未来农业

人口增长和极端气候的双重压力，给全球粮食安全和农业生态的可持续性带来很大挑战。

根据联合国粮食及农业组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations， FAO）的预测，到2050年全球人口将接近100亿。相应地，农业生产力需提高约70%，才能满足人类对粮食、 饲料、纤维和生物能源日益增长的需求（https：// globalagriculturalproductivity.org/）。

然而，传统农业生产模式难以应对人们现代化食物需求和气候 变化带来的挑战，依靠有限的耕地资源，难以突 破土壤重金属污染、农药化肥残留和农作物光合效率低下等问题，亟需通过创新方案提高粮食产量和资源利用效率。

2011-2020年，合成生物学在农业领域取得了快速的发展，多项关键技术取得了突破，研究 逐步从基础研究拓展到实际应用领域。自2013年 CRISPR-Cas9技术问世以来，其在水稻和小麦 中的应用不断推进，并发展至多基因编辑， 显著提升了作物性状改良的效率与精确性。同时， 基因组测序技术的成熟也为复杂基因组操作提供了新的平台，如小麦和藜麦的研究。

人工染色体技术的发展，推动了多基因性状的相关研究， 例如基于Bxb1介导的重组创建的基因堆叠系统，可用于将优良性状从转基因植物转移到难以转化的栽培品种。在田间层面，固氮菌实现合成并在田间成功开展试验，展示了非豆科作物人工结瘤固氮的潜力，预计可减少50%的化肥用量。

自2021年以来，合成生物学在农业领域逐步走向系统整合，研究重点由单一技术突破转向平台建设与产业化转化。各个国家相继在农业合成生物学领域进行战略部署。

目前，人工智能与合成生物学的结合成为重要趋势。通过数字化预测植 物-微生物互作网络，进一步优化农业系统的智能化管理。人工智能在农业中的应用已涵盖农业设备自动化，数字化检测害虫以及农业机器人的开 发等方面，显著提高了生产效率。同时，基于 CRISPR-Cas9技术培育的富含γ-氨基丁酸的番茄也进入了市场。未来随着技术的不断进步和政策的支持，合成生物学有望进一步推动农业生产体系向智能化与生态化转型。