一个与生物医药并列却更富想象力的领域——生物制造，正被越来越多的顶层战略单独列出，例如《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》《“十四五”生物经济发展规划》等。

这标志着一场产业革命逻辑的根本性转变：从依赖自然资源提取和化学合成，转向利用细胞工厂进行绿色、高效的生物合成。

随着2025年中国生物制造产业总规模突破1.1万亿元，一个以“生物制造+”为核心的万亿级新质生产力赛道正加速驶入现实。

更关键的是，人工智能（AI）正以前所未有的深度与广度，与生物制造深度融合，驱动其从“经验试错”迈向“理性设计”的新阶段。

一 从发酵罐到“细胞工厂”：一场跨越百年的工业革命

根据中国科学院微生物研究所给出的定义，生物制造是以工业生物技术为核心手段，通过改造现有制造过程或利用生物质、二氧化碳等可再生原料生产能源、材料与化学品，实现原料、过程及产品绿色化的新模式。

图1 合成生物制造的生产步骤

资料来源：中国科学院微生物研究所

生物制造并非横空出世，其技术演进已跨越百年，当前正站在AI智能融合的“第四阶段”关键窗口期。它并非单一技术，而是由发酵工程、基因工程、代谢工程、合成生物学与生物过程工程五条技术路径相互交织、迭代共生的复杂体系。

发酵工程是规模化落地的基石，解决了从实验室摇瓶到工业级发酵罐的放大难题，是生产氨基酸、有机酸等大宗产品的成熟路径。

基因工程是所有技术的工具底座，实现了外源功能基因在宿主细胞中的表达，催生了重组胰岛素、单克隆抗体等重磅产品。

代谢工程是产业化的关键转化层，通过系统性重构细胞代谢网络，将实验室的克级产量提升至工业生产的吨级水平。

合成生物学则是战略制高点，它用工程学的模块化理念“设计生命”，能够赋予细胞自然界不具备的新功能，代表了从“改造自然”到“创造生命”的范式跃迁。

生物过程工程是最终保障，确保上述所有创新能从实验室可靠地走向工业化生产。

这五条路径共同构成了以“细胞工厂”为核心的现代生物制造体系。其产业链清晰分为上游使能技术（如DNA的“读-写-编-学”）、中游设计平台（如路径开发）和下游“生物制造+”应用。

二 “生物制造+”：万亿市场的多元应用图谱

生物制造的真正威力在于其与千行百业的融合能力，“生物制造+”正成为形成国民经济支柱产业的关键，其应用广泛覆盖了人类衣食住行的各个方面。根据《2025中国合成制造产业发展白皮书》，生物制造目前核心的融合方向包括：

图2 生物制造的应用方向

资料来源：中国科学院微生物研究所

生物制造+医药：这不仅是优化传统医药生产（如通过合成生物学生产青蒿酸等药物前体），更是推动精准医疗与创新疗法的革命。基因工程细胞工厂可用于生产复杂的蛋白药、抗体，为细胞与基因治疗提供关键原料。

生物制造+食品：一场绿色食品革命正在发生。通过生物发酵与细胞培养技术，可以高效生产植物基蛋白、益生菌、天然香料色素等，为应对全球粮食安全与健康需求提供全新方案。

生物制造+材料：推动化工行业绿色转型的核心动力。生物基聚酰胺、可降解塑料（PHA）、生物基纤维等高性能材料，正在替代传统石油基产品，是实现“双碳”目标的重要路径。

生物制造+能源/农业/个护：利用生物质或二氧化碳等可再生原料生产清洁能源；通过工程微生物进行生物施肥、生物防治；合成生物学还可生产胶原蛋白、稀有名贵植物提取物等高端个护原料。

三 全球竞逐与中国崛起：从“规模优势”到“创新策源”

当前，全球生物制造格局呈现美国、欧洲、中国三足鼎立之势。美国凭借《国家生物技术和生物制造计划》（National Biotechnology and Biomanufacturing Initiative）等顶层设计，依托顶尖高校和企业，占据底层技术制高点。中国则依托“十四五”生物经济规划与超大规模应用场景，形成了独特的竞争路径。

中国的优势首先体现在坚实的规模化制造基础上。截至2025年，中国在大宗生物发酵产品（如有机酸、氨基酸）的国际市场占有率已超过70%，发酵工程产业化能力全球领先。以梅花生物、凯赛生物、华恒生物为代表的企业，已在相关领域形成显著的规模优势。

更值得关注的是，中国正从“制造规模”向“创新规模”跃迁。2025年，我国在生物制造领域的学术论文和专利申请全球占比均已超过20%，实现了从“追随”到“并驾齐驱”的转变。

根据东吴证券的数据，产业结构上，生物制药与食品及添加剂是两大核心支柱，2025年产值均超过4000亿元，合计贡献了全产业链约72%的产值。同时，合成生物制造这一前沿引擎增长迅猛。

在人工智能赋能生物制造领域，根据赛迪智库的数据，2026年全球AI在制药和生物技术领域的市场规模预计达85.4亿美元，并将以43.55%的复合年增长率迅猛扩张。在中国，合成生物制造这一前沿引擎增长迅猛，2025年产业规模已逼近1000亿元，同比大幅增长26.2%。

资本市场也持续加码，AI融合项目成为核心赛道，国内一级市场投融资活跃，国资参与度显著提升，投资逻辑正从概念关注转向对技术可实现性与商业化的综合考量。

图3 2023-2027年中国合成生物制造产业规模

数据来源：赛迪智库2025年12月

四 前瞻与挑战：AI深度融合下的机遇与瓶颈

尽管前景广阔，但人工智能与生物制造的深度融合仍面临多重挑战。首先是数据基础薄弱，上游基因序列、蛋白质结构等数据来源分散、标准不一。下游生产过程数据因缺乏统一采集共享机制而割裂，难以满足AI模型训练需求。其次是模型可解释性与验证难题，用于蛋白质设计的AI大模型可能生成评分虚高但存在缺陷的候选物，决策过程不透明制约科学认同与监管审批效率。然后是产业化转化遇阻，中试放大阶段传热传质效率下降、数据采集难度高，加之AI研发投入相对高昂，对技术大规模推广构成现实压力。最后是跨界复合人才短缺，既精通AI算法又深刻理解生物系统与产业需求的跨界人才供给严重不足。

为应对这些挑战，相关部门正在从数据、模型、转化、人才四个维度系统发力，通过构建国家级生物制造可信数据空间，建立可解释AI研发验证体系，建设集成数字孪生的国家级数字化中试平台，创新“人工智能+合成生物学”等交叉学科人才培养模式等推动行业发展。

生物制造，作为新质生产力的核心赛道，其意义远不止于创造新的产品。它是一场生产方式的绿色革命，也是一场由人工智能驱动的研发范式变革。随着全球主要经济体将其提升至未来产业战略高度，中国凭借强大的工程化能力、广阔的市场应用场景以及央地协同的政策与资本支持，正迎来从“并跑”到“领跑”的关键机遇期。

读懂生物制造，不仅是读懂一个产业的未来，更是读懂一场关于生产方式、能源结构和材料基础的深刻变革，如何在一场始于“细胞”、成于“智能”的融合浪潮中，重塑我们的世界。万亿赛道风起时，一场由“细胞之力”与“智能之光”共同驱动的工业新纪元，已然拉开序幕。（《理财周刊-财事汇》出品）

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