工肌肉

• 百年質粒“進化史”鎖定耐藥傳播元兇

• 冰川也有“季節心跳”

• 鴿子內耳藏著“生物羅盤”，揭示不迷路秘密

• 突觸“長時+短時”協同工作，兼顧大腦記憶與學習

卓越亮點

• 鹵代污染物——氯溴氟“爬食物鏈”誰最快

• 室溫無冷卻直抵 104 mW，刷新強場太赫茲源世界紀錄

深度報道

• 實驗性療法瞄準大腦“排水系統”

• 美國多州政府加碼布局，推動AI專用算力普惠化

科技評論

解密生命全景圖：人類表型組微觀與整體的復雜關聯及其機制解密

作者：劉晗1,2，丁國徽2*

1. 復旦大學人類表型組研究院

2. 上海國際人類表型組研究院

摘要：人類表型組研究是后基因組時代的戰略制高點，開展國際人類表型組計劃已成為國際學界共識。表型組學研究旨在通過跨尺度、多維度和貫穿全生命周期的精密表型測量，并對產生的大規模、多模態數據進行整合與系統性分析，從而揭示基因型?環境?表型之間以及不同尺度表型（如宏觀表型與微觀表型）之間的關聯規律與互作機制。在精密測量與分析技術的推動下，表型組檢測能力實現多維突破。國際人類表型組計劃以“解析基因?表型?環境之間以及宏觀?微觀表型之間的關聯與調控機制”為核心科學問題，其首要目標是繪制人類表型組參比圖譜，為生命科學與生物醫學構建新一代科研“導航圖”。這一宏偉目標已獲得國際科學界的普遍認同與積極響應。表型組研究范式正深刻推動人類健康機制研究，促進醫療保健模式從“以疾病為中心”向“以健康為中心”的變革。隨著人類表型精密測量技術的快速發展與人工智能的深度融合，統一標識、數據治理及其共享生態建設，將成為未來表型組研究面臨的關鍵挑戰。

劉晗, 丁國徽. 解密生命全景圖：人類表型組微觀與整體的復雜關聯及其機制解密[J]. 科技導報, 2025, 43(23): 17?23.

本刊專稿

中國生物制造關鍵技術進展與未來趨勢

作者：云慧敏1,2,3，陳必強1,2,4*，譚天偉1,2,4*

1. 北京化工大學綠色生物制造全國重點實驗室

2. 北京化工大學國家能源生物煉制研發中心

3. 北京化工大學經濟管理學院

4. 北京化工大學生命科學與技術學院

摘要：生物制造作為實現綠色低碳和可持續發展的重要技術路徑，正沿著“原料—技術—過程—產品”全產業鏈加速演進。首先，從原料端分析了傳統糧食原料的局限性，重點介紹生物制造原料向非糧生物質拓展，高性能菌種及酶的開發向精準化、智能化演進，過程工程技術及核心裝備向模塊化、智能化迭代的最新進展，為構建安全、穩定的生物制造原料基礎提供支撐。技術端系統梳理了基因編輯、代謝工程、計算設計、人工智能（AI）等底層工具在核心菌種、底盤細胞和工業酶精準設計中的應用，推動生物制造向高效化、模塊化、智能化發展。在過程端，重點討論智能細胞工廠、精準生物發酵、在線監測、數字孿生及智能裝備國產化等關鍵技術的融合創新，加速實現由經驗驅動向模型驅動與智能決策轉型。在產品端，總結生物制造在醫藥、食品、化工、材料等領域的產業化進展及應用前景。最后，針對中國生物制造在菌種自主可控、高端裝備依賴等方面的短板，提出關鍵技術攻關方向，為未來生物制造的技術路線與產業發展提供參考。

云慧敏, 陳必強, 譚天偉. 中國生物制造關鍵技術進展與未來趨勢[J]. 科技導報, 2025, 43(23): 24?32.

特色專題：合成生物制造

醫藥合成生物制造

作者：湯曉玲1,2，高炬燦1，鄭仁朝1,2，鄭裕國1,2*

1. 浙江工業大學生物工程學院

2. 綠色化學合成與轉化技術全國重點實驗室

摘要：中國醫藥工業發展取得巨大進步，但也面臨技術革新和產業升級的重大挑戰。綜述了合成生物制造技術體系，重點剖析了其以可再生原料、綠色工藝與原子經濟性為核心的顯著優勢。在此基礎上，詳細闡述了合成生物制造在化學原料藥、現代中藥活性成分及蛋白、抗體等大分子藥物合成中的創新應用與實踐進展。盡管該領域前景廣闊，但仍存在技術轉化效率不足、跨學科協同壁壘及全鏈條整合度不高等關鍵問題。為此，應加強人工智能輔助的酶設計與代謝路徑優化，并深化與材料、工程等學科的融合，以構建新一代生物制造技術平臺。總之，合成生物制造是推動中國醫藥工業邁向更精準、高效、智能發展，構筑全球核心競爭力的關鍵引擎與必然路徑。

湯曉玲, 高炬燦, 鄭仁朝, 等. 醫藥合成生物制造[J]. 科技導報, 2025, 43(23): 33?39.

生物藥制造先進分離介質與集成裝備

作者：趙嵐1,2，樊榮1,2，魏煒1,2,3*，馬光輝1,2,3

1. 中國科學院過程工程研究所，生物藥制備與遞送全國重點實驗室

2. 中國科學院大學化學工程學院

3. 中國科學院大學前沿交叉科學學院

摘要：生物藥體系種類多且組成復雜、目標物含量低且結構多變，分離純化是生物藥制造的核心步驟和關鍵組成。首先闡述了生物藥分離純化領域的主要方法和現階段面臨的挑戰。其次，論述了已上市分離介質和裝備種類有限且國產化程度低，難以滿足生物藥高效制造等問題，介紹了新一代生物分離介質和高效生物分離裝備取得的重點進展，包括粒徑均一介質、超大孔介質、高載量介質、表面性質可控介質、混合模式介質、親和介質和多孔膜介質等，還有連續流層析、抗污染膜組件、反應與分離耦合系統和分離與檢測耦合系統等，以及相關質量標準的建立情況。最后，針對先進分離介質與集成裝備的未來發展提出建議，即拓展分離機制，形成創新材料和裝備集群，加強高效分離介質和裝備與重大、前沿生物藥之間的多重協同作用，重點攻克核心技術難點和產業鏈發展阻礙，從而確保實現生物藥制造國產化、綠色化和智能化。

趙嵐, 樊榮, 魏煒, 等. 生物藥制造先進分離介質與集成裝備[J]. 科技導報, 2025, 43(23): 40?51.

食品生物制造：從基礎原料到配輔料的生產范式革新

作者：劉云翔，孫夢璐，王明海，陳瑞，張立慧*，黃和*

南京師范大學食品與制藥工程學院，微生物改造技術全國重點實驗室

摘要：在科技革命與產業變革深度融合的當下，食品生物制造正以合成生物學技術為引擎，通過基因精準編輯、人工智能（AI）輔助酶工程、智能發酵等前沿手段，重構食品工業的生產范式。綜述了蛋白質、糖類、脂質等基礎原料及食用色素、甜味劑、酸味劑等配輔料的生物制造進展，展示了微生物蛋白、人造淀粉、功能脂質等在提升生產效率、降低環境負擔方面的潛力。如開發出多種新型替代蛋白，作為動物蛋白的潛在替代品；以微生物作為細胞工廠合成淀粉；利用可再生的非糧原料生產油脂。研究發現，當前食品生物制造仍面臨技術瓶頸，如蛋白質質地與風味調控難、規模化生產成本高、安全性評價體系不完善等。建議加強 AI 菌株設計、開發高效固碳底盤、建立標準化營養與安全評價體系，以推動技術落地與產業升級。食品生物制造有望重構全球食品供應鏈，是實現綠色、高效、可持續食品體系的重要路徑。

劉云翔, 孫夢璐, 王明海, 等. 食品生物制造：從基礎原料到配輔料的生產范式革新[J]. 科技導報, 2025, 43(23): 52?60.

可再生能源驅動CO2生物轉化利用： 技術融合與碳中和應用

作者：張藝格1,2，胡元森1*，王欽宏2

1. 河南工業大學生物工程學院

2. 中國科學院天津工業生物技術研究所，低碳合成工程生物學全國重點實驗室

摘要：可再生能源驅動CO2生物轉化利用是一種將清潔能源與生物技術相結合的新型碳中和技術，通過可再生能源（如光能、綠電）提供的能量，驅動微生物或酶催化系統將CO2轉化為高附加值化學品、燃料、材料等，顯示出巨大潛力。綜述了光能、綠電（光伏、風能等）、地熱能/生物質能等清潔能源驅動CO2的生物轉化路徑；梳理了自然?人工雜合、光電微生物耦合、微生物電合成、酶?電催化等關鍵技術的進展和重要案例。研究發現，盡管該領域在提高固碳效率和拓展產品多樣性方面不斷取得突破，但仍面臨能量傳遞效率低、天然固碳途徑局限、代謝網絡調控復雜及產物產量低等核心挑戰。綜述表明，通過優化固碳途徑和碳流導向，構建“可再生能源—碳轉化—高值產品”可持續產業鏈，可實現CO2高值化學品的轉化，協同推進降碳減污擴綠增長，推動碳中和的發展。建議未來研究應著力于高效生物?非生物界面的設計、動態代謝調控策略、低能耗且高經濟性集成技術工藝創新等。

張藝格, 胡元森, 王欽宏. 可再生能源驅動 CO2 生物轉化利用：技術融合與碳中和應用[J]. 科技導報, 2025, 43(23): 61?69.

基于極端微生物代謝工程與合成生物學的“下一代生物制造技術”

作者：陳江楠1，陳國強1,2,3,4,5*

1. 清華大學生命科學學院

2. 清華大學化學工程系

3. 清華大學合成與系統生物學中心

4. 清華北大生命中心

5. 綠色生物制造全國重點實驗室

摘要：為實現“雙碳”目標，工業生物制造需向綠色可持續轉型。高耗水、高滅菌能耗及工藝不連續等瓶頸推動了以極端微生物（如鹽單胞菌）為核心的下一代生物制造技術的發展，其免滅菌開放發酵特性可顯著降低能耗與操作成本。綜述了鹽單胞菌作為核心底盤的應用價值與技術進展：通過開發特異性基因調控工具、優化基因編輯與高效進化方法、改造代謝途徑及細胞形態等合成生物學手段，鹽單胞菌已被成功工程化為高效底盤，能利用淀粉、纖維素、乙酸、餐廚廢棄物等多種廉價廢棄碳源，低成本合成可降解生物基塑料聚羥基脂肪酸酯（PHA）、高附加值小分子、氨基酸及蛋白質。未來需著力開發通用性更強的合成生物學工具，提升規模化發酵過程的穩定性，強化碳源預處理與工藝環節的整合度。 基于鹽單胞菌的下一代生物制造技術，憑借“極端抗感染底盤+合成生物學工具+工藝簡化”的綜合優勢，有效克服了傳統制造的固有局限，其突出的經濟效益與環境友好性為構建綠色可持續的生物制造體系和實現“雙碳”目標提供了重要支撐。

陳江楠, 陳國強. 基于極端微生物代謝工程與合成生物學的“下一代生物制造技術”[J]. 科技導報, 2025, 43(23): 70?82.

研究論文

雪崩對高山森林生態系統的影響及其作用機制

作者：歐美香1，王巖2，郝建盛2，陳國慶2，拉珠1*

1. 西藏大學青藏高原生物多樣性與生態環境保護教育部重點實驗室

2. 中國科學院地理科學與資源研究所，陸地表層格局與模擬重點實驗室

摘要：歸納了高山森林生態系統對雪崩的正?負響應過程和內在機制、氣候變化對雪崩及其生態效應的影響。現有研究表明：（1） 雪崩既產生增加沉積區生物多樣性、改善土壤條件等積極效應，也伴有路徑區植被破壞、生物多樣性下降等消極效應；（2） 氣候變暖造成雪崩類型、頻率和規模的改變顯著影響森林生態系統結構和功能的穩定性，尤其是流動性和侵蝕力更強的濕雪崩更加盛行，導致水土流失加劇，植被恢復難度增加；（3） 氣候變化下，高溫脅迫推動森林向更高海拔遷移、雪崩頻繁沖擊導致高限林線下移的“上下夾擊”之勢，極大增加了雪崩頻發區森林消失的風險，且將會嚴重削弱區域固碳能力，進一步加劇局部氣候變暖，引發更多雪崩災害。因此，植被通過改變生存和繁殖策略來適應頻繁多變的雪崩環境。同時，亟需深入開展雪崩與生態系統互饋研究，通過篩選雪崩區優勢物種基因、植樹造林等人為干預方法，增加氣候變化下雪崩區生態系統的韌性，減少雪崩災害。

歐美香, 王巖, 郝建盛, 等. 雪崩對高山森林生態系統的影響及其作用機制[J]. 科技導報, 2025, 43(23): 83?90.

基于功能近紅外光譜的神經反饋研究

作者：丁佳新1，武迪1，李德玉1，喬惠婷1，田一竹1，汪待發1，夏美云2*

1. 北京航空航天大學生物與醫學工程學院

2. 北京航空航天大學杭州創新研究院（北京航空航天大學國際創新學院）醫工交叉科創中心

摘要：功能近紅外光譜神經反饋是一種新興的無創腦功能調控技術。綜述了 fNIRS 神經反饋在改善卒中后運動障礙、認知障礙及情緒障礙中的相關研究，研究表明，基于多模態和多感官反饋的運動想象神經反饋訓練模式被開發用于卒中運動功能障礙患者；卒中后認知障礙的發生與卒中病變的特征（如大小或關鍵區域）、阿爾茨海默病病理和大腦可塑性密切相關；fNIRS 神經反饋用于情緒調節也已在不同人群中得到了驗證。分析了 fNIRS 神經反饋用于卒中后康復訓練的可行性、有效性，探討了該領域發展存在的問題，最后總結了未來近紅外神經反饋用于卒中后康復訓練的研究趨勢，建議未來的研究者對研究方案進行更加詳實的報告，包括患者類型、神經反饋信號的反饋形式、呈現方式、呈現時間以及對照組的設計等。

丁佳新, 武迪, 李德玉, 等. 基于功能近紅外光譜的神經反饋研究[J]. 科技導報, 2025, 43(23): 91?98.

政策建議

愿景分析在日本技術預見中的創新應用及啟示

作者：張永偉1，周曉紀2，孫勝凱1，魏暢1*

1. 中國航天科技體系與創新研究院

2. 中國航天系統科學與工程研究院

摘要：隨著技術預見活動不斷從科技領域向經濟、社會等綜合領域拓展，愿景分析日益占據重要地位。日本技術預見活動中的愿景分析不斷成熟，有必要對其進行深入研究以支撐中國技術預見活動的優化完善。從目標定位、組織過程、方法創新、具體愿景等方面對日本第 10、11 和 12 次技術預見活動開展愿景分析案例總結和對比研究。在剖析愿景分析的研究方法、實踐要點和未來發展趨勢基礎上，研究提出持續深入開展未來社會愿景研究，發揮愿景在凝聚社會共識和驅動科技發展的作用；擴大技術預見參與主體范圍，全方位提升不同利益相關者參與度；開展新興技術的風險預見，多視角審視技術發展與應用趨勢；加強技術預見交流合作，多渠道擴大成果的普及和宣傳的建議，以期為中國開展技術預見活動提供參考。

張永偉, 周曉紀, 孫勝凱, 等. 愿景分析在日本技術預見中的創新應用及啟示[J]. 科技導報, 2025, 43(23): 99?108.

科技人文

量子之光精神為源，彭堃墀院士的科研人生

作者：厚宇德

山西大學科學技術史研究所

摘要：彭堃墀院士是中國第一位量子光學國家重點實驗室的創建者。他在山西大學為國家打造了一支有戰斗力的量子光學研究隊伍，是科學家精神的踐行者。概述了彭堃墀在前沿領域開展研究、培養人才、打造攻堅型科研團隊、建設頂尖實驗室等方面的事跡，展現了他愛國、創新、求實、奉獻、協同、育人的科學家精神，并由此說明，科學家精神不是人為設定的、期待科學家去追求的超現實目標。

厚宇德. 量子之光精神為源，彭堃墀院士的科研人生[J]. 科技導報, 2025, 43(23): 109?112.

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《科技導報》創刊于1980年，中國科協學術會刊，主要刊登科學前沿和技術熱點領域突破性的研究成果、權威性的科學評論、引領性的高端綜述，發表促進經濟社會發展、完善科技管理、優化科研環境、培育科學文化、促進科技創新和科技成果轉化的決策咨詢建議。常設欄目有院士卷首語、科技新聞、科技評論、專稿專題、綜述、論文、政策建議、科技人文等。