国际生物经济发展的趋势与特征

王宏广，朱 姝,2，尹志欣，张俊祥，李文兰

(1.中国科学技术发展战略研究院，北京 100038；2.南开大学，天津 300071；3.天津大学，天津 300072)

生物经济是建立在生物资源、生物技术基础之上，以生物技术产品、服务的生产、流通、使用为基础的经济，主要包括生物医药、生物农业、生物制造、生物能源、生物材料、生物资源、生物安全、生物服务等领域[1]。习近平总书记在2017年中央经济工作会议讲话中明确指出要培育共享经济、数字经济、生物经济、现代供应链等新业态新模式[2]。通过连续20多年对生物经济、新科技革命的跟踪研究，特别是近期对全球29个国家和地区生物技术、生物经济发展的比较研究，结合生物技术领域的技术预测、产业预测与人才预测，研究结果表明生物技术引领、多项技术共同推动的新科技革命正在加速形成，已经呈现出前所未有的新趋势、新特征。生物技术已经成为许多国家研发的重点，生物产业已经成为国际高科技竞争的焦点，生物经济正在成为新的经济增长点，生物安全将是国家安全的关键点。“生物化”正在成为机械化、电气化、信息化、智能化之后的又一个科技革命的里程碑，生物经济正在催生继农业经济、工业经济、数字经济之后的第四次产业浪潮，必将催生第四代经济大国的诞生，中华民族迎来千载难逢的历史机遇。

1 新科技革命与生物经济发展的四大趋势

21世纪以来，一些国家将政府研发经费的50%、风险投资的30%用于生物与医药领域的研究，这一领域发表了60%的论文，申请了40%的专利，贡献了19%的GDP，生物技术引领的科技革命、产业变革实际上已经来临。通过连续20多年对新科技革命和生物经济的跟踪研究，以及近期对全球五大洲29个国家和地区生物经济发展现状的比较研究，结果显示新科技革命和生物经济发展呈现出四大趋势。

1.1 生物技术已成为研发重点，颠覆性创新不断涌现

20世纪80年代以来，生物技术与医药已成为全球科学家研究的重点，也是许多国家政府研发经费支持的重点。

(1)近10年 《科学》重大技术突破生物领域占55%。自1953年沃森和克里克发现生物遗传物质DNA双螺旋结构，特别是进入21世纪以来，生命科学与医学领域的颠覆性创新不断涌现，继基因工程、蛋白工程、细胞工程、组织工程、发酵工程这五大工程技术之后，基因组学、蛋白组学、脂类组学、代谢组学、系统组学等十多种组学迅速崛起，DNA克隆、合成胰岛素、试管婴儿、转基因生物、克隆羊、人类基因组、多功能干细胞、癌症疫苗、器官再生、精准医学、人类长寿、生物合成、基因编辑、脑科学、人机接口等颠覆性技术不断涌现。我们对《科学》杂志近10年公布的年度十大科学突破统计，结果显示生命科学领域的技术突破占55%，近5年占60%，2017年占比高达70%。

(2)17个国家生物与医学论文占本国论文的50%以上。美国科学工程指标2016年数据显示，全球发表生物和医学的论文数量占所有自然科学论文总量(2006—2014年)的45.4%，且处于持续上升态势。2013年荷兰、丹麦、美国的生物与医药论文占比超过60%，瑞典、英国、加拿大等7国超过55%，瑞士、以色列、欧盟等7个国家或地区均超过50%，日本为49.8%、印度为46.6%，中国仅为34%，在我们跟踪研究的29个国家和地区中位列第28位(见表1)。

表1 部分国家生物医学论文占自然科学论文比例(2013年)

数据来源：美国科学工程指标2016。

(3)连续10年被引数最高的论文中生物与医药占58%。我们从Web of Science科学引文数据库2006—2015年的1500多万篇科学论文中检索出每年被引数最高的20篇论文，共200篇高被引论文。这200篇高被引论文的总被引数为588784次，其中生物学科为236615次，占40.2%；医药学科为106501，占18.1%；生物与医药学科合计被引数占总被引数的58.3%(见图1)。从论文数量来看，位居前四位的学科分别是生物、医药、材料、新能源。在200篇高被引论文中，生物为62篇，占31.0%；医药为54篇，占27.0%；新材料、新能源分别为26篇、22篇，分别占13.0%和11.0%；信息、物理分别为11篇和8篇，化学和天文均为6篇，数学和地理分别为2篇和1篇。生物与医药领域高被引论文数占总数的58.0%(见图2)。

图1 2006—2015年不同学科高质量论文被引数占比

图2 2006—2015年不同学科高质量论文数量占比

(4)一些国家生物医药专利占全部专利的30%以上。据OECD知识产权指标统计，2017年全球生物技术相关专利申请量占专利申请总量的18.7%，在35个细分子领域中，医药行业的PCT专利数量位居第五位，从1996年到2014年，数量增长了2.2倍。瑞士生物技术申请量在该国所有领域占比高达40.2%，医药专利申请量本国占比全球最高，在该国所有领域中达到11.5%。英国医疗技术和医药专利申请量位居该国所有领域第一位。荷兰的医疗技术专利申请量本国占比全球最高，在该国所有领域中占10.3%(见表2)。根据美国专利商标局的统计数据，2013年美国生物经济相关的专利在该国所有专利中比例达到26.3%。

(5)部分国家政府研发经费支出生物与医药占50%左右。自1976年以来，美国健康部门的研发经费已占联邦民用研发经费的40%，21世纪以来已上升到50%以上(见表3)；欧盟地平线2020计划中生物与医药研发经费占比约28%；英国医学理事会(MRC)和生物技术和生物科学研究理事会(BBSRC)研发经费占2010年七大理事会研发总经费的39%；以色列1/4以上的政府经费预算用于支持生物医药行业;中国台湾地区政府研发经费的49%投向了生物医药[3]。

(6)美国风险投资最多的领域是生物与医药。我们对2014年美国风险投资主要领域进行分析后发现，生物与医药是风险投资投入最多的领域。从风险投资企业数量分析，生物与医药领域占27.0%，是占比最高的领域；从投资金额分析，生物与医药领域占22.9%，也是占比最大的领域(见表4)。

1.2 生物产业是高科技竞争的焦点，政府首脑亲自挂帅

(1)许多国家领导人亲自兼任生物技术相关机构负责人。为加速生物技术、生物经济发展，培育新经济增长点，许多国家领导人、政府首脑亲自担任生物有关技术研发与产业化机构的负责人。中国于2004年成立了“国家生物技术研究与产业化领导小组”，国务委员兼任负责人。美国现任总统特朗普之前的几位总统都十分重视生物技术发展，克林顿亲自参加全球生物产业大会。小布什明确提出“美国要领导未来世界，必须依靠生物技术”，任期内把国家健康研究院的研发经费增加了50%。奥巴马把总统科技顾问委员会主席由物理专家主导，变为由生物专家主导。日本政府提出“生物产业立国”战略，前首相小泉纯一郎在任时兼任“生物产业战略研究会主任”。德国政府在西方国家中率先发布了“国家生物经济战略报告”。韩国总统提出要“举全国之力发展生物技术”。马来西亚成立了“生物技术与生物多样性保护委员会”，总理亲自担任主任。泰国成立了“国家生物技术政策委员会”，前总理担任“国家生物技术委员会主任”[4]。新加坡已退休国防部长曾兼任生物技术相关机构负责人。古巴政治局委员曾担任国家生物技术研究所所长[5]。印度早在1983年就已成立生物技术局[6]。中国台湾地区在1996年就专门成立了生技医药产业推动小组。

表2 部分国家生物技术专利申请量本国占比(2013—2015年) 单位：%

数据来源：OECD，世界知识产权指标2017。

表3 美国卫生部门占研发经费的比例 单位：%

数据来源：美国科学工程指标2016。

表4 美国风险投资重点行业分析(2014年)

数据来源：美国国家风险投资协会报告。

(2)许多国家政府发布生物经济蓝图或规划。中国2004年开始制定《国家生物技术研究开发与产业规划纲要》，“生物产业”在《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中首次被写入政府文件，2017年中央经济工作会议文件第一次明确提出培育“生物经济”新模式新业态。欧盟2008年出台“生物经济2020”，2012年再次出台“生物经济2030”；美国政府2012年4月出台《生物经济蓝图》，加速生物技术向产业转化；英国政府2010年发布《生物科学时代：2010—2015战略计划》，2016年再次发布《生命科学产业战略》；德国政府2012年推出“国家生物经济研发战略2030”；日本发布“延续国民健康生命”战略，这是《日本复兴战略》的四大核心战略之一；俄罗斯政府推出《俄罗斯联邦生物技术发展工作计划2012—2020》；印度政府2014年再次颁布《国家生物技术发展战略》；以色列、巴西、南非等国也纷纷推出相关发展战略[7-8](见表5)。

1.3 生物经济正在成为新经济增长点，市场潜力约为信息产业的10倍

(1)国内外生物相关产业增速都是GDP增速的一倍以上。2016年全球医药市场规模(不含医疗器械)已达到11100亿美元，2011—2016年复合增长率高达6%[9]，比全球经济增速高一倍。8666亿元增长了2.42倍。2016年医疗总费用46344.9亿元，比2008年的14353亿元增长了2.23倍，而同期中国GDP由31.40万亿元增加到74.35万亿元[11]，只增加了1.36倍，医药工业、医疗总费用增长速度分别是同期GDP增长速度的1.8倍和1.6倍。

表5 部分国家发布的生物经济或生物产业发展战略

(2)生物经济的市场潜力将是信息产业的10倍左右。生物产业是朝阳产业，2006年我们就预测生物经济的市场潜力是信息产业的10倍左右，这一预测已得到许多部门与专家的认同[12]，目前百度搜索生物经济市场潜力相关论文、信息达22万条。

美国是生物经济最发达的国家，2016年医疗卫生支出占GDP的17%，转基因玉米、大豆等生物农业占GDP的1.2%[13]，生物能源、食品添加剂等生物产业占GDP的0.4%，生物经济总量占GDP达到18.6%，生物产业已经成为美国的支柱产业，也是经久不衰老的朝阳产业。

中国2014年医疗卫生支出仅占GDP的5.7%，人均医疗支出420美元，与美国人均医疗支出相差8983美元。按13.4亿人口计算，相当于仅医疗支出这一项就相差12.4万亿美元，是中国2016年GDP(11.46亿美元)的1.08倍。

1.4 生物安全将成为国家安全的关键，生物武器威胁巨大

生物安全主要是指现代生物技术从研发到产业化过程中的安全性问题。当前转基因生物安全、生物多样性下降等问题已引起国际社会的广泛争论，但是对人类发展潜在的、最大的安全问题是生物武器或生物战争。二战期间日本灭绝人性的“731”部队研发生物战剂，炭疽病菌使人的死亡率高达100%。近年来又出现了埃博拉病毒、SARS、寨卡等高致病性病菌，甚至还有国家研究曾经导致欧盟人口减少1/3的“西班牙流感病毒”或研究人工合成各种生物战剂。与核武器、化学武器相比，生物武器不易检测与防控、容易传染与扩散，能在不破坏城市建筑物、不伤害自己的情况下消灭敌人。所以，生物武器可能成为未来战争的主要武器，防御生物战争、保障生物安全已经成为未来国家安全的关键。美国在911恐怖事件之后提出了“生物盾牌计划”[14]，计划10年安排56亿美元研究生物战剂及疫苗。

2 新科技革命与前几次科技革命明显不同

生物技术引领，材料、能源等技术共同推动的新科技革命与机械化、电气化、信息化等工业科技革命有明显不同，生物经济与工业经济、数字经济也有明显不同。

2.1 推动科技革命的基础科学不同，生命科学成为主导学科

推动科技革命的核心学科将由物理学转向生命科学，这是新科技革命最根本、最本质的特征。推动机械化、电气化、信息化以及未来智能化的基础性、引领性学科是物理学、数学、化学等学科，而生物技术引领的新科技革命的基础学科是生命科学，材料、数学、信息等科学仍将发挥重要的支撑作用。推动前几次科技革命的技术基本上是单一技术，而生物技术引领的新科技革命可能是多项技术，是一次综合性的科技革命。

2.2 推动社会经济发展方式不同，替代体力脑力转为延长寿命

机器化、电气化、自动化推动人类社会与经济发展的主要方式是通过机械替代部分人类体力劳动，减轻体力劳动强度，进而提高劳动生产率；信息化、智能化的作用主要方式是通过增强人类脑力，替代部分脑力劳动，提高资源配置效率，进而提高劳动生产率；而生物技术引领的新科技革命将是通过延长人类生命、延迟退休，进而大幅度提高劳动生产率，改善人类生命质量，促进人类自身与人类社会的共同进步。

2.3 研究重点与对象不同，从死的物质转向活的生物

前几次科技革命，特别是工业技术革命的研究重点是死的物质，而新科技革命的研究重点将转向活的生物。也就是说未来科学研究重点将由研究物质运动规律转向研究生命运动规律，研究生物生长、发育规律与调控机理。工业科技革命以来，科学研究的主要对象是没有生命的，如钢铁、机器、飞机等，即研究“死的东西”(机器)多了，研究“活的东西”(生物)少了，研究人类身体之外的东西多了，研究人类自身少了。

2.4 研究目标不同，从改变认识自然转向认识人类自身

前几次科技革命的研究目标主要是认识物质世界、改造物质世界，而新科技革命的研究目标主要是认识生命规律、调控生物世界、服务人类健康。也就是说，研究目标由认识世界、改变世界转向认识生命规律与改变人类自身。前几次科技革命的主要目标是推动工业化、城市化，新科技革命对人类自身、生态改善、社会伦理、国家安全等的影响将远远超过前几次科技革命，不但会改变自然世界，更重要的是将改变人类自身，人类长寿将成为新科技革命最显著的特征和最大贡献。

2.5 市场潜力不同，生物经济的潜力可能是信息产业的10倍

生物经济涉及健康、农业、生物制造、能源、环境、生物资源、生物安全、生物服务等10个领域，初步测算，生物经济的市场潜力将是信息产业的10倍以上，必将催生继农业强国、工业强国、信息强国之后的第四代科技强国、经济强国。

2.6 商业模式不同，“赢者通吃”的商业规则有所改变

生物经济与工业经济、数字经济比较，具有几个明显的特点，一是资源依赖性强，生物能源、生物农业、生物资源开发、生物制造等领域都依赖于生物资源、功能基因，这就为生物资源丰富的国家提供了机遇；二是技术垄断性强、市场垄断性差，“赢者通吃”的商业规则将有所改变。信息产业的商业规则是“赢者通吃”，芯片等硬件被英特尔、高通等公司高度垄断，系统操作软件等基础软件则被微软垄断。一台电脑只能用一种芯片、一类操作系统，而一种疾病则可采用不同的临床方案和药品。生物经济一定程度上会改变“赢者通吃”的商业规则，为技术落后的后发国家留有一定的市场空间。

参考文献：

[1]王宏广.试论“生物经济”[N].科技日报，2003-11-03(3).

[2]习近平.在2017年中央经济工作会议上的讲话[R].2017.

[3]张俊祥.新一轮科技革命对中国生命科学发展的重要性[J].中国医药导报，2015(06).

[4]陈波.泰国农业生物技术发展概况和生物安全管理[J].农业科技管理，2009，28(5):93-94.

[5]王宏广.中国的生物经济[M].北京：中国农业科学技术出版社，2010.

[6]毕亮亮.印度后金融危机时期发展新兴产业的“势”与“术”[J].全球科技经济瞭望，2014，29(5):52-55.

[7]科学技术部.2015中国生物技术和产业发展报告[R].北京:科学出版社，2015:11.

[8]楚宗岭,曾海燕,邓心安.国际生物经济战略透视[J].中国生物工程杂志，2013，33(2):111-116.

[9]前瞻产业研究院.中国医药行业“十三五”市场前瞻与发展规划分析报告[R/OL].2016.https://www.qianzhan.-com/analyst/detail/220/170306-7f84abf3.html.

[10]中华人民共和国工业与信息部.2016年医药工业主要经济指标完成情况[EB/OL].http://www.miit.gov.cn/n1146290/n1146402/n1146455/c5594232/content.html.

[11]中华人民共和国国家统计局.2017中国统计年鉴[M].北京:中国统计出版社，2017.

[12]王宏广.生物经济推动第四次产业革命的浪潮[J].生物技术产业，2006(3).

[13]美国农业部.美国2016年农作物面积统计数据[EB/OL].2016.http://usda.mannlib.cornell.edu/MannUsda/-viewDocumentInfo.do?documentID=1000.

[14]田德桥，朱联辉，黄培堂.美国生物防御战略计划分析[J].军事医学，2012(10).