《科技导报》2025年第23期推出了“合成生物制造专题”。
生物制造作为实现绿色低碳和可持续发展的重要技术路径，正沿着“原料—技术—过程—产品”全产业链加速演进。《科技导报》邀请中国工程院院士、北京化工大学校长谭天伟作为特约主编，组织了“合成生物制造”专题，全面展示了合成生物制造在大分子药物合成、生物药分离纯化、食品生物制造、可再生能源、极端微生物代谢工程等领域的创新应用与实践进展，提出关键技术攻关方向，为未来生物制造的技术路线与产业发展提供参考。
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卷首语
生物制造：培育未来产业的战略引擎与创新实践
作者：谭天伟
作者信息：生物化工专家，中国工程院院士，现任北京化工大学校长。研究方向为能源与材料化学品的生物制造、工业酶催化、数字化细胞工厂的创新应用等。
摘要：凭借原料可再生、过程绿色化、产物可设计等优势，生物制造可辐射能源、化工、食品、医药等多个国民经济关键领域，有望形成“生物制造+”的新产业业态，成为破解中国传统制造业资源依赖高、碳排放强度大等结构性矛盾的核心抓手。
谭天伟. 生物制造：培育未来产业的战略引擎与创新实践[J]. 科技导报, 2025, 43(23): 1-2.
科技新闻
前沿动态
科技部启动学术不端论文专项整治并谋划长效机制
“十五五”将实施4项太空探源科学卫星计划
中国启动燃烧等离子体国际科学计划项目
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基于异质交联策略制备高灵敏、超长寿命人工肌肉
百年质粒“进化史”锁定耐药传播元凶
冰川也有“季节心跳”
鸽子内耳藏着“生物罗盘”，揭示不迷路秘密
突触“长时+短时”协同工作，兼顾大脑记忆与学习
卓越亮点
卤代污染物——氯溴氟“爬食物链”谁最快
室温无冷却直抵 104 mW，刷新强场太赫兹源世界纪录
深度报道
实验性疗法瞄准大脑“排水系统”
美国多州政府加码布局，推动AI专用算力普惠化
科技评论
解密生命全景图：人类表型组微观与整体的复杂关联及其机制解密
作者：刘晗1,2，丁国徽2*
1. 复旦大学人类表型组研究院
2. 上海国际人类表型组研究院
摘要：人类表型组研究是后基因组时代的战略制高点，开展国际人类表型组计划已成为国际学界共识。表型组学研究旨在通过跨尺度、多维度和贯穿全生命周期的精密表型测量，并对产生的大规模、多模态数据进行整合与系统性分析，从而揭示基因型−环境−表型之间以及不同尺度表型（如宏观表型与微观表型）之间的关联规律与互作机制。在精密测量与分析技术的推动下，表型组检测能力实现多维突破。国际人类表型组计划以“解析基因−表型−环境之间以及宏观−微观表型之间的关联与调控机制”为核心科学问题，其首要目标是绘制人类表型组参比图谱，为生命科学与生物医学构建新一代科研“导航图”。这一宏伟目标已获得国际科学界的普遍认同与积极响应。表型组研究范式正深刻推动人类健康机制研究，促进医疗保健模式从“以疾病为中心”向“以健康为中心”的变革。随着人类表型精密测量技术的快速发展与人工智能的深度融合，统一标识、数据治理及其共享生态建设，将成为未来表型组研究面临的关键挑战。
刘晗, 丁国徽. 解密生命全景图：人类表型组微观与整体的复杂关联及其机制解密[J]. 科技导报, 2025, 43(23): 17−23.
本刊专稿
中国生物制造关键技术进展与未来趋势
作者：云慧敏1,2,3，陈必强1,2,4*，谭天伟1,2,4*
1. 北京化工大学绿色生物制造全国重点实验室
2. 北京化工大学国家能源生物炼制研发中心
3. 北京化工大学经济管理学院
4. 北京化工大学生命科学与技术学院
摘要：生物制造作为实现绿色低碳和可持续发展的重要技术路径，正沿着“原料—技术—过程—产品”全产业链加速演进。首先，从原料端分析了传统粮食原料的局限性，重点介绍生物制造原料向非粮生物质拓展，高性能菌种及酶的开发向精准化、智能化演进，过程工程技术及核心装备向模块化、智能化迭代的最新进展，为构建安全、稳定的生物制造原料基础提供支撑。技术端系统梳理了基因编辑、代谢工程、计算设计、人工智能（AI）等底层工具在核心菌种、底盘细胞和工业酶精准设计中的应用，推动生物制造向高效化、模块化、智能化发展。在过程端，重点讨论智能细胞工厂、精准生物发酵、在线监测、数字孪生及智能装备国产化等关键技术的融合创新，加速实现由经验驱动向模型驱动与智能决策转型。在产品端，总结生物制造在医药、食品、化工、材料等领域的产业化进展及应用前景。最后，针对中国生物制造在菌种自主可控、高端装备依赖等方面的短板，提出关键技术攻关方向，为未来生物制造的技术路线与产业发展提供参考。
云慧敏, 陈必强, 谭天伟. 中国生物制造关键技术进展与未来趋势[J]. 科技导报, 2025, 43(23): 24−32.
特色专题：合成生物制造
医药合成生物制造
作者：汤晓玲1,2，高炬灿1，郑仁朝1,2，郑裕国1,2*
1. 浙江工业大学生物工程学院
2. 绿色化学合成与转化技术全国重点实验室
摘要：中国医药工业发展取得巨大进步，但也面临技术革新和产业升级的重大挑战。综述了合成生物制造技术体系，重点剖析了其以可再生原料、绿色工艺与原子经济性为核心的显著优势。在此基础上，详细阐述了合成生物制造在化学原料药、现代中药活性成分及蛋白、抗体等大分子药物合成中的创新应用与实践进展。尽管该领域前景广阔，但仍存在技术转化效率不足、跨学科协同壁垒及全链条整合度不高等关键问题。为此，应加强人工智能辅助的酶设计与代谢路径优化，并深化与材料、工程等学科的融合，以构建新一代生物制造技术平台。总之，合成生物制造是推动中国医药工业迈向更精准、高效、智能发展，构筑全球核心竞争力的关键引擎与必然路径。
汤晓玲, 高炬灿, 郑仁朝, 等. 医药合成生物制造[J]. 科技导报, 2025, 43(23): 33−39.
生物药制造先进分离介质与集成装备
作者：赵岚1,2，樊荣1,2，魏炜1,2,3*，马光辉1,2,3
1. 中国科学院过程工程研究所，生物药制备与递送全国重点实验室
2. 中国科学院大学化学工程学院
3. 中国科学院大学前沿交叉科学学院
摘要：生物药体系种类多且组成复杂、目标物含量低且结构多变，分离纯化是生物药制造的核心步骤和关键组成。首先阐述了生物药分离纯化领域的主要方法和现阶段面临的挑战。其次，论述了已上市分离介质和装备种类有限且国产化程度低，难以满足生物药高效制造等问题，介绍了新一代生物分离介质和高效生物分离装备取得的重点进展，包括粒径均一介质、超大孔介质、高载量介质、表面性质可控介质、混合模式介质、亲和介质和多孔膜介质等，还有连续流层析、抗污染膜组件、反应与分离耦合系统和分离与检测耦合系统等，以及相关质量标准的建立情况。最后，针对先进分离介质与集成装备的未来发展提出建议，即拓展分离机制，形成创新材料和装备集群，加强高效分离介质和装备与重大、前沿生物药之间的多重协同作用，重点攻克核心技术难点和产业链发展阻碍，从而确保实现生物药制造国产化、绿色化和智能化。
赵岚, 樊荣, 魏炜, 等. 生物药制造先进分离介质与集成装备[J]. 科技导报, 2025, 43(23): 40−51.
食品生物制造：从基础原料到配辅料的生产范式革新
作者：刘云翔，孙梦璐，王明海，陈瑞，张立慧*，黄和*
南京师范大学食品与制药工程学院，微生物改造技术全国重点实验室
摘要：在科技革命与产业变革深度融合的当下，食品生物制造正以合成生物学技术为引擎，通过基因精准编辑、人工智能（AI）辅助酶工程、智能发酵等前沿手段，重构食品工业的生产范式。综述了蛋白质、糖类、脂质等基础原料及食用色素、甜味剂、酸味剂等配辅料的生物制造进展，展示了微生物蛋白、人造淀粉、功能脂质等在提升生产效率、降低环境负担方面的潜力。如开发出多种新型替代蛋白，作为动物蛋白的潜在替代品；以微生物作为细胞工厂合成淀粉；利用可再生的非粮原料生产油脂。研究发现，当前食品生物制造仍面临技术瓶颈，如蛋白质质地与风味调控难、规模化生产成本高、安全性评价体系不完善等。建议加强 AI 菌株设计、开发高效固碳底盘、建立标准化营养与安全评价体系，以推动技术落地与产业升级。食品生物制造有望重构全球食品供应链，是实现绿色、高效、可持续食品体系的重要路径。
刘云翔, 孙梦璐, 王明海, 等. 食品生物制造：从基础原料到配辅料的生产范式革新[J]. 科技导报, 2025, 43(23): 52−60.
可再生能源驱动CO2生物转化利用： 技术融合与碳中和应用
作者：张艺格1,2，胡元森1*，王钦宏2
1. 河南工业大学生物工程学院
2. 中国科学院天津工业生物技术研究所，低碳合成工程生物学全国重点实验室
摘要：可再生能源驱动CO2生物转化利用是一种将清洁能源与生物技术相结合的新型碳中和技术，通过可再生能源（如光能、绿电）提供的能量，驱动微生物或酶催化系统将CO2转化为高附加值化学品、燃料、材料等，显示出巨大潜力。综述了光能、绿电（光伏、风能等）、地热能/生物质能等清洁能源驱动CO2的生物转化路径；梳理了自然−人工杂合、光电微生物耦合、微生物电合成、酶−电催化等关键技术的进展和重要案例。研究发现，尽管该领域在提高固碳效率和拓展产品多样性方面不断取得突破，但仍面临能量传递效率低、天然固碳途径局限、代谢网络调控复杂及产物产量低等核心挑战。综述表明，通过优化固碳途径和碳流导向，构建“可再生能源—碳转化—高值产品”可持续产业链，可实现CO2高值化学品的转化，协同推进降碳减污扩绿增长，推动碳中和的发展。建议未来研究应着力于高效生物−非生物界面的设计、动态代谢调控策略、低能耗且高经济性集成技术工艺创新等。
张艺格, 胡元森, 王钦宏. 可再生能源驱动 CO2 生物转化利用：技术融合与碳中和应用[J]. 科技导报, 2025, 43(23): 61−69.
基于极端微生物代谢工程与合成生物学的“下一代生物制造技术”
作者：陈江楠1，陈国强1,2,3,4,5*
1. 清华大学生命科学学院
2. 清华大学化学工程系
3. 清华大学合成与系统生物学中心
4. 清华北大生命中心
5. 绿色生物制造全国重点实验室
摘要：为实现“双碳”目标，工业生物制造需向绿色可持续转型。高耗水、高灭菌能耗及工艺不连续等瓶颈推动了以极端微生物（如盐单胞菌）为核心的下一代生物制造技术的发展，其免灭菌开放发酵特性可显著降低能耗与操作成本。综述了盐单胞菌作为核心底盘的应用价值与技术进展：通过开发特异性基因调控工具、优化基因编辑与高效进化方法、改造代谢途径及细胞形态等合成生物学手段，盐单胞菌已被成功工程化为高效底盘，能利用淀粉、纤维素、乙酸、餐厨废弃物等多种廉价废弃碳源，低成本合成可降解生物基塑料聚羟基脂肪酸酯（PHA）、高附加值小分子、氨基酸及蛋白质。未来需着力开发通用性更强的合成生物学工具，提升规模化发酵过程的稳定性，强化碳源预处理与工艺环节的整合度。 基于盐单胞菌的下一代生物制造技术，凭借“极端抗感染底盘+合成生物学工具+工艺简化”的综合优势，有效克服了传统制造的固有局限，其突出的经济效益与环境友好性为构建绿色可持续的生物制造体系和实现“双碳”目标提供了重要支撑。
陈江楠, 陈国强. 基于极端微生物代谢工程与合成生物学的“下一代生物制造技术”[J]. 科技导报, 2025, 43(23): 70−82.
研究论文
雪崩对高山森林生态系统的影响及其作用机制
作者：欧美香1，王岩2，郝建盛2，陈国庆2，拉珠1*
1. 西藏大学青藏高原生物多样性与生态环境保护教育部重点实验室
2. 中国科学院地理科学与资源研究所，陆地表层格局与模拟重点实验室
摘要：归纳了高山森林生态系统对雪崩的正−负响应过程和内在机制、气候变化对雪崩及其生态效应的影响。现有研究表明：（1） 雪崩既产生增加沉积区生物多样性、改善土壤条件等积极效应，也伴有路径区植被破坏、生物多样性下降等消极效应；（2） 气候变暖造成雪崩类型、频率和规模的改变显著影响森林生态系统结构和功能的稳定性，尤其是流动性和侵蚀力更强的湿雪崩更加盛行，导致水土流失加剧，植被恢复难度增加；（3） 气候变化下，高温胁迫推动森林向更高海拔迁移、雪崩频繁冲击导致高限林线下移的“上下夹击”之势，极大增加了雪崩频发区森林消失的风险，且将会严重削弱区域固碳能力，进一步加剧局部气候变暖，引发更多雪崩灾害。因此，植被通过改变生存和繁殖策略来适应频繁多变的雪崩环境。同时，亟需深入开展雪崩与生态系统互馈研究，通过筛选雪崩区优势物种基因、植树造林等人为干预方法，增加气候变化下雪崩区生态系统的韧性，减少雪崩灾害。
欧美香, 王岩, 郝建盛, 等. 雪崩对高山森林生态系统的影响及其作用机制[J]. 科技导报, 2025, 43(23): 83−90.
基于功能近红外光谱的神经反馈研究
作者：丁佳新1，武迪1，李德玉1，乔惠婷1，田一竹1，汪待发1，夏美云2*
1. 北京航空航天大学生物与医学工程学院
2. 北京航空航天大学杭州创新研究院（北京航空航天大学国际创新学院）医工交叉科创中心
摘要：功能近红外光谱神经反馈是一种新兴的无创脑功能调控技术。综述了 fNIRS 神经反馈在改善卒中后运动障碍、认知障碍及情绪障碍中的相关研究，研究表明，基于多模态和多感官反馈的运动想象神经反馈训练模式被开发用于卒中运动功能障碍患者；卒中后认知障碍的发生与卒中病变的特征（如大小或关键区域）、阿尔茨海默病病理和大脑可塑性密切相关；fNIRS 神经反馈用于情绪调节也已在不同人群中得到了验证。分析了 fNIRS 神经反馈用于卒中后康复训练的可行性、有效性，探讨了该领域发展存在的问题，最后总结了未来近红外神经反馈用于卒中后康复训练的研究趋势，建议未来的研究者对研究方案进行更加详实的报告，包括患者类型、神经反馈信号的反馈形式、呈现方式、呈现时间以及对照组的设计等。
丁佳新, 武迪, 李德玉, 等. 基于功能近红外光谱的神经反馈研究[J]. 科技导报, 2025, 43(23): 91−98.
政策建议
愿景分析在日本技术预见中的创新应用及启示
作者：张永伟1，周晓纪2，孙胜凯1，魏畅1*
1. 中国航天科技体系与创新研究院
2. 中国航天系统科学与工程研究院
摘要：随着技术预见活动不断从科技领域向经济、社会等综合领域拓展，愿景分析日益占据重要地位。日本技术预见活动中的愿景分析不断成熟，有必要对其进行深入研究以支撑中国技术预见活动的优化完善。从目标定位、组织过程、方法创新、具体愿景等方面对日本第 10、11 和 12 次技术预见活动开展愿景分析案例总结和对比研究。在剖析愿景分析的研究方法、实践要点和未来发展趋势基础上，研究提出持续深入开展未来社会愿景研究，发挥愿景在凝聚社会共识和驱动科技发展的作用；扩大技术预见参与主体范围，全方位提升不同利益相关者参与度；开展新兴技术的风险预见，多视角审视技术发展与应用趋势；加强技术预见交流合作，多渠道扩大成果的普及和宣传的建议，以期为中国开展技术预见活动提供参考。
张永伟, 周晓纪, 孙胜凯, 等. 愿景分析在日本技术预见中的创新应用及启示[J]. 科技导报, 2025, 43(23): 99−108.
科技人文
量子之光精神为源，彭堃墀院士的科研人生
作者：厚宇德
山西大学科学技术史研究所
摘要：彭堃墀院士是中国第一位量子光学国家重点实验室的创建者。他在山西大学为国家打造了一支有战斗力的量子光学研究队伍，是科学家精神的践行者。概述了彭堃墀在前沿领域开展研究、培养人才、打造攻坚型科研团队、建设顶尖实验室等方面的事迹，展现了他爱国、创新、求实、奉献、协同、育人的科学家精神，并由此说明，科学家精神不是人为设定的、期待科学家去追求的超现实目标。
厚宇德. 量子之光精神为源，彭堃墀院士的科研人生[J]. 科技导报, 2025, 43(23): 109−112.
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《科技导报》创刊于1980年，中国科协学术会刊，主要刊登科学前沿和技术热点领域突破性的研究成果、权威性的科学评论、引领性的高端综述，发表促进经济社会发展、完善科技管理、优化科研环境、培育科学文化、促进科技创新和科技成果转化的决策咨询建议。常设栏目有院士卷首语、科技新闻、科技评论、专稿专题、综述、论文、政策建议、科技人文等。
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