在當今全球科技日新月異的時代背景下，生物制造作為新興科技與產(chǎn)業(yè)變革的重要交匯點，正以前所未有的速度重塑著人類社會的生產(chǎn)生活方式。生物制造，這一融合了生物學、工程學、信息學等多學科交叉領域的先進制造技術，不僅為醫(yī)療健康、食品農(nóng)業(yè)、材料科學、環(huán)境保護等多個領域帶來了革命性的突破，還為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標、推動經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級提供了強大的動力源泉。

中投產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書2025》旨在全面剖析生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展背景、現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與機遇，以及未來的發(fā)展趨勢與政策導向，為政府決策、企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃和社會各界提供參考與借鑒。通過深入解讀生物制造的核心價值與未來潛力，將為您呈現(xiàn)一個全面、客觀、深入的生物制造產(chǎn)業(yè)畫卷。

立即訪問我們“產(chǎn)業(yè)研究大腦”系統(tǒng)獲取報告，解鎖《生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書2025》！

在全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略加速推進的背景下，生物制造作為以生物基替代化石基的核心產(chǎn)業(yè)，正通過產(chǎn)業(yè)鏈整合重塑產(chǎn)業(yè)格局。從上游的生物技術研發(fā)、中游的生物工藝開發(fā)到下游的產(chǎn)品應用與服務，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的協(xié)同創(chuàng)新已成為突破技術瓶頸、提升產(chǎn)業(yè)競爭力的關鍵。本文將從驅(qū)動因素、整合路徑、典型模式及未來展望四個維度，解析生物制造產(chǎn)業(yè)鏈的整合趨勢。

一、產(chǎn)業(yè)鏈整合的核心驅(qū)動因素

（一）技術創(chuàng)新的跨學科融合需求

基因編輯（CRISPR-Cas9）、合成生物學（SynBio）、生物信息學等前沿技術的突破，推動生物制造從 “試錯式研發(fā)” 向 “設計型制造” 轉(zhuǎn)型。例如，合成生物學通過人工設計微生物代謝通路，可將傳統(tǒng)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)周期縮短 60% 以上，但這一過程需要基因測序（上游）、代謝工程優(yōu)化（中游）、發(fā)酵工藝放大（下游）的全鏈條協(xié)作。美國 Ginkgo Bioworks 公司構(gòu)建的 “Foundry” 平臺，整合了 DNA 合成、菌株篩選、工藝模擬等模塊，實現(xiàn)了從基因設計到規(guī)�；�生產(chǎn)的端到端整合，研發(fā)效率提升 30 倍。

（二）政策與市場的雙重倒逼

全球主要經(jīng)濟體將生物制造列為戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)：歐盟《新工業(yè)戰(zhàn)略》提出 2030 年生物基產(chǎn)品占工業(yè)產(chǎn)出 15% 的目標；中國 “十四五” 規(guī)劃將生物制造納入科技強國重點領域。與此同時，碳中和目標推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)加速替代 —— 生物基塑料（如 PLA）的全生命周期碳足跡較石油基塑料低 80%，迫使化工、材料等行業(yè)向生物制造轉(zhuǎn)型。市場數(shù)據(jù)顯示，2022 年全球生物制造市場規(guī)模達 834 億美元，預計 2030 年將以 18.2% 的復合增長率增至 3360 億美元，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同成為釋放市場潛力的關鍵。

（三）成本與效率的優(yōu)化壓力

生物制造的產(chǎn)業(yè)化面臨 “死亡谷” 瓶頸：實驗室菌株的理論產(chǎn)率與工業(yè)化生產(chǎn)的實際產(chǎn)率平均相差 40%-60%，核心原因在于上游研發(fā)與中游生產(chǎn)的脫節(jié)。例如，Amyris 公司開發(fā)的青蒿素合成路徑，在實驗室規(guī)模產(chǎn)率達 90%，但放大至萬噸級發(fā)酵罐時因傳氧效率不足，產(chǎn)率驟降至 35%。通過整合微生物工程（上游）、過程控制（中游）、智能監(jiān)控（下游），可將工藝放大效率提升至 85% 以上，顯著降低產(chǎn)業(yè)化成本。

二、產(chǎn)業(yè)鏈整合的關鍵路徑

（一）縱向垂直整合：打通 “研發(fā) - 中試 - 量產(chǎn)” 壁壘

1. 上游：生物技術研發(fā)集群化

以高校、科研院所為核心，構(gòu)建 “基礎研究 - 應用開發(fā)” 協(xié)同網(wǎng)絡。例如，MIT 的合成生物學中心（SYNTHESIS）聯(lián)合波士頓地區(qū)藥企、化工企業(yè)，建立共享菌株庫與高通量篩選平臺，將新藥研發(fā)周期從 5 年縮短至 2.5 年。中國深圳國際生物谷整合中科院深圳先進院、華大基因等機構(gòu)，形成從基因編輯到臨床前研究的全鏈條服務。

2. 中游：生物工藝工程平臺化

生物反應器、分離純化等關鍵設備的標準化是整合基礎。德國賽多利斯（Sartorius）推出的一次性生物反應器（Single-Use Systems），通過模塊化設計實現(xiàn)從小試（5L）到量產(chǎn)（2000L）的無縫放大，工藝轉(zhuǎn)移時間從 6 個月縮短至 2 周。國內(nèi)企業(yè)如樂純生物，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的發(fā)酵控制系統(tǒng)，兼容多種微生物的工藝參數(shù)快速切換，降低中小企業(yè)的生產(chǎn)門檻。

3. 下游：應用場景生態(tài)化

通過 “產(chǎn)品 + 解決方案” 模式拓展市場。丹麥諾維信（Novozymes）將酶制劑產(chǎn)品與食品加工企業(yè)的生產(chǎn)線深度整合，為面包廠商開發(fā)定制化酶解決方案，使面包保鮮期延長 30%，同時降低 15% 的能耗。這種 “技術 - 應用” 的閉環(huán)整合，使諾維信在全球工業(yè)酶市場占據(jù) 47% 的份額。

（二）橫向跨界整合：突破產(chǎn)業(yè)邊界

1. 生物制造 + 數(shù)字技術

AI 驅(qū)動研發(fā)：Insilico Medicine 利用深度學習預測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，將藥物靶點發(fā)現(xiàn)時間從 18 個月縮短至 21 天；

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能生產(chǎn)：巴斯夫（BASF）在路德維希港基地部署生物制造數(shù)字孿生系統(tǒng)，實時監(jiān)控 500 + 發(fā)酵罐的代謝參數(shù)，工藝穩(wěn)定性提升 25%，能耗降低 12%；

區(qū)塊鏈溯源：嘉吉（Cargill）將區(qū)塊鏈技術應用于生物基聚酯（PHA）供應鏈，實現(xiàn)從玉米種植到塑料成品的全流程溯源，滿足歐盟《生物基產(chǎn)品認證法規(guī)》要求。

2. 生物制造 + 綠色能源

生物制造與光伏、氫能等可再生能源的整合，形成 “綠電 - 生物合成 - 綠氫” 循環(huán)體系。例如，美國 LanzaTech 公司利用鋼廠廢氣（CO、H2）和光伏電力，通過微生物合成乙醇，每噸乙醇減少 3 噸 CO2 排放；國內(nèi)首套 “光伏 - 制氫 - 生物發(fā)酵” 示范項目在內(nèi)蒙古落地，利用光伏電解水制氫供生物反應器，使丙二醇生產(chǎn)成本降低 20%。

3. 生物制造 + 傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)

化工領域：萬華化學通過生物基己二胺替代石油基產(chǎn)品，使尼龍 66 生產(chǎn)的碳足跡降低 70%；

材料領域：蘑菇菌絲體生物材料（Mycelium Material）由 Evocative Design 公司開發(fā)，可替代泡沫塑料用于包裝，降解周期僅 3 個月；

食品領域：Impossible Foods 通過微生物合成血紅蛋白，使植物肉具備真肉口感，2022 年全球銷售額突破 10 億美元。

（三）生態(tài)型整合：構(gòu)建產(chǎn)業(yè)共同體

1. 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟模式

國際案例：全球生物經(jīng)濟聯(lián)盟（Global Bioeconomy Alliance）由 30 + 國家、200 + 企業(yè)組成，推動生物制造標準互認與技術轉(zhuǎn)移，2022 年促成跨行業(yè)合作項目超 500 個；

國內(nèi)實踐：中國生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)協(xié)會牽頭成立 “生物基材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟”，整合金丹科技、PLA 聚乳酸產(chǎn)業(yè)等上下游企業(yè)，制定行業(yè)標準 12 項，推動 PLA 成本從 3 萬元 / 噸降至 1.8 萬元 / 噸。

2. 共享制造模式

通過生物制造云平臺（如阿里云生物計算平臺），中小企業(yè)可按需獲取算力、菌株庫、工藝參數(shù)等資源。荷蘭 Microlife 公司開發(fā)的 “生物制造即服務”（BMaaS）平臺，用戶上傳目標產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)后，72 小時內(nèi)可獲得從菌株設計到工藝模擬的完整方案，研發(fā)成本降低 90%。

3. 區(qū)域集群模式

全球已形成三大生物制造產(chǎn)業(yè)集群：

北美集群：以波士頓（基因編輯）、圣地亞哥（合成生物學）為核心，聚集了 Ginkgo、Amyris 等龍頭企業(yè)，占全球生物制造專利的 45%；

歐洲集群：以德國路德維希港（化工生物轉(zhuǎn)型）、丹麥哥本哈根（酶工程）為中心，生物基化學品產(chǎn)量占全球 32%；

東亞集群：中國長三角（上海、蘇州）、日本東京灣（武田制藥、三菱化學）、韓國世宗市（CJ 生物），在生物制藥、可降解材料領域快速崛起。

三、典型整合模式與案例

（一）全鏈條自研模式：華大集團

華大集團構(gòu)建了 “測序設備 - 基因編輯 - 合成生物學 - 臨床應用” 垂直鏈條：

上游：自主研發(fā) DNBSEQ 測序儀，成本較國際品牌低 50%；

中游：通過合成生物學平臺開發(fā)微生物反應器，用于生產(chǎn) PHA 可降解材料；

下游：與車企合作，將 PHA 材料用于汽車內(nèi)飾，形成 “生物制造 - 綠色材料 - 終端消費” 閉環(huán)。2022 年，其生物基材料業(yè)務營收增長 180%，成為新增長極。

（二）跨界協(xié)同模式：特斯拉 & 諾維信

特斯拉與諾維信合作開發(fā)生物基電池材料：

諾維信利用酶工程優(yōu)化甘蔗制糖工藝，為特斯拉提供高純度葡萄糖；

特斯拉通過微生物合成技術，將葡萄糖轉(zhuǎn)化為鋰電池電極材料（生物基硬碳），能量密度達 350mAh/g，較傳統(tǒng)石墨提升 20%；

該合作使電池生產(chǎn)的碳足跡降低 40%，同時開辟了 “農(nóng)業(yè)廢棄物 - 生物制造 - 新能源” 的跨界路徑。

（三）開源創(chuàng)新模式：酵母合成生物學開源社區(qū)（YeastNet）

由 MIT、斯坦福等高校發(fā)起的 YeastNet 社區(qū)，整合全球 2000 + 實驗室的酵母菌株數(shù)據(jù)，通過開源協(xié)作優(yōu)化微生物代謝通路：

社區(qū)成員共享基因編輯方案、發(fā)酵參數(shù)等數(shù)據(jù)，使番茄紅素的合成效率提升 400%；

這種 “分布式研發(fā) + 集中式轉(zhuǎn)化” 模式，打破了企業(yè)與機構(gòu)間的數(shù)據(jù)壁壘，縮短了從實驗室到產(chǎn)業(yè)化的周期。

四、挑戰(zhàn)與未來展望

（一）當前面臨的核心挑戰(zhàn)

技術標準缺失：生物制造的菌種知識產(chǎn)權(quán)、工藝參數(shù)等缺乏統(tǒng)一標準，導致跨企業(yè)協(xié)作成本高企；

供應鏈脆弱性：關鍵設備（如高分辨率發(fā)酵罐）、原材料（如特殊氨基酸）依賴進口，2022 年全球生物反應器市場中，中國企業(yè)份額不足 15%；

公眾認知偏差：生物基產(chǎn)品的安全性爭議（如基因編輯食品）影響市場接受度，需加強科普與法規(guī)引導。

（二）未來整合趨勢

智能化深度融合：AI 將貫穿產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié) —— 上游用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測（如 AlphaFold3），中游實現(xiàn)發(fā)酵過程的自主優(yōu)化（如 DeepMind 的 Autopilot 系統(tǒng)），下游通過數(shù)字孿生模擬產(chǎn)品應用場景；

區(qū)域化生態(tài)構(gòu)建：RCEP 成員國將加速生物制造產(chǎn)業(yè)鏈整合，依托東盟的農(nóng)業(yè)資源、中國的制造能力、日韓的技術優(yōu)勢，形成 “原料 - 加工 - 市場” 區(qū)域閉環(huán)；

倫理與合規(guī)升級：隨著《合成生物學倫理治理倡議書》等文件的發(fā)布，產(chǎn)業(yè)鏈整合將更注重生物安全與可持續(xù)性，推動 “負責任的生物制造” 發(fā)展。

生物制造產(chǎn)業(yè)鏈的整合，本質(zhì)是通過技術協(xié)同、資源共享與模式創(chuàng)新，構(gòu)建更具韌性的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。正如麥肯錫報告指出：“未來十年，生物制造的競爭力將不取決于單一企業(yè)的技術突破，而在于產(chǎn)業(yè)鏈整體的協(xié)同進化能力。” 從實驗室的菌株改造到終端產(chǎn)品的市場滲透，每一個環(huán)節(jié)的整合都在重新定義 “制造” 的內(nèi)涵 —— 這不僅是技術的革命，更是從 “效率優(yōu)先” 到 “生態(tài)共生” 的產(chǎn)業(yè)哲學變革。當生物制造的產(chǎn)業(yè)鏈真正實現(xiàn) “設計 - 生產(chǎn) - 回收” 的閉環(huán)，人類將開啟一個以生命科學為基石的可持續(xù)發(fā)展新時代。