生物种子处理：技术革新催化产业进入发展快车道

2017 年全球农业生物市场的市场价值为 48 亿美元，预计到 2025 年将达到 107 亿美元， 复合年均增长率为 11.5%。小型、中型和大型公司越来越多地投资于农业用生物种子处理产品的研究和开发。通过满足种植者和社会的需求，这一产业正变得越来越重要，显示出巨大的市场潜力。拜耳作物科学种子处理业务全球总监 Martin Gruss 在接受 AgroPages 采访时如是说。 

 

但从我们对先正达种衣剂全球总监 Ioana Tudor，科伯特生物系统公司微生物业务产品经理 Pieter Oosters 和 Simbiose 公司首席执行官 Marcelo de Godoy Oliveira 的采访以及与 Martin Gruss 进一步的对话中我们也了解到，生物种子处理剂从菌种选择、产品开发、制剂研究、与化学产品的兼容性，到储存、使用时机、使用条件、保质期和效果一致性，也就是说从产品的开发到实际的应用，方方面面都还存在许多丞待解决的问题。尽管如此，随着新科学技术和研究方法的快速发展，我们依然可以预见，生物种子处理行业将迎来更光明的发展前景。

 

Pieter Oosters：在Google上搜索“生物种子处理”，你会得到数十页与市场报告相关的搜索结果，这些报告声称生物种子处理是一个数十亿的市场。但从实际情况来看，目前它仍然是一个小众市场，但增长很迅速。 

 

尽管市场上的产品数量仍然有限，但一些较大的种子公司已经 开始在其种子处理套餐中加入生物种子处理产品，其中一些展现出良好的效果。但这主要发生在贫瘠土壤的非生物胁迫的情况下。 预计这类产品在加入那些已在更成熟的市场/肥沃的土壤中也有效并且得到更好证实的解决方案后会得到进一步的发展。

 

Ioana Tudor：自从BT （苏云金芽孢杆菌）在农业领域应用以来，我们已经在生物制剂的发酵和配方方面学到了很多东西。现如今行业对这一领域依然充满兴趣，我相信生物制品将会有很好的机会。我认为在短期内生物制品并不能替代化学产品，但是会为我们目前市场上供应的化学产品给予更多的补充。 

 

Marcelo de Godoy Oliveira：我研究了全球市场上所有用于种子处理的生物技术，我发现它们中的大部分都是并没有为种子处理的目的进行太多研究的情况下设计的，并与该国通常使用的其他技术结合使用。实际上，全球很少有公司专门为种子处理目的而开发生物技术。幸运的是，在这少有的几家公司中，有那些拥有最先进生物种子处理技术，且具备规模化生产条件的公司，满足了数千万公顷计的市场需求。 

 

Martin Gruss：虽然田间应用的结果因众多因素而异，但在玉米种子上正确使用化学作物保护产品和结合使用微生物种子处理使得过去十年中玉米的产量显著提高了10%。在大豆、棉花和谷物的生产中也实现了类似的产量收益。选择生物处理可以在提高作物产量的关键时间窗口为作物提供重要的优势，并有助于农业的长期可持续性。因此，拜耳的一个多学科研发团队专注于生物解决方案。我们还希望通过与创新型合作伙伴的合作来加强我们的产品组合。 拜耳SeedGrowth™继续在种子处理行业中发挥重要作用，我们坚信通过不断投资生物制品，可以改善种子处理技术并有效促进可持续农业发展。 

 

总体而言，过去几年该行业的市场需求和接受度都呈现巨大增长。与此同时，快速发展的技术领域和多样化的监管环境也给种植者带来了一些不确定性。像拜耳这样拥有强大的研发，全球推广和创新能力，拥有经过全面测试和现场验证的产品的公司可以帮助缓解这些问题并为农业和社会提供差异化的解决方案。

 

 

Martin Gruss：植物根际以及微生物，土壤和植物之间的多维交互作用非常复杂，且已经发展了数百万年。因此，在不同的气候和土壤条件下将实验室或温室环境的积极结果转移到田间并确保种植者获得他们期望的可信结果是一项重大挑战。如果您询问我们的现场技术人员，他可能会回答说解决方案并不容易 – 你不能简单地将生物制品应用于种子或田地，并希望它能够起作用，因为结果可能会令人失望。你必须研究生物产品，植物和环境之间的众多相 互作用。成功的关键是以正确的方式使用生物制品！ 

 

我们不希望将生物制品开发为在限制条件下仅在特定地理区域有效果的小众产品。在理想的世界中，候选产品表现出对各种作物，不同地区和农业实践的益处。但预测和解决不同环境（例如土壤，天气，非生物和生物胁迫）以及基于不同品种和遗传特性的植物响应机制的全部变化，并决定最终使用的生物制品仍然是生物种子处理产品实际应用中的主要障碍之一。 

 

这种复杂性通过土壤中有益微生物和有害微生物之间的相互作用而得到放大 - 这一领域在学术界和工业界仍在探索中。适合有益微生物生存并展现潜力的环境和条件（例如，快速和完全出苗，有活力的植株）也许在一年后就完全不同了。 

 

最后，生物种子处理实际应用的另一个相关挑战是微生物的保质期和与其它种子处理组分（例如，化学杀菌剂或杀虫剂，微量营养素或其它微生物如接种剂）的相容性。 

 

由于必须提高农业生产力，拜耳研究活动的重点越来越集中在提高产量上。通过提供合适的种子处理产品，我们正在追求在最初就提供强健作物的目标。这样，作物不仅可以成功应对病虫害，还可以应对不利的环境条件，如压力和贫瘠的土壤。 

 

Ioana Tudor：我认为主要的困难是市场上现有的大多数生物制剂产品应用范围很窄，并且通常对土壤和环境条件非常敏感。生物制剂能像化学产品一样跨地域使用的产品不多，因此，产品的开发和商业化过程需要非常本地化。所以你经常会发现，有些产品甚至只能在一个国家使用。 

 

生物制品在实际应用过程中的挑战是它们通常在种子上不太稳定并且可能随着时间的推移而失去功效，因此如果在种植前几周处理种子，等到播种时，产品可能已不再有效。还有一点，生物制品和化学制品的经常不相容，是其在种子处理上应用的主要障碍，所以我们处理种子时，先用传统的化学多元复配种子处理剂处理后， 再用生物种子处理剂进行二次处理。出于这些原因，先正达种衣剂选择了生物制品的合作战略 - 我们与许多研发类公司合作，将那些与我们的产品组合契合良好的创新迅速通过我们广泛的平台商业化。 

 

Pieter Oosters：我认为研发阶段的挑战是，你希望只花费一次时间和精力。你必须确定正确的作物，疾病和地区信息，并对产品组合进行大量测试。因为大多数种子处理都是针对户外作物，这意味着在产品最终完全验证和提交登记资料之前需要做多年的测试。生物制品的保质期也是一个关键问题，这也是Koppert正在努力并已取得进展的重点领域。

 

Marcelo de Godoy Oliveira：在我们看来，影响这项技术良好发展的困难还包括：适用于组成生物制剂产品的有机物质甚至合成物质的选择；缺乏生物产品配方知识的专业人才；缺乏针对有机产品的适当立法。

 

 

Ioana Tudor：改进发酵过程，获得高质量的产品，并在接近种植期的时候使用，以确保产品中微生物的活力。而且，正如我之前提到的，我们可能需要开发适合特定环境条件的本地化解决方案，而不是寻求在许多地区广泛推广同一个产品。 

 

Pieter Oosters：了解工作机理是制定良好且广泛适用的解决方案的关键。越来越多的试验显示不同品种会有不同的效果。这意味着在土壤、湿度、温度和日照等其他变量完全相同的情况下，某特定的生物依然会对某种变化产生不同的反应。 

 

与市场上几家领先的育种公司合作有助于了解其品种的工作机理。在进一步制定某种解决方案之前，不断寻找最匹配的产品。 

 

Marcelo de Godoy Oliveira：如我前面提到的，为种子处理提供的大多数技术都不是专门为此目的而设计的，因此给生产者和生物行业带来了灾难性的后果。 

 

因此，无论是用于种子处理还是别的目的，为了确保生物技术的有效性，从用于产品开发的分离生物的选择开始，我们就会执行很严格的标准。 

 

我们还必须清楚知道它将如何应用于种子以及土壤条件，湿度，温度的情况如何，还要考虑它是否会与种子处理中的其他技术关联使用。在列出了开发产品所需的特性之后，就要开始研究如何将所有所需的项目转移到生物产品中，以有效地满足其设计目的。 

 

想要在不同的土壤气候条件下取得良好结果，大田水平的前期研究是必要的。对使用环境的充分了解也很关键，这样在推荐产品形式或者使用剂量时才能做到有的放矢。 

 

Martin Gruss：对于研究人员来说，土壤仍然是一个迷人的蓄水池，充满了对可持续农业有重要影响的微生物。为了给种植者 提供效果高度一致的产品，我们在新生物种子处理产品的整个开发周期中投入了大量的资源和时间，并在实验室，温室和最终的田间进行彻底的测试。 

 

我们通过采用最先进的机器学习算法以一种新颖的方式分析田间试验，从而更多地了解植物和微生物之间的共生关系，目标是确定影响微生物田间性能的潜在主要农艺因素，以便于拜耳研究人员随后利用这些因素开发适应各种环境的生物种子处理产品。拜耳的专家通过各种选择（基于计算机和生物学），菌株改良和发酵过程， 研究了在种子处理过程中使用的优选微生物菌株，以获得理想和稳定的孢子数量，活力和性能。最后通过多年的研究开发最终的种子 处理产品并找到所有成分的最佳组合。生物种子处理可与化学作物保护产品结合使用以抵御其它害虫和疾病，但这种组合需要非常广泛的科学知识和技能以及从制造到运输，储存和应用的出色管理。 

 

如前所述，在各种应用环境和条件下采用产品需要大量的时间和精力进行研究和开发，具体的使用模式只能在经过几年的田间试验后才能下结论。我们通过将田间试验适应不同的生产环境并且多个季节不断重复试验来避免数据的大变化引起的失真。近年来最大的创新之一是我们利用数字工具提供的数据库将原始数据分解为更小的数据集，以更好地了解是哪些因素驱动着产品的田间表现。这些努力得到了现代研究和开发工具的支持，以证明在农艺条件下田间表现的一致性。 

 

当然，另一个主要部分 - 如前所述 – 是正在开发支持技术，以确保微生物的兼容性和稳定性，为种植者提供综合定制的解决方案。

 

 

Martin Gruss：近几十年来，生物制品的科研水平迅速提升。相关公司正在将制药和其他研究驱动型行业的尖端研究技术应用到生物领域，以理解、优化产品和满足供应需求。功效、储存性和适用性方面的重大改进是这些投资的一些成果。 

 

作为农业生物制品的研发领导者，拜耳研究人员现在能够通过利用有益细菌为种植者提供新的解决方案：蛋白质和酶可以改善植 物健康，提高产量，保护植物免受害虫或疾病的侵害，但它们在农业环境中通常不稳定或容易降解。使用优化和稳定的微生物可能是帮助养活不断增长的世界人口的重要一步，因为正确的微生物可以使自然资源有限的土地更富有成效。 

 

拜耳与私人和公共机构合作，以促进对土壤微生物群系的了解， 并从世界各地的不同环境中识别有益的微生物菌株。此外，我们还致力于评估微生物领域的新技术，如合成生物学。为此，2017年拜耳和 Ginkgo Bioworks 成立了一家新公司（Joyn Bio），该公司将首先致力于提高微生物提供作物氮需求的能力，通过减少对额外合成肥料的需求，为可持续农业带来重大利益。生物领域的初创公司以其创新方法丰富了整个行业。 

 

拜耳在开发和商业化创新生物种子处理产品方面拥有不凡的成绩，凭借我们强大的研发管道，我们将继续推出新工具来支持全球客户。 

 

Ioana Tudor：先正达推出了CLARIVA®，这是一种针对孢囊线虫的生物杀线虫种子处理剂，目前我们在美国，加拿大和巴西销售该款产品。它是目前市面上唯一一款可以与线虫直接接触并将其杀死的生物杀线虫剂。此外，通过我们用于非生物胁迫管理的 EPIVIO™伞形品牌，我们出售了许多与Seedcare产品组合兼容的种子用生物制品。 

 

Pieter Oosters：一些较大的公司已开始将基本的生物种子处理纳入其产品套餐中。Koppert在生产具备工业规模的独特特性的有益生物制品方面拥有长期经验。围绕种子处理我们也促成了许多新的合作，大家一起致力于为全球提供高质量的生物种子处理方案。 

 

几年前Koppert推出Panoramix作为第一个商业化的种子处理产品。Panoramix是一款含有多种成分的生物刺激素，可以激发谷物、大豆和玉米种子的全部增长潜力。Panoramix包含芽孢杆菌、木霉菌、内生菌根菌菌株和一组有用的添加剂，如维生素、黄腐酸和腐殖酸。Panoramix可供农场使用或由农民合作社等专业公司使用。为了获得最佳的使用效果，使用者应在种子处理后立即播种。

 

Koppert还生产和销售一系列假单胞菌菌株，如Cerall和 Cedomon，主要用于帮助谷物种子消毒，可有效杀死镰刀菌、网腥黑粉菌和小麦颖枯病菌。目前，该产品主要在欧洲市场销售。 

 

目前，Koppert正致力于一种基于木霉菌株的种子处理配方。Trianum和Trichodermil这些已在实际使用的产品提供了如何最好地应用这些菌株的经验。Koppert将生菜、大豆和玉米作为其重点作物，希望能提供与化学杀菌剂的种子处理效果相媲美的生物杀菌种子处理产品。为了能保证产品的使用效果，Koppert与第三方合作， 正在开发适合所用活性物质的定制载体。 

 

Marcelo de Godoy Oliveira：Simbiose被业界认知，不仅是因为我们拥有广泛和合格的生物制品产品组合，还因为我们始终保持对开发新解决方案的持续研究。 

 

我们为种子处理开发的最新解决方案包括： 
 

Simbiose Nod - 基于固氮细菌的接种剂，适用于所有豆类； 

Simbiose Mays - 基于固氮细菌的接种剂和草类植物生长促进剂； 

StimuControl - 基于真菌的生物杀菌剂，用于防控主要的土壤病原体； 

NemaControl - 基于细菌的杀线虫剂，用于控制主要线虫。 

 

预计Simbiose将在未来三年内在全球市场上推出6种新的生物种子处理产品，这些技术肯定会赢得种植者的关注。

 

 

Ioana Tudor：未来该行业有很好的机会，而且还有很多东西需要学习。我相信我们将在未来十年内取得更大的进展，种植者有望获得更多产品。有两个外部市场因素将继续有利于加速市场上生物制品的供应：一是生物防控 – 欧洲地区对化学品有严格的监管限制，所以即使防效低于化学品，生物制剂也可能被用来填补化学品缺乏造成的市场空白；第二个是生物刺激素，我们的客户对该类产品有很大的需求，他们对于那些在不同非生物胁迫条件下稳定且可以提高产量的产品抱有很大兴趣。 

 

现今我们需要面对的一个挑战是监管环境，希望未来它能够更加清晰化。因为在这类产品需要如何进行登记方面仍存在许多不一致的观点，各个国家/地区的相关要求差别也很大。 

 

Pieter Oosters：Koppert认为生物种子处理行业拥有光明的发展前景。现在已经有越来越多的技术与自然界共同发挥作用，以获得最佳的植物保护解决方案。过去，种子处理产品主要由聚合物涂层和化学杀菌剂加杀虫剂组成，这样可以在早期发育阶段保护作物。Koppert体会到某些化学杀菌剂的效果正在下降，还有些化学杀菌剂已经被淘汰或预计在不久的将来被淘汰。因此，生物制品有一个可以填补的市场空白。从目前的发展情况来看，生物刺激素已经开始征服市场。这类产品正在为更复杂的微生物作物保护产品铺路，这些产品不仅具有生物杀菌剂，杀线虫剂或杀虫剂的成熟效果，而且还能同时促进作物发芽和更好的生长。

 

Marcelo de Godoy Oliveira：未来我相信种子处理将分为几种形式，第一种是农场上已知的和常规的种子处理，另一种也已经流行了几年，即工业种子处理，也就是说种植者可以直接获得全部处理好的种子，第三种，也是我认为在处理大量种子时技术上最合适的，即使用与播种机耦合的设备，在播种时将生物产品注入沟槽中与种子进行混合。Simbiose已在技术上为所有三种形式做好了准备。 

 

在过去两年中，我们投资了一个创新项目，我们开发了一种专用设备，用于在种植槽中使用有机产品，它对药液的体积没有限制，可将产品用于它应该在的地方（接近种子），确保在使用过程中微生物100％存活，非常实用，快速和合理。 

 

Martin Gruss：在日益严苛的监管环境以及对整个行业和社会可持续性越来越重视的情况下，生物种子处理行业的重要性将日渐凸显。基于可靠数据科学见解的精准农业和先进数字产品，将使更有针对性的农业实践和生物种子处理成为定制解决方案的重要组成部分。 

 

生物种子处理具有多种代谢能力，具有广泛的适用性，如养分吸收，生物增强或生物控制，接种和信号传导技术。大数据分析的发展，场景建模和计算生命科学的进步将进一步加快产品的开发速度，并在复杂的田间条件下提高使用效果的一致性。 

 

该行业的科学和技术进步，如宏基因组学、微生物组学以及基因编辑，将开辟新的创新领域，并推动产量、植物、土壤健康和质量目前的界限。在这种情况下，我们期望看到对不同作用模式或产量构成因素的利用，也希望看到特定作物品种和遗传特性的更强整合，以及稳定革兰氏阴性微生物领域的进展。 

 

我们知道，消费者越来越关注食物的种植方式，并希望了解农业实践是否具有环境可持续性。生物种子处理已经在帮助农民减少二氧化碳排放方面发挥了作用，可以帮助他们的作物更有效地利用肥料。我们相信这些产品可以补充传统的化学合成种子处理，帮助农民以环境可持续的方式获得更丰富的收获。 

 

因此，我们看好生物种子处理领域的巨大增长潜力，特别是如果全球监管机构能够实现更加一致和统一的标准。