改革开放至今，我国在农业农村领域实现了历史性进步，包括农业现代化的推进、农民生活质量的提升以及城乡一体化发展的持续改善。目前，经济社会发展中逐渐形成“解决温饱”转向“营养多元”的新趋势，农业生产效率不高、对资源环境不利等问题亟待解决。基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程等现代生物工程技术日臻成熟，培育综合性状更优的农业新品种，研制绿色高效的农业投入品，集成农业的生产、生活和生态功能，从而实现农业可持续发展。随着现代生物技术与传统农业深度融合，农业生物技术产业化程度不断提高，逐步形成了生物技术赋能传统农业的新模式——生物农业(图1)。

图1  生物农业的内涵与外延

从世界范围看，各国政府纷纷将农业生物技术纳入优先支持的技术领域，相继出台政策法规，加大创新投入，抢占生物农业这个国际农业竞争的制高点。近年来，生物农业已成为欧美等发达国家和地区新的经济增长点，在提高农业产业效率与效益、保护资源环境、减缓气候变化影响等方面效益显著。

2022年5月10日，国家发改委印发《“十四五”生物经济发展规划》，明确提出将生物农业作为优先发展的四大重点领域之一。其中，生物育种、生物肥料、生物饲料和生物农药是当前和未来一段时期内的主要聚焦方向，更好地保障粮食等重要农产品生产供给，适应日益多元化的食物消费需求。

本文综述了生物农业前沿技术在农业新品种创制、生物肥料研制、饲料开发和农药研发等方面的研究进展和应用现状，总结生物农业发展面临的五大挑战，并提出相应的对策和建议。

1  生物育种

生物育种主要指运用遗传学、细胞生物学和现代生物技术等手段来培育新的生物品种。在广泛意义上，生物育种包括杂交、分子标记、全基因组选择、基因编辑和转基因等多种育种技术，适用于植物、微生物和动物等不同生物类别的育种工作。在我国生物技术监管体系下，生物育种主要是指通过转基因、基因编辑、RNA干扰、合成生物学等生物工程技术进行新品种创制。

当前，世界各国都在加大力度开展基因遗传多样性的研究和开发利用，发展新型生物育种技术。随着育种技术的不断发展，我国已培育出逾七万个新品种，经历六至七轮大规模的品种更迭，已实现96%以上的优良品种覆盖率，良种对作物单产贡献率达到40%以上，有效支撑粮食产量与质量稳步提升，对国家粮食安全作出了巨大贡献。生物育种是现代农业的“芯片”技术，也是解决我国种业“卡脖子”问题的核心技术。

近年来，具有显著育种应用潜力的基因克隆及其功能解析实现了关键突破，这对提升作物产量、抗性、品质等具有重要价值，同时也为解决全球粮食安全和农业可持续发展的挑战提供了新策略和途径。

在水稻方面，水稻高温抗性研究取得重大进展。高温感受器TT3.1、叶绿体蛋白TT3.2以及抗高温基因TT2被发现，揭示了钙信号-蜡质代谢在高温抗性中的作用，为水稻应对气候变暖提供了理论基础和育种资源。GRF4、DELLA和NGR5基因被发现，同时揭示了其在水稻生长和氮代谢中的协同调控机制，这对提高氮肥利用效率和维持有利性状具有重要意义。在小麦方面，研究人员先后成功克隆了来自长穗偃麦草的主要抗赤霉病基因Fhb7和导致条锈病感染的易感基因TaPsIPK1，显著提高了小麦对赤霉病、茎基腐病和条锈病的抗性，为小麦抗病育种提供了新思路。在玉米方面，研究发现玉米KRN2和水稻OsKRN2基因受到趋同选择，可以调控玉米和水稻的产量。关于玉米基因Thp9-T的研究表明，该基因能够提高玉米种子的蛋白质含量和氮素利用效率，这些发现为增加作物产量和提高育种效率提供了重要基础。在大豆方面，通过超表达AtVDE、AtPsbS和AtZEP三个关键基因，提高了大豆的光合效率和产量，两年的田间试验表明，大豆产量平均增加了24.5%，最高增幅达33%。在棉花方面，纤维品质改良取得重大突破，利用先进测序技术提高了草棉、亚洲棉和陆地棉基因组的准确性和完整度，并鉴定了KCS6等关键基因，发现其可显著提升陆地棉纤维长度，为棉花育种提供了新靶标，从而有望提升纤维的质量和产量。

在重要基因克隆与解析的基础上，复杂性状的精细调控机理解析研究逐步深入。水稻ROD1基因精细调控免疫反应机制得到深入研究。ROD1是一种钙离子感受器，通过识别钙离子信号来启动免疫反应抑制，其活性受到E3泛素连接酶RIP1和APIP6的调控，ROD1对水稻生长发育尤其是穗原基的发育具有重大意义。稻瘟病菌通过分泌效应蛋白AvrPiz-t模拟ROD1的功能，操控水稻的免疫抑制系统。该研究不仅揭示了水稻中关键免疫抑制信号通路的调控机制，而且为培育更加稳定、抗病性更强的水稻品种提供了新思路。水稻茎秆伸长过程中的激素生物合成和信号传递机制得以揭示。研究发现，两个关键因子ACE1和DEC1与赤霉素共同作用，对水稻节间生长进行拮抗调节。该发现对理解水稻乃至禾本科植物茎秆伸长的调控机制具有重要意义，为水稻株高的遗传调控提供了新的视角。

种质资源的特性鉴定对识别重要性状的潜在来源至关重要，为提高农作物的遗传潜力提供了关键信息和方法。通过对1 844份核心谷子种质资源进行分析，创建了首个狗尾草属基因组变异图谱，并构建了首个杂粮和C4作物高质量基因组。基于对560个大豆品种的群体结构分析，识别出13个成熟度群体。在棉花方面，通过对陆地棉种质资源的深入研究，揭示了亚基因组同源基因在纤维品质改良中的潜力，提出了基于基因组模块化的优质棉设计育种构想。高粱自古以来是酿造业重要原料，通过对244个中国高粱品种的重新测序，将其分为北方群、南方群和赤水群三个遗传群体，并确定了一个重要的选择性清除区域，其中包含与粒大小、果皮厚度和花序结构相关的同源基因。

近年来，基因编辑技术在作物改良方面的应用取得了显著成就，这主要得益于CRISPR/Cas等先进的基因编辑工具的不断优化，这些技术的运用极大地提高了作物的抗病和耐逆能力。通过克隆一种广谱抗病类病斑突变体基因RBL1，创造一个新基因RBL1Δ12，可显著提高水稻对多种病害的抵抗力。利用基因编辑技术敲除AT1基因，可提高盐碱土壤小麦的存活率。Yu等提出一种快速从头驯化异源四倍体野生稻的新策略，旨在培育新型多倍体水稻作物，提高粮食产量和环境适应性。在异源四倍体水稻参考基因组组装基础上，通过基因编辑获得降低落粒性、缩短芒长、降低株高等性状改良的材料。

全基因组选择是一种利用全基因组数据进行育种选择的方法，通过评估整个基因组的遗传标记来预测作物的表型特征并加速育种进程。近年来，相关研究首次全面揭示了亚洲栽培稻的基因功能单倍型(gene function haplotype，gcHap)的自然变异特征，并探讨了全基因组选择的应用。此外，利用植物海量多组学数据进行全基因组预测的深度学习方法(deep neural network for genomic prediction，DNNGP)可高效整合作物大数据并在育种中进行应用。这些方法不仅加速了作物遗传研究的进程，还可提高作物表型预测的精度，为智能设计育种提供有效工具。

合成生物学主要聚焦于创造新的生物合成路径和功能。通过设计和构建新的基因网络，可以在作物中引入新的性状或改良现有性状。例如，利用合成生物学技术创建的一种高光效水稻新品种，通过在水稻叶绿体中引入四个酶，创造了类似C4植物的CO₂浓缩机制，显著提高了水稻的光合效率、生物量和产量。

人工智能(artificial intelligence，AI)正逐渐应用于作物育种领域。AI可以分析大量的遗传和环境数据，有助于预测作物性状、优化育种策略和管理农田。基于新创建的综合水稻数量性状核苷酸(quantitative trait nucleotide，QTN)图谱及推断QTN效应，研究人员开发了一个名为RiceNavi的基因组导航系统，可用于QTN聚合和育种路线的优化，目前已成功应用于优质籼稻品种的遗传改良。CropGPT是一种结合GPT(generative pre-trained transformers)和NLP(natural language processing)技术的智能育种方法。该方法依赖于跨学科团队合作，包括育种家、生物学家、数学家和计算机科学家，涉及从优质种质资源的选择到利用高通量技术分析基因型和表型，再到通过大数据模型进行育种优化建议，其目的是通过迭代优化和数据整合，提高育种预测的准确性，从而强化智能育种能力。

综上，生物育种技术的工程化应用为作物改良提供了更多可能，这有助于满足全球不断增长的食品需求，增加农业的可持续性，减少环境影响，从而对粮食安全和全球农业产生深远影响。

2  生物肥料

生物肥料是以活性微生物为核心制成的菌剂，是一种辅助性、对作物有特定肥效和环境友好型的肥料。在全球气候变暖、粮食危机以及自然资源枯竭等大背景下，生物肥料因其绿色环保、肥效高等优势在农业生产中得以广泛应用。近二十年来，对于生物肥料的研究主要集中在微生物菌种、微生物与植物生长等方面，其中，国外更关注微生物肥料作用机制以及农业可持续发展的相关研究，而我国近年来更关注农作物产量和微生物肥料应用方面的研究。

核心菌种资源的规模化挖掘和评价是生物肥料生产的核心内容，该过程涉及从土壤或其他生物资源中分离有益微生物，鉴定并评估其功能、生态学特性及其对植物健康的影响。随着相关研究的不断发展，我国发现的菌种资源持续增多，生物肥料的种类也越来越多。目前，我国农业农村部登记的菌剂类微生物肥料产品共有9种：硅酸盐菌剂、有机物料腐熟剂、溶磷菌剂、菌根菌剂、土壤修复菌剂、光合菌剂、微生物菌剂、固氮菌剂和根瘤菌剂。根据农业农村部统计数据，我国微生物肥料产品累计登记数量从2007年的149个增长至2022年的9 990余个，相关产品的有效菌种由单一型向复合多效型过渡。此外，我国微生物肥料产量已达到3 000万吨/年，年总产值约400亿元。微生物肥料菌剂在我国各省份均有应用，其中以华中地区最多，华北、西北地区次之，东北、华南地区较少。微生物肥料已经应用到30多种主要农作物的生产环节，累积应用面积超过3 300万公顷，其中，禾谷类农作物应用的量最多，其次是纤维类和油料类。

我国高效菌种资源较为匮乏，亟需加强菌种资源的挖掘工作。目前针对菌种资源的系统性研究较少，虽然菌种数量不断丰富，但也存在质量良莠不齐的问题，尤其是缺乏某些特定功能的高效菌种资源，如高效溶解土壤中难溶磷、提高磷肥利用率的特性溶磷菌菌种，高效固氮且耐氮胁迫的联合固氮菌菌种，高效活化土壤难溶钾、提高钾肥利用效率的解钾菌菌种等。

随着原位培养、细胞分选、单细胞测序、微流控培养等为代表的新型培养技术逐步成熟，多种“非定向”“定向”相结合的“未/难培养微生物”分离技术与方法为发掘新的农业微生物资源创造了技术条件，也为获取优良菌种提供了基础。原位培养技术可以模拟微生物的天然生长条件，在原始环境中直接培养微生物，有助于捕获在传统培养条件下较难获取的微生物菌株。微流控培养技术可以利用微小通道和微结构控制微生物的生长环境，对微生物单个细胞精细控制和观察，进而精确筛选、分离和培养目标微生物。细胞分选技术通过分选和分离微生物群体中的单个细胞，对特定细胞类型或菌株开展个性化研究，进而鉴定和分类在生物肥料生产中具有潜在应用价值的重要微生物。单细胞测序技术可以解析单个微生物细胞的基因组信息和功能，揭示微生物群体中不同细胞的遗传多样性和代谢潜能，有助于确定在生物肥料生产中有用的特定菌株或者代谢途径。此外，纳米技术在生物肥料生产中的应用减少了养分损失，提高了养分利用率。这些新型培养技术的发展和应用有助于在生物肥料生产中发现、培育和利用潜在的有益微生物菌株，为生物肥料的创新和优化提供了更为持续和高效的路径。

微生物是生物肥料发挥肥效的核心，解析其生理状态的影响机制对创制新型多功能生物肥料、发挥生物肥料功效和潜能具有重要意义。生物肥料可以直接为作物提供营养物质，也可以通过微生物和植物的结合产生酶、作物激素等调节作物生长。例如，生物肥料中有益微生物的代谢可以为作物持续提供生长所需的养分；生物肥料中微生物的繁殖可以促进土壤中有机残体与腐殖质的转换，进而有效改善土壤结构。此外，微生物代谢也可以诱导植物的光合能力与组织间物质运输能力，从而促进作物生长。解析微生物生理状态的影响机制，明晰微生物的作用及其应用条件，是生产多功能生物肥料的基础。例如，先正达集团中国依托国家级科研平台，以微生物菌剂为载体，打通“生物肥料-土壤健康-养分高效”之间的互作效应，形成了农用微生物菌剂、生物复合肥、生物有机无机肥、生物有机肥、微生物土壤改良产品等五大系列产品。

3  生物饲料

我国是畜禽养殖和饲料生产大国，2021年饲料产量达2.93亿吨。开发新型、健康生态饲料一直是畜牧业可持续发展的重点，也是学术界的研究热点。近年来，以基因工程、发酵工程和酶工程为代表的现代生物技术在饲料开发领域得到了广泛应用。生物饲料不仅具有绿色、安全的特点，还具有更高的营养价值，有利于经济高效、高回报的养殖，具有广阔的发展前景。此外，生物饲料在解决食品安全、饲料资源短缺及环境污染等问题上也将发挥重要作用。微生物制剂、酶制剂、饲用氨基酸、发酵类生物饲料等在促进营养吸收转化、提高饲料使用率、适口性、代替部分抗生素的功能、拓宽蛋白饲料来源等方面得到了学界、业界和养殖户的普遍认可。

生物饲料技术主要通过研究畜禽胃肠道微生态环境和生产环境的作用，开发能够调节肠道菌群结构的生物饲料添加剂。在生物饲料中引入有益菌群，如益生菌和益生元，优化肠道微生物组成，增强对抗有害微生物的能力，从而提高畜禽的健康水平。以往的研究大多集中在探索不同菌株的效益机理。其中，乳酸菌是青贮饲料保藏中主要使用的益生菌，能够刺激畜禽胃肠道消化酶、有机酸、维生素等生物活性物质的分泌，促进有益菌定植，抑制腐败微生物增殖，维持肠道平衡微生态。乳酸菌可以通过产生大量乳酸和乙酸有效降低肠道酸碱度，促进肠绒毛的生长，扩大小肠的吸收面积，并通过竞争性抑制和黏附物质的产生来强化肠道屏障。

生物饲料中的活性成分还能够提高畜禽的免疫功能。研究表明，益生菌通过促进幼稚T细胞分化参与免疫调节反应，增强宿主的免疫功能。饲料发酵后，可以有效增加饲料中有益微生物的数量，减少肠道细菌(如大肠菌群和沙门氏菌)定植，改善畜禽肠道微生物生态系统。作为非特异性免疫调节剂，发酵饲料中的益生菌和代谢活性物质能刺激畜禽肠道免疫器官的发育，激活肠道免疫机制，提高动物机体的细胞免疫和体液免疫能力，减少疾病的发生。

通过深入研究生物饲料对免疫细胞的影响机制，开发能够增强畜禽免疫系统的生物饲料配方，可提高其对疾病的抵抗力。生物饲料代谢产生的蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、植酸酶、水溶性维生素、氨基酸以及各种促生长因子等可以促进牲畜、禽类生长发育达到最佳状态。此外，生物发酵饲料可以在畜禽肠道内建立致密的微生物屏障，有效阻止有害物质和废物的吸收。例如，使用枯草芽孢杆菌和屎肠球菌对玉米-豆粕混合饲料进行两阶段发酵能够提高猪对饲料的消化率，高浓度乳酸的发酵饲料可以防止病原菌(如肠杆菌科)沿仔猪胃肠道增殖。

生物饲料的技术创新主要包括酶制剂和活性肽两方面内容。通过研究不同类型的酶在畜禽消化道内的作用机制，开发高效的酶制剂，从而促进饲料中难以消化的成分的降解。发达国家基本实现了主要饲用氨基酸和酶制剂基因工程化技术，我国也已形成生物催化与微生物转化的科研开发群体。据中国生物发酵产业协会统计，2014年我国酶制剂商品产量21.9万吨，产值28亿元。酶制剂的应用在生物饲料领域至关重要。复合酶制剂中的蛋白酶、淀粉酶、β-葡聚酶、纤维素酶、果胶酶等，能够补充动物机体内源性酶的不足，并且起到促生长、助消化、增免疫等功效。复合酶制剂还能够提升动物蛋白质消化率，减少氮元素以氨气的形式排出体外，减少肉牛粪便中的重金属含量，进而减少环境污染和产业链碳足迹。

对于生物活性肽的研究集中在发掘活性肽对畜禽生长、免疫和抗病能力的影响机制。日粮中添加抗菌肽可以改善仔猪的生长性能、营养维持、肠道形态和免疫力，同时还能够减少动物体内的有害微生物。例如，菌丝素衍生肽NZ2114和MP1102可以有效杀灭猪链球菌。这种技术创新有望为生物饲料的配方提供新的思路，从而改善畜禽生产的可持续性和经济效益。

以酶工程技术为核心的合成生物学、代谢工程等现代生物技术应用于生物饲料领域，可以提高饲料粮消化利用率、增加适口性、减抗，去除有毒有害物质。同时，生物酶可将工业农业副产物、废弃物高效转化与利用，既可以变废为宝提高资源利用效率，又能减少环境污染与碳排放。生物饲料的应用有望弥补我国50%以上的饲料缺口，长远来看可有效缓解人畜争粮及动物产品安全等问题。

4  生物农药

近年来，随着国家对农业病虫害绿色防控的重视和人们对饮食、环境安全的关注日益提升，生物农药以其高效、低毒、安全、环保等优势成为农业绿色发展和生态文明建设的新兴产物。目前，生物农药主要包括生物化学农药、植物源农药、微生物源农药、天敌生物扩繁与利用等。生物农药的开发及利用对我国粮食安全、食品安全、环境保护、建设生态文明和大健康中国等具有重要意义。

生物化学农药利用生物化学手段干扰或影响害虫、杂草或病原体的生理过程，从而实现防治的目的。目前，我国应用较多的生物化学农药包括化学信息物质、昆虫生长调节剂、昆虫拮抗剂、植物生长调节剂和其他生物化学农药等。这些生物化学农药可以是天然来源或化学合成，但都对靶标生物无直接致死作用。昆虫信息素生物防治技术利用昆虫信息素干扰、影响昆虫个体间通讯，是一种以诱捕或扰乱害虫交配为目的的绿色防控技术，主要包括性信息素、聚集信息素、报警信息素及昆虫源利它素等。昆虫生长调节剂主要通过模拟或干扰昆虫内分泌系统，干扰其生长和发育过程，导致生理功能障碍，最终导致昆虫死亡或无法正常繁殖，如昆虫蛹化激素类、昆虫蜕皮激素类、几丁质合成抑制剂等。昆虫拮抗剂通过阻断害虫神经传导，导致神经麻痹、瘫痪，最终死亡，主要包括机磷拮抗剂、拟除虫菊酯等。植物生长调节剂是植物激素类似的小分子物质，当其进入植物体后发挥与植物激素相似的化学性质，如生长发育调控、株型调整、根茎膨大、植物性别分化诱控、抗逆性提升、产量增加和品质提高等，包括赤霉素酸、芸苔素内酯、萘乙酸、氨基寡糖等。可见，生物化学农药与传统有机合成化学农药不同，它是通过调节或干扰植物或害虫的生长、繁殖和行为，而非毒性的机理，从而达到施药目的。生物化学农药同样具有选择性强，对人、畜、农作物和自然环境安全的特点。

植物通过不同代谢方式合成大量化学结构多样且具有独特机理的次生代谢活性物质，将这些物质直接应用或以其为先导化合物进行修饰制成植物源农药，可以进行杀虫、杀菌或除草。与传统化学农药相比，植物源农药是新型高效、无残留、无公害的“绿色农药”，其特点包括：有效成分为天然物质，施用后较易分解，环境影响小；主要成分多元化，不易产生抗药性；对有益生物安全；可以大量种植，开发成本较低[。植物的次生代谢物超过40万种，目前发现木脂素类、生物碱、黄酮、萜烯类等次生代谢产物均有植物源农药的生理活性。我国目前登记的植物源农药涉及的有效成分共24种，登记总数达到227种，包括苦参碱、藜芦碱、除虫菊素、苦皮藤素、藜芦碱、印楝素、苦参碱、丁香酚、香芹酚、儿茶素等。其中，苦参碱登记产品数量最大，达到115个(可作为杀虫剂和杀菌剂)，其次是印楝素(27个)、鱼藤酮(23个)、蛇床子素(17个，可作为杀虫剂和杀菌剂)。植物源农药活性成分的提取和利用是一项综合性工作，涉及植物学、化学、生物学和农业科学等多个领域，通过有效提取和利用植物资源中的活性成分，可以发展更加环保和可持续的农业防治方法，减少对化学农药的依赖，促进农业生产的可持续发展。

在农业生产中，微生物及其次生代谢物主要用于防治植物病虫害或调控植物生长发育。迄今为止，已经分离鉴定出100多种苏云金芽孢杆菌菌株，主要用于防治鳞翅目、双翅目和鞘翅目幼虫，占据了全球生物农药市场的70%。苏云金芽孢杆菌产物Bt蛋白的编码基因已成功转移到不同的作物并取得了显著经济效益。Bt蛋白主要通过Cry蛋白在昆虫细胞膜上形成孔洞或引发细胞死亡。近年来，越来越多具有潜在应用价值的微生物农药被发现，如黄蓝状菌(Talaromyces flavus)对多种炭疽病表现出强力抑制作用；苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis)通过同时激活水杨酸、茉莉酸和乙烯信号通路诱导植物的系统反应，调控甘蓝型油菜菌核病。微生物次生代谢产物，如肽类、嗜铁素、几丁质酶、淀粉酶、蛋白酶、多酚、黄酮等也被应用于植物病害防治。此外，已分离得到的病毒种类超过700种，主要用于防治鳞翅目、膜翅目、鞘翅目、双翅目和直翅目。其中，核多角体病毒和颗粒体病毒被广泛应用于蔬菜和大田作物的防治，取得了良好效果。这些微生物及其代谢产物通过直接拮抗、次级代谢产物的产生和诱导宿主植物抗性等起到生物防治的效果。未来，还需要在该领域进一步探索，研究将微生物与化合物结合使用，以获得更好、更长久的生物防治效果。

天敌生物的扩繁和利用是生物农药防治研究的重点，其原理是利用自然界中已存在的天敌生物来控制害虫的数量，从而减少对农作物和生态系统的损害。与化学农药防治相比，天敌生物防治不仅绿色环保，还能够提高农产品的质量和安全性。

天敌生物的扩繁是通过研究天敌的生态习性和繁殖规律，培育和增殖农田和生态系统中天敌种群的数量，以达到有效持续地控制害虫、病害的目的。促进天敌扩繁的方法包括：保护和改善栖息地，维护生态系统的稳定性；采用综合的农业管理方法，为天敌生物提供更适宜的环境；引入和释放天敌生物；为天敌生物提供丰富的食物资源；定期监测天敌生物和害虫的数量和分布，了解天敌生物与害虫之间的相互作用。通过综合利用这些方法促进天敌生物的扩繁，提高其在生态系统中的效果，从而实现对害虫的自然生物防治。

天敌生物的利用需建立在对农业生态系统深入了解的基础上。根据目标害虫的生活史和行为习性，确定最适合用于控制特定害虫的天敌生物。目前，我国农业农村部农药检定所登记的天敌生物仅有2个，均为松毛虫赤眼蜂(Trichogramma dendrolimimatsumura)，主要用于防治鳞翅目类害虫。此外，其他天敌生物在田间已经有广泛的示范应用。例如，利用异色瓢虫(Harmonia axyridis)有效控制蚜虫、叶螨等；利用丽蚜小蜂(Encarsia formosaGahan)有效防治设施番茄烟粉虱；利用智利小植绥螨(Phytoseiulus persimilis)持续有效防治大棚菜豆上的二斑叶螨。

农用抗生素主要是微生物发酵产生的次生代谢产物。作为农用杀菌剂的重要组成部分，抗生素的使用虽然有助于提高农产品的质量，但也引发了一系列安全风险，包括抗生素残留、耐药性和环境污染等问题。因此，实施科学合理的安全风险控制措施对于维护食品安全和生态平衡至关重要。首先，合理使用农用抗生素是安全风险控制的核心。使用者应当遵循农业主管部门发布的抗生素使用规范，选择合适的抗生素种类、剂量和施用方式，避免滥用和过量使用，从而减少抗生素在农产品中的残留水平。其次，建立健全监测、检测、管理体系是确保农产品安全的关键。定期检测农产品中的抗生素残留水平，并及时公布监测结果。对于超标产品，需要源头追踪，并采取相应的处理措施，以确保农产品符合卫生标准。此外，探索替代品也是一个重要方向，如利用植物提取物、益生菌减少对抗生素使用的依赖，降低抗生素安全风险。农用抗生素的安全风险控制需要各方通力合作，包括农业从业者、监管部门、科研机构等，通过综合运用、合理使用，以及监测、检测、管理、科技创新等手段，从而更好地保障食品安全，减缓抗生素耐药性的发展，并为农业的可持续发展提供支撑。

5  挑战与展望

随着生物农业研究与实践的深入，农业生物技术的发展与应用在新一轮技术革命和产业变革中将面临更为复杂的创新环境，需要加强顶层设计、应对风险和挑战(图2)。

图2  未来生物农业展望

早在二十世纪初，生物技术就被认为即将取代信息技术成为引领新科技革命、推动经济社会发展的主要力量。随着干细胞技术、合成生物学等技术的发展与广泛应用，生物农业在保障粮食安全、生命安全与生态安全等方面不断拓展边界。首先，利用植物抗旱、耐盐、养分的高效利用等特性，结合与微生物互作的研究成果，提高沙漠地区、盐碱地等的生产力，同时防止耕地与草地退化。其次，集成植物组织培养、干细胞技术、合成生物学等技术体系可实现濒危生物保护，丰富生物多样性。第三，各种功能性微生物制剂被广泛用于养殖环境改善和污染治理，如粪污处理菌剂(芽孢杆菌、霉菌、纤维素降解菌等)、水产养殖水质调节菌剂(光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌等)等。

相较于信息技术与工业技术，生物技术的通用性更强。基因组测序、基因编辑、干细胞技术等均可应用于植物、动物甚至人类。跨物种的基础研究、平台建设与产品开发可提高整个生物农业板块创新效率。例如，在数量遗传学等领域，打通现有作物间甚至植物和动物间的相关共性理论研究的交流，以基因编辑、全基因组选择和液相芯片检测等为抓手，发展跨作物的分子育种方法。

1999年，美国学者杰里米·里夫金在其著作《生物技术世纪》中提出，二十世纪信息科学和生命科学将结束过去四十年中各自发展并无交集的局面，逐渐交融成一支引领技术变革和经济发展的强劲力量，成为生物技术时代的基石。近年来，信息技术和生物技术的深度融合在农业领域的应用创造了生物农业的重要增长点。未来农业生物技术将进一步在大数据科学的基础上，与人工智能、仿生技术等新技术结合，并将脑机结合、人机混合、生物融合等交叉科学取得的重大突破应用于农业可持续发展，提高农业信息化、电气化、生物化、智能化水平，改善人类生活质量。

世界主要发达国家早在二十世纪就对生物农业基础研究和核心技术领域进行了系统性、前瞻性布局。1985年，美国率先制定了“人类基因组计划”，并于2003年成立了生物技术与21世纪农业咨询委员会(Advisory Committee on Biotechnology & 21st Century Agriculture，AC21)，负责生物技术对粮食-农业系统的影响并为生物技术在农业领域的应用提供对策建议。近年来，美国投向生物与医药技术的研发投资接近美国联邦政府民用科技经费的一半。德国政府将2001年命名为“生命科学年”，欧盟、日本均针对生物技术出台专门行动计划，并将生物农业列为优先发展的重要产业。这成为发达国家摆脱后金融危机时期经济低迷的重要抓手，特别是新冠疫情暴发以来，众多社会资本也转向生物技术的开发与应用。与信息产业等相比，生物农业产业垄断性差，为广大发展中国家提供了一个突破“卡脖子”困境的可能，这给该领域的国际竞争带来更多可能性。

随着生物技术在推动人类发展进程中的作用日益突出，生物安全逐渐成为国家安全的重要组成部分。2018年美国发布《国家生物防御战略》，明确提出美国面临的最大威胁是生物威胁。重大传染病疫情等事件也促使众多国家把保障生物安全调整为国家安全的重点。首先要保护生物资源，生物农业发展的基础是包括基因在内的生物资源，生物农业的发展潜力在很大程度上也取决于生物资源的开发和利用程度。因此，保护基因多样性以及生物多样性是生物农业科技创新与产业发展的重要保障。其次，要加强实验室生物安全防护。通过硬件设施建设、人员培训等方式加强高等级生物安全实验室运行和维护管理，防止实验室泄露等操作引发生物安全问题。第三，要优化技术应用监管体系。合理规范生物技术用途，在稳步推进生物育种产业化进程的同时，防止合成生物学等技术被用于合成危险生物，从制度上减少生物安全的风险和威胁。