新刊速覽：合成生物制造專題 | 2025年第23期

《科技導(dǎo)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(xiàn)綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)路徑，正沿著“原料—技術(shù)—過程—產(chǎn)品”全產(chǎn)業(yè)鏈加速演進。《科技導(dǎo)報》邀請中國工程院院士、北京化工大學(xué)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(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用與實踐進展，提出關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)方向，為未來生物制造的技術(shù)路線與產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

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卷首語

生物制造：培育未來產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略引擎與創(chuàng)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(xiàn)任北京化工大學(xué)校長。研究方向為能源與材料化學(xué)品的生物制造、工業(yè)酶催化、數(shù)字化細胞工廠的創(chuàng)新應(yīng)用等。

摘要：憑借原料可再生、過程綠色化、產(chǎn)物可設(shè)計等優(yōu)勢，生物制造可輻射能源、化工、食品、醫(yī)藥等多個國民經(jīng)濟關(guān)鍵領(lǐng)域，有望形成“生物制造+”的新產(chǎn)業(yè)業(yè)態(tài)，成為破解中國傳統(tǒng)制造業(yè)資源依賴高、碳排放強度大等結(jié)構(gòu)性矛盾的核心抓手。

譚天偉. 生物制造：培育未來產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略引擎與創(chuàng)新實踐[J]. 科技導(dǎo)報, 2025, 43(23): 1-2.

科技新聞

前沿動態(tài)

• 科技部啟動學(xué)術(shù)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(xué)衛(wèi)星計劃

• 中國啟動燃燒等離子體國際科學(xué)計劃項目

• 巧用綠色溶劑讓鈣鈦礦組件走向量產(chǎn)

• 基于異質(zhì)交聯(lián)策略制備高靈敏、超長壽命人工肌肉

• 百年質(zhì)粒“進化史”鎖定耐藥傳播元兇

• 冰川也有“季節(jié)心跳”

• 鴿子內(nèi)耳藏著“生物羅盤”，揭示不迷路秘密

• 突觸“長時+短時”協(xié)同工作，兼顧大腦記憶與學(xué)習(xí)

卓越亮點

• 鹵代污染物——氯溴氟“爬食物鏈”誰最快

• 室溫?zé)o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(tǒng)”

• 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(fù)雜關(guān)聯(lián)及其機制解密

作者：劉晗1,2，丁國徽2*

1. 復(fù)旦大學(xué)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(zhàn)略制高點，開展國際人類表型組計劃已成為國際學(xué)界共識。表型組學(xué)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(chǎn)生的大規(guī)模、多模態(tài)數(shù)據(jù)進行整合與系統(tǒng)性分析，從而揭示基因型?環(huán)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(guān)聯(lián)規(guī)律與互作機制。在精密測量與分析技術(shù)的推動下，表型組檢測能力實現(xiàn)多維突破。國際人類表型組計劃以“解析基因?表型?環(huán)境之間以及宏觀?微觀表型之間的關(guān)聯(lián)與調(diào)控機制”為核心科學(xué)問題，其首要目標是繪制人類表型組參比圖譜，為生命科學(xué)與生物醫(yī)學(xué)構(gòu)建新一代科研“導(dǎo)航圖”。這一宏偉目標已獲得國際科學(xué)界的普遍認同與積極響應(yīng)。表型組研究范式正深刻推動人類健康機制研究，促進醫(yī)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(shù)的快速發(fā)展與人工智能的深度融合，統(tǒng)一標識、數(shù)據(jù)治理及其共享生態(tài)建設(shè)，將成為未來表型組研究面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

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

本刊專稿

中國生物制造關(guān)鍵技術(shù)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(xué)綠色生物制造全國重點實驗室

2. 北京化工大學(xué)國家能源生物煉制研發(fā)中心

3. 北京化工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院

4. 北京化工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

摘要：生物制造作為實現(xiàn)綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)路徑，正沿著“原料—技術(shù)—過程—產(chǎn)品”全產(chǎn)業(yè)鏈加速演進。首先，從原料端分析了傳統(tǒng)糧食原料的局限性，重點介紹生物制造原料向非糧生物質(zhì)拓展，高性能菌種及酶的開發(fā)向精準化、智能化演進，過程工程技術(shù)及核心裝備向模塊化、智能化迭代的最新進展，為構(gòu)建安全、穩(wěn)定的生物制造原料基礎(chǔ)提供支撐。技術(shù)端系統(tǒng)梳理了基因編輯、代謝工程、計算設(shè)計、人工智能（AI）等底層工具在核心菌種、底盤細胞和工業(yè)酶精準設(shè)計中的應(yīng)用，推動生物制造向高效化、模塊化、智能化發(fā)展。在過程端，重點討論智能細胞工廠、精準生物發(fā)酵、在線監(jiān)測、數(shù)字孿生及智能裝備國產(chǎn)化等關(guān)鍵技術(shù)的融合創(chuàng)新，加速實現(xiàn)由經(jīng)驗驅(qū)動向模型驅(qū)動與智能決策轉(zhuǎn)型。在產(chǎn)品端，總結(jié)生物制造在醫(yī)藥、食品、化工、材料等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進展及應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)方向，為未來生物制造的技術(shù)路線與產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

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

特色專題：合成生物制造

醫(yī)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(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院

2. 綠色化學(xué)合成與轉(zhuǎn)化技術(shù)全國重點實驗室

摘要：中國醫(yī)藥工業(yè)發(fā)展取得巨大進步，但也面臨技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)升級的重大挑戰(zhàn)。綜述了合成生物制造技術(shù)體系，重點剖析了其以可再生原料、綠色工藝與原子經(jīng)濟性為核心的顯著優(yōu)勢。在此基礎(chǔ)上，詳細闡述了合成生物制造在化學(xué)原料藥、現(xiàn)代中藥活性成分及蛋白、抗體等大分子藥物合成中的創(chuàng)新應(yīng)用與實踐進展。盡管該領(lǐng)域前景廣闊，但仍存在技術(shù)轉(zhuǎn)化效率不足、跨學(xué)科協(xié)同壁壘及全鏈條整合度不高等關(guān)鍵問題。為此，應(yīng)加強人工智能輔助的酶設(shè)計與代謝路徑優(yōu)化，并深化與材料、工程等學(xué)科的融合，以構(gòu)建新一代生物制造技術(shù)平臺。總之，合成生物制造是推動中國醫(yī)藥工業(yè)邁向更精準、高效、智能發(fā)展，構(gòu)筑全球核心競爭力的關(guān)鍵引擎與必然路徑。

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

生物藥制造先進分離介質(zhì)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(xué)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(xué)院大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院

3. 中國科學(xué)院大學(xué)前沿交叉科學(xué)學(xué)院

摘要：生物藥體系種類多且組成復(fù)雜、目標物含量低且結(jié)構(gòu)多變，分離純化是生物藥制造的核心步驟和關(guān)鍵組成。首先闡述了生物藥分離純化領(lǐng)域的主要方法和現(xiàn)階段面臨的挑戰(zhàn)。其次，論述了已上市分離介質(zhì)和裝備種類有限且國產(chǎn)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(zhì)和高效生物分離裝備取得的重點進展，包括粒徑均一介質(zhì)、超大孔介質(zhì)、高載量介質(zhì)、表面性質(zhì)可控介質(zhì)、混合模式介質(zhì)、親和介質(zhì)和多孔膜介質(zhì)等，還有連續(xù)流層析、抗污染膜組件、反應(yīng)與分離耦合系統(tǒng)和分離與檢測耦合系統(tǒng)等，以及相關(guān)質(zhì)量標準的建立情況。最后，針對先進分離介質(zhì)與集成裝備的未來發(fā)展提出建議，即拓展分離機制，形成創(chuàng)新材料和裝備集群，加強高效分離介質(zhì)和裝備與重大、前沿生物藥之間的多重協(xié)同作用，重點攻克核心技術(shù)難點和產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展阻礙，從而確保實現(xiàn)生物藥制造國產(chǎn)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(zhì)與集成裝備[J]. 科技導(dǎo)報, 2025, 43(23): 40?51.

食品生物制造：從基礎(chǔ)原料到配輔料的生產(chǎn)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(xué)食品與制藥工程學(xué)院，微生物改造技術(shù)全國重點實驗室

摘要：在科技革命與產(chǎn)業(yè)變革深度融合的當(dāng)下，食品生物制造正以合成生物學(xué)技術(shù)為引擎，通過基因精準編輯、人工智能（AI）輔助酶工程、智能發(fā)酵等前沿手段，重構(gòu)食品工業(yè)的生產(chǎn)范式。綜述了蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)等基礎(chǔ)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(zhì)等在提升生產(chǎn)效率、降低環(huán)境負擔(dān)方面的潛力。如開發(fā)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(chǎn)油脂。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前食品生物制造仍面臨技術(shù)瓶頸，如蛋白質(zhì)質(zhì)地與風(fēng)味調(diào)控難、規(guī)模化生產(chǎn)成本高、安全性評價體系不完善等。建議加強 AI 菌株設(shè)計、開發(fā)高效固碳底盤、建立標準化營養(yǎng)與安全評價體系，以推動技術(shù)落地與產(chǎn)業(yè)升級。食品生物制造有望重構(gòu)全球食品供應(yīng)鏈，是實現(xiàn)綠色、高效、可持續(xù)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(chǔ)原料到配輔料的生產(chǎn)范式革新[J]. 科技導(dǎo)報, 2025, 43(23): 52?60.

可再生能源驅(qū)動CO2生物轉(zhuǎn)化利用： 技術(shù)融合與碳中和應(yīng)用

作者：張藝格1,2，胡元森1*，王欽宏2

1. 河南工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院

2. 中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所，低碳合成工程生物學(xué)全國重點實驗室

摘要：可再生能源驅(qū)動CO2生物轉(zhuǎn)化利用是一種將清潔能源與生物技術(shù)相結(jié)合的新型碳中和技術(shù)，通過可再生能源（如光能、綠電）提供的能量，驅(qū)動微生物或酶催化系統(tǒng)將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品、燃料、材料等，顯示出巨大潛力。綜述了光能、綠電（光伏、風(fēng)能等）、地?zé)崮?生物質(zhì)能等清潔能源驅(qū)動CO2的生物轉(zhuǎn)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(guān)鍵技術(shù)的進展和重要案例。研究發(fā)現(xiàn)，盡管該領(lǐng)域在提高固碳效率和拓展產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)調(diào)控復(fù)雜及產(chǎn)物產(chǎn)量低等核心挑戰(zhàn)。綜述表明，通過優(yōu)化固碳途徑和碳流導(dǎo)向，構(gòu)建“可再生能源—碳轉(zhuǎn)化—高值產(chǎn)品”可持續(xù)產(chǎn)業(yè)鏈，可實現(xiàn)CO2高值化學(xué)品的轉(zhuǎn)化，協(xié)同推進降碳減污擴綠增長，推動碳中和的發(fā)展。建議未來研究應(yīng)著力于高效生物?非生物界面的設(shè)計、動態(tài)代謝調(diào)控策略、低能耗且高經(jīng)濟性集成技術(shù)工藝創(chuàng)新等。

張藝格, 胡元森, 王欽宏. 可再生能源驅(qū)動 CO2 生物轉(zhuǎn)化利用：技術(shù)融合與碳中和應(yīng)用[J]. 科技導(dǎo)報, 2025, 43(23): 61?69.

基于極端微生物代謝工程與合成生物學(xué)的“下一代生物制造技術(shù)”

作者：陳江楠1，陳國強1,2,3,4,5*

1. 清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

2. 清華大學(xué)化學(xué)工程系

3. 清華大學(xué)合成與系統(tǒng)生物學(xué)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(xiàn)“雙碳”目標，工業(yè)生物制造需向綠色可持續(xù)轉(zhuǎn)型。高耗水、高滅菌能耗及工藝不連續(xù)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(shù)的發(fā)展，其免滅菌開放發(fā)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(yīng)用價值與技術(shù)進展：通過開發(fā)特異性基因調(diào)控工具、優(yōu)化基因編輯與高效進化方法、改造代謝途徑及細胞形態(tài)等合成生物學(xué)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(zhì)。未來需著力開發(fā)通用性更強的合成生物學(xué)工具，提升規(guī)模化發(fā)酵過程的穩(wěn)定性，強化碳源預(yù)處理與工藝環(huán)節(jié)的整合度。 基于鹽單胞菌的下一代生物制造技術(shù)，憑借“極端抗感染底盤+合成生物學(xué)工具+工藝簡化”的綜合優(yōu)勢，有效克服了傳統(tǒng)制造的固有局限，其突出的經(jīng)濟效益與環(huán)境友好性為構(gòu)建綠色可持續(xù)的生物制造體系和實現(xiàn)“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(xué)的“下一代生物制造技術(shù)”[J]. 科技導(dǎo)報, 2025, 43(23): 70?82.

研究論文

雪崩對高山森林生態(tài)系統(tǒng)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(xué)青藏高原生物多樣性與生態(tài)環(huán)境保護教育部重點實驗室

2. 中國科學(xué)院地理科學(xué)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(tài)系統(tǒng)對雪崩的正?負響應(yīng)過程和內(nèi)在機制、氣候變化對雪崩及其生態(tài)效應(yīng)的影響。現(xiàn)有研究表明：（1） 雪崩既產(chǎn)生增加沉積區(qū)生物多樣性、改善土壤條件等積極效應(yīng)，也伴有路徑區(qū)植被破壞、生物多樣性下降等消極效應(yīng)；（2） 氣候變暖造成雪崩類型、頻率和規(guī)模的改變顯著影響森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性，尤其是流動性和侵蝕力更強的濕雪崩更加盛行，導(dǎo)致水土流失加劇，植被恢復(fù)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(dǎo)致高限林線下移的“上下夾擊”之勢，極大增加了雪崩頻發(fā)區(qū)森林消失的風(fēng)險，且將會嚴重削弱區(qū)域固碳能力，進一步加劇局部氣候變暖，引發(fā)更多雪崩災(zāi)害。因此，植被通過改變生存和繁殖策略來適應(yīng)頻繁多變的雪崩環(huán)境。同時，亟需深入開展雪崩與生態(tài)系統(tǒng)互饋研究，通過篩選雪崩區(qū)優(yōu)勢物種基因、植樹造林等人為干預(yù)方法，增加氣候變化下雪崩區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的韌性，減少雪崩災(zāi)害。

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

基于功能近紅外光譜的神經(jīng)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(fā)1，夏美云2*

1. 北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院

2. 北京航空航天大學(xué)杭州創(chuàng)新研究院（北京航空航天大學(xué)國際創(chuàng)新學(xué)院）醫(yī)工交叉科創(chuàng)中心

摘要：功能近紅外光譜神經(jīng)反饋是一種新興的無創(chuàng)腦功能調(diào)控技術(shù)。綜述了 fNIRS 神經(jīng)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(guān)研究，研究表明，基于多模態(tài)和多感官反饋的運動想象神經(jīng)反饋訓(xùn)練模式被開發(fā)用于卒中運動功能障礙患者；卒中后認知障礙的發(fā)生與卒中病變的特征（如大小或關(guān)鍵區(qū)域）、阿爾茨海默病病理和大腦可塑性密切相關(guān)；fNIRS 神經(jīng)反饋用于情緒調(diào)節(jié)也已在不同人群中得到了驗證。分析了 fNIRS 神經(jīng)反饋用于卒中后康復(fù)訓(xùn)練的可行性、有效性，探討了該領(lǐng)域發(fā)展存在的問題，最后總結(jié)了未來近紅外神經(jīng)反饋用于卒中后康復(fù)訓(xùn)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(jīng)反饋信號的反饋形式、呈現(xiàn)方式、呈現(xiàn)時間以及對照組的設(shè)計等。

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

政策建議

愿景分析在日本技術(shù)預(yù)見中的創(chuàng)新應(yīng)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(chuàng)新研究院

2. 中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院

摘要：隨著技術(shù)預(yù)見活動不斷從科技領(lǐng)域向經(jīng)濟、社會等綜合領(lǐng)域拓展，愿景分析日益占據(jù)重要地位。日本技術(shù)預(yù)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(shù)預(yù)見活動的優(yōu)化完善。從目標定位、組織過程、方法創(chuàng)新、具體愿景等方面對日本第 10、11 和 12 次技術(shù)預(yù)見活動開展愿景分析案例總結(jié)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(fā)展趨勢基礎(chǔ)上，研究提出持續(xù)深入開展未來社會愿景研究，發(fā)揮愿景在凝聚社會共識和驅(qū)動科技發(fā)展的作用；擴大技術(shù)預(yù)見參與主體范圍，全方位提升不同利益相關(guān)者參與度；開展新興技術(shù)的風(fēng)險預(yù)見，多視角審視技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用趨勢；加強技術(shù)預(yù)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(shù)預(yù)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(shù)預(yù)見中的創(chuàng)新應(yīng)用及啟示[J]. 科技導(dǎo)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(xué)科學(xué)技術(shù)史研究所

摘要：彭堃墀院士是中國第一位量子光學(xué)國家重點實驗室的創(chuàng)建者。他在山西大學(xué)為國家打造了一支有戰(zhàn)斗力的量子光學(xué)研究隊伍，是科學(xué)家精神的踐行者。概述了彭堃墀在前沿領(lǐng)域開展研究、培養(yǎng)人才、打造攻堅型科研團隊、建設(shè)頂尖實驗室等方面的事跡，展現(xiàn)了他愛國、創(chuàng)新、求實、奉獻、協(xié)同、育人的科學(xué)家精神，并由此說明，科學(xué)家精神不是人為設(shè)定的、期待科學(xué)家去追求的超現(xiàn)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(dǎo)報, 2025, 43(23): 109?112.

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