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生物技术及材料如何重构粮食、水资源及本土供应链生态健康？

来源：泰然健康网时间：2024年12月01日 21:11

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知耕研选

知耕研选旨在以研究分析的模式追踪生物科技领域国内外趋势见解，为大家呈现不同行业背景、现状、挑战及未来发展趋势，以期给生物科技生态圈伙伴打开创新视角。

生物技术及材料作为一种创新型碳减排策略能有效应对温室气体排放，减缓全球气候变暖，同时也能适应极端环境变化。

2023年，气候科学家发现全球气候系统正接近大规模、突发性及不可逆转的临界点，并朝着不稳定状态转变：南极洲冰层的覆盖面积正在以极快的速度缩小、全球海洋温度也达到了有史以来最高水平、英国及周边国家遭遇极端高温热浪致上千人死亡......6月23日迈阿密大学气候研究员Brian McNoldy发布相关研究，发现2023年每月海面平均温度比1856年以来每30年的海面温度差距愈发大。若以该加速度增长，到2024年平均温度可能比工业化前的平均温度高1.5摄氏度，这意味着全球气候将变得更恶劣。

生物技术如何保障全球粮食安全

能源和气候部门发现：2022年，由于气候变化的影响，英国普通家庭的食品购物成本增加了170英镑，主要原因是西班牙、印度等主要农产品出口国遭遇极端干旱气候，气候变化给粮食生产带来越来越大的压力。气候变化已严重威胁到粮食系统的安全性，生物企业如何采取新方案应对气候问题？生物技术无疑是一个重要手段。

生物技术开发人员在农业技术方面的核心任务是帮助农民减少农业投入和土地破坏并生产更多农产品。参考目前农作物增长趋势，到2050年全球将会出现40-70%的粮食供应缺口，需要更多粮食以满足人类食品生活需求，同时生物基产品的原料占比将越来越大。如何获取更多粮食？一方面，通过大量种植土地获得更多粮食作物，会影响授粉昆虫的数量，进一步破坏自然系统；另一方面，通过在土壤中施用大量化肥，会增加碳排放，长期以往更会破坏土壤肥力，也无法解决气候环境问题。这些方法都存在或多或少的弊端。

目前，行业已经通过生物创新技术开发能维持土壤中氮元素含量的微生物菌株，为作物提供生长所需的氮元素，并避免向土壤中额外施用化肥。当作物成熟并收获后，土壤中会失去大量氮元素，通过向土壤中注入氮元素可以补充下一轮种植的氮元素损失。生物固氮过程具有更高的可持续性，该过程使用能够从空气中吸收氮并将其递送到作物根部的微生物。

加利福尼亚初创企业BioConsortia已获得5200万美元融资。公司专注于天然微生物产品研发，通过基因编辑等技术对微生物菌株进行改造，创制了形成孢子且能固氮的微生物菌株，这些微生物菌株会定居在作物根系中，并从大气中获取氮元素为作物提供营养。同时，BioConsortia的微生物可以作为涂层被涂覆在种子上，只有在检测到植物根部后才会开始发挥作用，将大气中的氮转化为植物营养成分。公司产品线主要包括微生物固氮、生物农药、生物刺激素等。现有的微生物土壤调节剂需要使用活性微生物，而BioConsortia的微生物产品在包装中能处于休眠状态，在运输过程中能保持产品的稳定性并延长产品货架期，降低成本，使其更具商业可行性。

BioConsortia在2022年进行田间试验，将氮肥使用量减少50%并施用其微生物固氮产品，小麦的产量仍旧保持稳定，土豆、辣椒和生菜的产量也有所提高。2023年，BioConsortia将在各种作物和产品上进行300多次田间试验，并将于2024年推出该款产品。

利用生物基材料解决淡水安全性问题

淡水是全球重要的战略资源，全球有一半人口地区面临缺水问题，包括洛杉矶、莫斯科、拉合尔德里、班加罗尔和北京等地区，这些地区的农业用水量占比较大，很大程度限制了家庭用水量。

从水质安全角度，发达国家往往认为自来水是安全无危害的。然而，2022年，科学家们关注到一些欧洲自来水样本中含有有害的永久化学物质。这些永久化学物质大约有4700种，已经在制造行业中使用了60多年，并且已进入环境系统中对传统净化技术具有很强的抵抗性。

来源：Aquaporin官网

丹麦水资源解决方案初创Aquaporin正在开发用于替代传统水处理方法的生物技术。传统水处理技术是通过合成膜过滤废水，而该公司建造的过滤器含有蛋白质-水通道蛋白*(aquaporins)，可以过滤生物体中的水。Aquaporin的净水装置能够比传统装置更快地从废水中生产饮用水，速度可以提高50%。

*水通道蛋白（Aquaporin），又名水孔蛋白，是一种位于细胞膜上的蛋白质（内在膜蛋白），在细胞膜上组成“孔道”，可控制水在细胞的进出，就像是“细胞的水泵”一样。

伦敦帝国理工学院孵化企业Puraffinity专注于为环境应用设计智能材料，公司已经开发出一种生物基吸附剂，能够捕获去除水中的一些永久化学物质——全氟/多氟烷基物质（PFAS），公司除了提供工业废水等环境问题解决方案外，其技术还可以大规模处理饮用水。

欧盟建议建设生物基新材料本土供应链

在疫情及经济压力下，欧盟更加重视建立医药、商品、工业原材料等必需品的本土供应链，而利用可循环及生物基材料创建更具本土化和弹性的供应链是实现这一目标的关键途径。通过直接从工业和农业废弃物中提取大量原料可以显著减少对长途贸易原料（易受到气候影响）的依赖。

基于此，欧洲绿色协议制定了循环经济行动计划，帮助欧盟建设生物循环供应链。该计划重点关注通过有机材料提取废水中的矿物及营养元素等化合物，对这些分散在环境中的营养物质进行提取收集和再销售，来建设更循环的农业系统。

作为该领域的创新型企业代表，美国能源公司Gen3Bio开发基于微藻的特种化学品材料，并利用该技术净化废水。公司通过专利酶技术提取并收集废水中的所有糖、脂肪和蛋白质等物质，进一步将其转化为农业鱼类饲料及特种化学品等产品，同时为藻类处理提供了一种环境可持续的解决方案。

荷兰生物基创新企业Pâques Biomaterials于2023年在荷兰建立了一个示范工厂，利用微生物从废水中生产可降解生物材料Caleyda。Caleyda由天然微生物生产的PHA组成，产量可达到每天25公斤。这些微生物以废水中的化合物为食，同时化合物在微生物体内积聚形成聚羟基脂肪酸酯（PHA），积累量高达其细胞重量的90%，再将PHA制造为可生物降解聚合物。同时，Caleyda是一种天然材料，可以直接被土壤、淡水或海洋中的微生物分解，具有天然碳循环效应。

国际呼吁发展中国家的生物初创企业应推进债务减免和气候投资

工业革命的发展增加了全球90%的温室气体排放，其中最贫困地区遭受的影响最为严重。对于发展中国家而言，需要开发本土生物技术来应对气候经济转型。

印度有60%的人口从事农业，对其而言，在保障农作物产量的基础上使用低土壤投入和用水量，并建设一个能抵御气候变化的经济生态至关重要。目前，数千万印度农民主要依赖喜马拉雅冰川融化水来维持作物生长，但随着淡水资源的迅速减少，保湿技术将尤其重要。基于此背景，印度农业初创企业EF Polymer Private Limited开发了一种天然可生物降解的土壤保水聚合物，用于土壤调理。

在资源相对匮乏的生态系统中，通过高效低成本的微生物发酵平台也能有效推动生物经济的可持续发展。非洲的初创企业正在开发将废弃物转化为基本必需品的解决方案。Rwanda Bio Solution使用微生物技术生产有机肥料，与100多名农民合作将该产品引入田间。肯尼亚的Bio-Alkano gel产品是通过微生物发酵将水果皮和蛋壳等废弃物转化为可再生燃料，该产品广受全球关注。

然而，发展中国家初创企业往往缺乏资本助力，阻碍全球生态可持续发展。目前，国际社会逐渐呼吁并要求富裕国家解除财务限制，使发展中国家能够真正实施脱碳和气候适应。对于发展中国家而言，在全球气候变化的生态经济建设中，很难实现债务减免和气候投资。只有将数万亿美元的公共资金投入到较贫困地区，才能保障本土解决方案能实现生态可持续发展。

在气候适应方面，生物技术及材料可以在粮食安全、水污染修复以及本土供应链等关键领域发挥作用，在未来十年内，这些市场将迎来创新式爆发增长。

目前，全球气温比工业平均气温高出1.2摄氏度，远高于一万多年前。2015年《巴黎协定》表示要在本世纪末实现将温度上升区间控制在1.5摄氏度以内，但这个目标暂时无法实现。因此，在恶劣的环境局势下，政府和企业必须协同共进，利用生物技术及生物材料实现碳减排，降低气候影响，共建和谐美好的人类社会。

具体信息参考：

https://worldbiomarketinsights.com/bio-based-technologies-in-climate-adaptation-food-water-and-feedstock/

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