◆ “加快农业生物育种创新,构建现代种业创新体系,是贯彻落实中央决策部署实现种业科技自立自强的关键举措,是实现种源自主可控的根本路径。”
◆ 目前我国水稻、小麦、大豆、油菜、棉花等农作物生产用种均为自主选育,玉米自主选育品种面积占比提高到了 91%,蔬菜提高到了 87% 以上。良种对作物增产贡献率达45% 以上,为保障国家粮食安全和重要农产品有效供给提供了强有力种源支撑
◆ 精细定位和克隆了一批重要性状的有利基因,到目前已掌握具有重大育种价值的新基因 396 个,正在逐步打破跨国公司的基因垄断,抗病虫、耐除草剂、优质、高产、资源高效利用等基因为生物工程和分子定向设计育种提供了重要基因资源
用生物技术攥紧中国种子
只有用自己的手攥紧中国种子,才能端稳中国饭碗,才能实现粮食安全。种源要做到自主可控,种业科技就要自立自强。
“加快农业生物育种创新,构建现代种业创新体系,是贯彻落实中央决策部署实现种业科技自立自强的关键举措,是实现种源自主可控的根本路径。”中国农科院原副院长、中国工程院院士、现代农业产业技术体系种业共性技术创新团队首席专家万建民接受《瞭望》新闻周刊专访时表示。
经过几十年发展,我国农作物种业科技创新水平已步入跟踪、并跑和领跑并存的新阶段,已建立较完善的农业生物育种技术体系。农作物保存资源总量突破52万份,重要性状形成的分子机制等基础研究位居国际前列,杂种优势利用、倍性育种、诱变育种、分子育种等关键技术快速发展与应用,选育的动植物新品种基本满足了农业生产需求。
与种业发达国家相比,我国生物育种科技资源分布较为分散,集团式协同创新不足,面临加强原始创新能力和强化产业发展等挑战。万建民建议,加快构建以科研单位为主体的基础性研究和以企业为主体的技术创新“双轮驱动”现代种业创新体系,用生物育种技术攥紧中国种子。
生物育种是打赢种业翻身仗的关键
问：生物育种技术在保障粮食安全中能起到什么样的作用？
万建民：生物育种是现代农业生物技术育种的统称,主要包括利用转基因、基因编辑、全基因组选择、细胞工程、合成生物等技术,对动植物开展高效、精准、定向遗传改良和品种培育。推进生物育种产业化是促进现代种业高质量发展,保障国家粮食安全和重要农产品有效供给的必然选择。
历史上,矮化育种、杂种优势利用等每一次种业技术变革能使水稻产量提高10%～15%以上。当前,现代生命科学和生物育种技术创新加快突破,基因编辑、转基因、全基因组选择等生物技术(BT)与大数据、人工智能等现代信息技术(IT)交叉融合,形成了以 BT+IT 为典型特征的高效农业生物育种技术体系,驱动现代育种技术快速变革迭代,孕育着新一轮农业科技革命。
发展生物育种技术是保障粮食安全的必要举措。中国 14 亿人口,每天要消耗 70 万吨粮、9.8 万吨油、192 万吨菜和 23 万吨肉。据预测,到 2030 年我国粮食和肉蛋奶生产能力须分别提高 20% 和 30% 以上才能更好满足民众需求。要实现粮肉蛋奶的新一轮产量和品质跨越,关键在于生物育种技术变革。
生物育种技术是破解我国农业发展面临的资源短缺和环境约束的重要措施。
当前,生物育种创新已经上升为国家战略。党的十九届五中全会提出,瞄准生物育种等八个前沿领域,实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。2021年,中央深改委第二十次会议审议通过《种业振兴行动方案》。这是继1962年出台《关于加强种子工作的决定》后,中央再次对种业发展作出全面部署,是种业发展史上具有里程碑意义的大事。
问：我国生物育种技术已经取得了哪些进展？
万建民：近年来,“十三五”国家重点研发计划七大农作物育种专项、农业农村部国家良种重大科研联合攻关及转基因生物新品种培育重大专项等国家科技计划的顺利实施,初步构建了以公益性科研院所和大学机构为支撑、以种业企业为主体的种业创新体系,从种业基础理论、前沿核心技术、共性关键技术、品种创制与示范应用等实施全产业链联合攻关,取得显著成效。选育推广了机收籽粒玉米、高产高蛋白大豆、优质多抗水稻、高产节水抗病小麦,以及特色优质专用等一批突破性新品种。总体上来说,目前我国水稻、小麦、大豆、油菜、棉花等农作物生产用种均为自主选育,玉米自主选育品种面积占比提高到了91%,蔬菜提高到了87%以上。良种对作物增产贡献率达45%以上,为保障国家粮食安全和重要农产品有效供给提供了强有力种源支撑。
第一,开展了农作物种质资源的规模化表型精准鉴定与全基因组基因型鉴定,为新品种选育及基础研究提供了重要物质基础。
第二,精细定位和克隆了一批重要性状的有利基因。发现了控制番茄风味遗传的关键基因位点,揭示了水稻广谱抗稻瘟病与产量平衡的新机制,解析了水稻抗褐飞虱新机制,克隆了小麦太谷核不育和水稻耐冷基因,绘制了小麦D基因组精细图谱。到目前已掌握具有重大育种价值的新基因396个,逐步打破了跨国公司的基因垄断,抗病虫、耐除草剂、优质、高产、资源高效利用等基因为生物工程和分子定向设计育种提供了重要基因资源。
第三,在农作物基因编辑、单倍体育种等核心关键育种技术上取得明显突破。创建了作物基因组单碱基编辑技术体系,完善建立了玉米单倍体育种和主要农作物智能雄性不育等新技术；基因操作技术发展突飞猛进,我国通过专项实施建立了完整的转基因育种技术体系,研发能力进入世界第一方阵,突破一批关键核心技术瓶颈,主要动植物遗传转化效率达国际先进水平,粳稻遗传转化效率提高到80%以上、小麦提高到20%、大豆和玉米达到10%以上；规模化转基因技术体系逐步形成,加速了农作物高效育种体系的快速应用。
第四,综合利用植物分子设计、染色体细胞工程、诱变与常规育种及杂种优势利用等育种技术。培育出一批精品优质水稻、抗旱抗病小麦、高产机收玉米、早熟优质蔬菜等农作物新品种并大面积推广应用；国产抗虫棉市场份额提高到99%以上。4个耐除草剂大豆和7个抗虫耐除草剂玉米获得生产应用安全证书。我国自主研发的耐除草剂大豆获准在阿根廷商业化种植。抗虫大豆、耐旱玉米、抗虫水稻、耐旱小麦、抗蓝耳病猪等已形成梯次储备。
短板犹存
问：国际上生物育种发展态势如何？
万建民：世界主要种业强国正推动精准化、高效化、智能化种业科技革命,进入了智能设计生物育种 4.0 时代。
全球生物种业迅速发展。自 1996 年批准转基因生物商业化种植以来,全球种植转基因作物已经累计达到 400 多亿亩,有 29 个国家种植转基因作物,另外还有 40 多个国家和地区进口转基因农产品。作物种类已由玉米、大豆、棉花、油菜等4种扩展到马铃薯、苜蓿、茄子、甘蔗、苹果等 32 种。
世界各国纷纷将生物育种确定为国家发展战略。2018 年,美国出台《美国创新战略》,将生物精准育种列为未来农业发展的主要方向,投入巨资推动生物种业发展。欧盟制定地平线计划(2021-2027年),投入1000亿欧元,将农业生物技术研发列为重要方向。德国拜耳(原孟山都公司)、美国科迪华(原杜邦先锋公司)等为代表的国际大型跨国种业巨头加大研发投入,形成了一定的市场优势。科迪华在玉米领域拥有全球四分之一的分子育种专利、掌握了 60% 以上的种质资源。拜耳的转基因育种技术全球领先,具有强大竞争力。
问：与国际生物育种技术发展水平相比,我们还有哪些短板？
万建民：首先,基础研究和关键技术原创还需加强。大部分物种的基础研究尚在跟跑,重要性状形成的遗传基础与调控网络研究不系统,作物育种依旧缺乏具有重要育种价值的关键基因,类似具有重大育种利用价值的 Bt 抗虫基因较少；基因编辑工具、合成生物元器件、全基因选择预测模型、人工智能算法等关键技术原创不足。美国已开始迈入生物技术和人工智能技术深度融合的智能设计生物育种 4.0 时代,我国尚处于表型选择 2.0 时代到分子育种 3.0 时代的过渡阶段。
其次,我国农业生物种质资源精准鉴定和优异资源挖掘不够,缺乏优异新种质,遗传基础狭窄,遗传改良进展缓慢,限制了品种源头创新。例如水稻拥有 10 余个不同基因组的野生种,但除了少数不育基因、抗病和抗虫基因得到利用外,众多基因有待发掘。
再者,重大产品缺乏。国际生物技术产品迭代升级加速,多基因叠加产品不断涌现,我国玉米、大豆、生猪、奶牛、肉鸡等新品种培育差距明显。适应新时期农业特点的重大品种迭代滞后,也缺乏适应农业高质量发展的绿色宜机轻简化品种。部分核心种源受制于人,种业安全存在潜在威胁。
构建现代化种业创新体系
问：加快发展生物育种技术,构建现代化种业创新体系,你有哪些建议？
万建民：我国现代种业创新体系开始形成,但与发达国家已建成全球布局的一体化现代育种体系相比,种业创新体系顶层设计不足,基础研究、技术创新、品种培育的创新链与产业链有机衔接不畅,种业企业整体创新能力弱、规模小,育繁推一体化的商业化育种机制尚不健全。亟待构建以科研单位为主体的基础性研究和以企业为主体的技术创新“双轮驱动”现代种业创新体系。加强种业基础性公益性研究,改革科技成果评价体系,强化种业企业育种创新主体地位。
一方面,精心谋划好生物育种创新顶层设计。重点解决好生物种业科技基础研究和前沿技术的源头创新,支撑突破性重大品种的培育。建议加快实施农业生物育种重大项目,加大对生物育种与产业化发展的支持力度,在种业“卡脖子”核心技术领域抢得先机,取得主动权；加快布局生物种业国家实验室,开辟种业发展国际“新赛道”。
另一方面,科学规划好生物育种创新主攻方向。聚焦水稻、小麦、玉米、大豆、油菜、猪、牛、羊、鸡等关键物种,加强种质资源精准鉴定,强化重要性状分子机理解析,克隆具有重大育种价值的优质、抗病虫、耐逆、养分高效新基因；研发源头创新的基因编辑新工具和全基因组选择预测新模型,攻克多基因定向表达、靶向合成生物、人工智能设计等前沿关键技术；构建种业全链条溯源,高通量、智能化大规模筛选测试等种业科技创新支撑体系,促进高质量生物育种创新应用。
再者,培育更多大而强的领军企业。我国农作物种企有 7000 多家,但多数规模小、竞争力不强,全球种业前 10 强中,中国种企只占 2 席,分别是先正达集团和隆平高科,亟待培育更多大而强的领军企业。同时加大新修订种子法的实施力度,强化知识产权保护,激励企业加大研发投入。