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技术 · 农业食品系统 / 作物生物技术

固氮谷物与生物硝化抑制

开发生物硝化抑制剂和经过基因工程改造的根区微生物，使谷物作物能够直接利用氮元素，从而减少对合成肥料的依赖。

风险: 中 肥料与植物营养种子与遗传育种 US · EU 核实于 2026-06-24 · 8 来源 (0 独立来源)

1 · 带来什么

固氮谷物代表了农业生物技术的一次范式转变，从严重依赖合成肥料转向作物营养的自我维持。这项技术主要通过两种途径运作：直接向根区施用经过基因工程改造或筛选的微生物群落（例如自养黄杆菌 Xanthobacter autotrophicus），以及培育具有生物硝化抑制（BNI）能力的作物。在BNI系统中，作物会自然分泌苯并噁嗪类（如DIMBOA）等化合物，抑制土壤中的硝化细菌。通过将氮素保持在稳定的铵态，而不是让其转化为容易流失的硝酸盐，这些技术可以减少20%到30%的氮素流失。如果在田间条件下，氮素利用效率甚至只提高10%，在肥料成本和温室气体排放方面的节约也将是巨大的。

固氮谷物的主要发展方向包括：

  1. 基因工程根区微生物： 经过基因改造或选择性培育的细菌，它们在根系定殖并持续将大气中的氮（N2）固定为植物可吸收的形式。
  2. 生物硝化抑制 (BNI)： 培育能够分泌天然化合物的谷物株系（如小麦），以减缓微生物将铵转化为硝酸盐的过程。
  3. 高级种子处理： 通过生物刺激剂涂层将固氮细菌直接整合到种子上，在发芽时建立共生关系。
  4. 代谢型生物刺激剂： 旨在延长土壤中氮素可用性的解决方案，缓冲不可预测的降雨及其造成的养分流失。

行业价值链#

[微生物发现] ──> [菌株工程] ──> [种子处理与配方] ──> [田间应用]
                                  │
                          (氮素效率)
                                  │
                                  ▼
[产量稳定性] <─── [维持土壤健康] <─────┘

价值链层级#

层级描述关键输入/输出
菌株发现从土壤或野生作物近缘种中分离出具有高固氮潜力或BNI特性的自然产生微生物。输入: 土壤样本，野生作物近缘种。
输出: 候选微生物菌株。
基因工程改造微生物以消除负反馈回路，确保即使土壤中含有合成氮也能持续产氮。输入: 候选菌株，基因工具。
输出: 基因工程微生物。
配方开发开发稳定的液体和可溶性粉末，以确保微生物在无需冷链存储的情况下的存活率。输入: 活体微生物，稳定剂。
输出: 可溶性粉末，液体菌剂。
农艺整合在关键生长期通过种子处理或沟施的方法应用生物产品。输入: 生物肥料，施用设备。
输出: 被定殖的根区。
田间种植在减少合成氮输入的同时种植作物，并监测产量。输入: 处理过的种子，减少的合成肥料。
输出: 成熟的谷物作物。
收获与影响在维持产量稳定的同时收获作物，并伴随着较低的氮素流失和温室气体排放的减少。输入: 成熟作物。
输出: 收获的谷物，减少的环境足迹。

该行业的跨领域技术：

  • 合成生物学： 设计微生物代谢途径以绕过自然固氮停止机制。
  • 水培测试： 使用受控环境测量根系分泌物及其对硝化细菌的影响。
  • 精准农艺： 基于实时土壤氮素监测变量施用生物制剂。

2 · 替代什么 6 · 按行业匹配

D1E2以回收磷（从生物污水处理和消化液中回收的鸟粪石等磷酸盐）替代含镉磷矿制成的肥料
替代: 部分以开采磷矿制成的磷酸二铵/磷酸一铵/过磷酸钙；污水厂用铁盐和铝盐化学除磷（使磷无法回到农业）
AGROCHEM
D1E3以植物生物刺激素（海藻提取物、蛋白水解物、腐植酸和黄腐酸）替代为应对胁迫而额外施用的矿物氮和合成植物生长调节剂
替代: 为帮助作物渡过干旱、高温或移栽胁迫而“保险性”追施的矿物氮和叶面 NPK；以提高抗逆性（而非防倒伏）为目的的部分合成植物生长调节剂用量（如矮壮素、多效唑）
AGROCHEM
D1E–以固氮和活化养分的微生物（固氮螺菌、固氮菌、工程化根际固氮菌）用于玉米、小麦和水稻，替代部分尿素用量
替代: 非豆科谷物施用的部分（通常10–25%）矿物氮（尿素、尿素硝铵溶液、硝酸铵）
AGROCHEM
D2E–以抗病作物品种（分子标记辅助育种、抗性基因聚合、同源转基因）替代常规杀菌剂喷施方案
替代: 在感病品种上全季施用保护性杀菌剂——如马铃薯晚疫病喷施代森锰锌/百菌清/甲霜灵10–20次，葡萄霜霉病和白粉病喷施铜制剂和合成药剂8–15次，谷物锈病采用三唑类方案
SEED
D3E2以抗虫（Bt）作物品种——棉花、玉米、大豆、茄子——替代针对棉铃虫、钻蛀螟和果实蛀虫的广谱杀虫剂喷施
替代: 针对鳞翅目害虫（棉铃虫、红铃虫、玉米螟/蛀茎夜蛾、草地贪夜蛾、茄果螟）反复喷施有机磷、氨基甲酸酯和拟除虫菊酯
GM
D1E–以沼渣、堆肥、蚯蚓粪和虫粪制成的有机肥和有机-无机复混肥替代部分矿物 NPK
替代: 大田和园艺作物施用的部分矿物 NPK（尿素、磷酸二铵/磷酸一铵、钾肥）；在有机质低的土壤上只施矿物肥
AGROCHEM

3 · 如何实施 6 步

  1. 1
    菌株发现菌株与细胞系
    从土壤或野生作物近缘种中分离自然产生的细菌。研究人员筛选成千上万的菌株，以识别具有最高基础固氮能力的菌株。
    谁能完成这一步 自动匹配
    IPL Biologicals 印度
    ✓ ISO 9001 9,238.79 MT 工业规模
    “Research capabilities: Identifies potent microbial strains from soil, infected insects, plants, and composts; validates and registers products with the Central Insecticide Board of …”
    Esco Aster 新加坡
    ✓ ISO 9001 5,000 L 工业规模
    “Platform and capabilities: end-to-end support from discovery to market approvals, with services spanning cell line creation, GMP/MO handling, CMC/PD/AD, MSAT …”
    Fermelanta 日本
    3,000 L 中试规模
    “is a Japan-based biomanufacturing/synthetic biology startup engineering fast-growing E.”
    Absolute 印度
    工业规模
    “PHARMA: Biology-led APIs and peptides to improve scalability and accessibility of therapeutics, leveraging strain engineering, gene editing, and precision fermentation.”
    Bota Bio 恩和生物 中国
    ✓ ISO 9001 600 tons 中试规模
    “By integrating end-to-end capabilities in AI, synthetic biology, and industrialization, Bota pioneers a new paradigm in biomanufacturing research and production.”
  2. 2
    遗传优化
    应用合成生物学或定向进化。微生物经过改造可以持续产生氮，绕过自然的关闭机制。
  3. 3
    发酵生产发酵与培养
    在工业生物反应器中培养经过优化的微生物。该过程包括精确控制营养物质和环境条件以最大化细胞密度。
    谁能完成这一步 自动匹配
    IPL Biologicals 印度
    ✓ ISO 9001 9,238.79 MT 工业规模
    “Manufacturing: Single plant in Haridwar, Uttarakhand, equipped with bioreactors, aseptic …”
    Spiber 日本
    ✓ ISO 9001 工业规模
    “By harnessing the power of precision fermentation, Spiber engineers proteins at the molecular level, resulting in versatile materials that can be tailored to specific needs.”
    Esco Aster 新加坡
    ✓ ISO 9001 5,000 L 工业规模
    “TideMotion® Bioreactors”
  4. 4
    配方与包装配方与复配
    将液体培养物转化为性质稳定的保存形式。微生物被加工成可溶性粉末或液体种子处理剂。
    谁能完成这一步 自动匹配
    SyAqua Group 泰国
    “vannamei genetics (broodstock, nauplii, and post-larvae) built on genomic selection/marker-assisted selection plus quantitative genetics (BLUP), with disease resistance screening …”
    Incauca 哥伦比亚
    ✓ ISO 9001 600 tons
    “Granulated Sugars”
    Volta Greentech 瑞典
    工业规模
    “Feed additives come premixed into your regular feed with your local feed company.”
  5. 5
    田间应用现场应用与服务
    将生物肥料分发到农田。该产品作为种子包衣、沟施或侧施应用，替代 20% 到 30% 的合成氮需求。
    谁能完成这一步 自动匹配
    BioBee 以色列
    工业规模
    “BioBee offers tailor made IPM programs, field service support and innovative solutions.”
  6. 6
    根部定殖

    施用的微生物与谷物根系建立共生关系。它们将大气中的氮转化为植物可吸收的铵，同时 BNI 化合物防止其快速转化为硝酸盐。

4 · 谁来交付

匹配的供应商 (自动匹配)

Pivot Bio美国研究机构运营中
BioConsortia美国生产商运营中
CIMMYT墨西哥研究机构运营中
Sound Agriculture美国未分类运营中

服务与供货目录 1 · 付费服务

分析与检测服务

领先企业与机构（摘自简报）

企业 / 机构国家关键产品 / 平台技术特点2026 状态
Pivot Bio🇺🇸 美国PROVEN, RETURN工程化根系相关微生物commercial
BioConsortia🇺🇸 美国AMS 微生物高级微生物筛选 (AMS) 工艺commercial
Joyn Bio🇺🇸 美国工程化微生物用于固氮的合成生物学research
Corteva Agriscience🇺🇸 美国BlueN, Instinct NXTGEN氮稳定剂与生物刺激素commercial
Kula Bio🇺🇸 美国Kula-NSP, Kula-NextSP高碳 Xanthobacter autotrophicuscommercial
CIMMYT🇲🇽 墨西哥CropSustaiN BNI 小麦源自野生黑麦的遗传 BNI 性状research

5 · 法规与市场准入

进入俄罗斯/欧亚经济联盟: AGROCHEM · 俄罗斯农业部（Minselkhoz）
约1–2年，含登记试验
仅供参考，非法律意见——请针对您的产品确认流程。 (2026-10-06)
美国

由于大量的风险投资和对农业生物制剂有利的监管环境，美国在基因工程微生物固氮的商业化方面处于领先地位。

商业化微生物、合成生物学、田间采用#

  • Pivot Bio 与 Joyn Bio： Pivot Bio 已广泛将其 PROVEN 和 RETURN 产品商业化。Joyn Bio 致力于利用合成生物学为谷物创造设计微生物。
  • Corteva Agriscience： 通过 BlueN 和 Kinsidro Grow+ 等产品扩大生物制剂的规模，旨在实现整个生长季的氮素捕获。
  • Kula Bio Innovations： 推出获得 OMRI 认证的可溶性粉末 (Kula-NSP)，其核心是自养黄杆菌，具有更长的保质期和更高的固氮效率。
欧盟

欧盟非常关注监管合规性和基于自然的解决方案，强调生物硝化抑制和自然微生物群落，而不是转基因微生物。

从农场到餐桌、BNI研究、严格监管#

  • Novo Nordisk 基金会 (BioNI & CropSustaiN)： 承诺投入2110万美元与 CIMMYT 和奥胡斯大学合作扩大 BNI 小麦品种的规模。
  • 自然微生物： Legume Technology 和 Azotic Technologies 等公司正在推进适应欧洲土壤的天然非转基因固氮菌株。
  • 监管障碍： 严格的转基因法规限制了基因工程微生物的部署，极大地倾向于自然 BNI 育种策略。
中国

中国正在积极投资农业生物技术，以确保粮食安全并减少大量使用合成肥料带来的严重环境影响，重点放在微生物菌剂和高级育种两个方面。

粮食安全、合成肥料减量、生物技术育种#

  • 政府指令： 实现合成肥料零增长的政策指令严重依赖于生物替代品的采用。
  • 学术研究： 大量国家资金被导向识别小麦和水稻中的BNI性状。
  • 本土生物制剂： 快速扩大本地生物刺激剂的制造规模，以供应大型农业合作社。

6 · 资金：招标与资助

资助CHIPS 研发办公室（CRDO）广泛机构公告（BAA）
National Institute of Standards and Technology · 美国
2029年9月30日
1080 天
资助以多样化作物和价值链创新提高农民收益和韧性
European Commission · 欧盟
2027年9月23日
342 天
资助农业与食品研究计划竞争性资助：教育与劳动力发展
National Institute of Food and Agriculture · 美国
2026年12月31日
76 天
资助合作研究设施或研究资源设施建设（C06，不允许临床试验）
National Institutes of Health · 美国
2028年1月25日
466 天
资助定向能研发（RAD/RD）大学资助项目
Air Force -- Research Lab · 美国
2029年7月18日
1006 天

7 · 技术栈与创新

固氮谷物的技术堆栈依赖于先进的微生物学、精准育种和新型配方化学，以确保在田间条件下的生物功效。

  1. 微生物工程与选择：
    • 利用合成生物学消除在合成肥料存在时阻止微生物固氮的基因反馈回路。
    • 采用高通量筛选鉴定能够有效在非豆科植物根部定殖的菌株。
  2. 生物硝化抑制 (BNI)：
    • 将野生草本植物（如 Leymus racemosus）的染色体片段渗入商业小麦中，以增加苯并噁嗪类的释放。
    • 使用生物发光分析法定量评估对模型硝化细菌的抑制作用。
  3. 高级配方与输送：
    • 制造可溶性粉末 (SP)，为微生物提供强大的内部碳储备，无需冷链即可延长保质期。

来源 8 · 0 独立来源 · 8 生产商网站

生产商自有网站 8

  1. Pivot bio 生产商 核实于 2026-03-31 · 未保存链接
  2. Bioconsortia 生产商 核实于 2026-06-16 · 未保存链接
  3. Joyn bio 生产商 核实于 2026-06-23 · 未保存链接
  4. Azotic technologies 生产商 核实于 2024-12-12 · 未保存链接
  5. Legume technology 生产商 核实于 2026-06-20 · 未保存链接
  6. Cimmyt 生产商 核实于 2026-06-16 · 未保存链接
  7. Corteva 生产商 核实于 2026-06-16 · 未保存链接
  8. Kula bio 生产商 核实于 2026-05-01 · 未保存链接