加强种业科技创新 保障中国粮食安全

李家洋

加强种业科技创新 保障中国粮食安全

李家洋

专家简介：

李家洋，中国科学院院士、发展中国家科学院院士、美国科学院外籍院士、农业部副部长、中国农业科学院院长。植物分子遗传学家。

曾获“国家杰出青年基金”、中国科学院“百人计划”、国家自然科学委员会优秀团队研究基金。2004年获全球华人生物科学家大会生命科学成就奖和何梁何利生命科学奖，2005年获国家自然科学奖二等奖、发展中国家科学院讲演奖、长江学者成就二等奖，2011年获美国植物生物学家协会终身会员奖。

新中国成立以来60余年的实践证明，农业科技为我国粮食安全和农业农村发展发挥重要支撑和引领作用。先后成功培育1万余个粮棉油等新品种，推动主要粮棉油品种更新换代5-6次，为粮食和主要农产品安全供给提供了物质基础保障。突破了稻飞虱、小麦条锈、蝗虫、禽流感、口蹄疫等防控技术，农业重大病虫害得到有效控制。突破了水盐监测、土壤改良等技术，促进了盐碱化、涝渍化、酸化等中低产田改造。全国耕种收综合机械化率已达到54.5%，推进农业生产方式由人畜力为主向机械作业为主的历史性跨越。农业科技贡献率由“一五”时期的19.9%，提高到2011年的53.5%，科技进步成为推动农业发展的主要力量。

我国是农业生产大国和用种大国，生物种业是国家战略性、基础性核心产业，是促进农业长期稳定发展保障国家粮食安全的根本。60余年来，我国生物种业取得了长足发展，农业品种改良技术和选育水平显著提升，良种繁育、加工及供应能力显著提高，良种科研体系和种子产业体系初具规模，种子企业实力逐步增强，管理体制与机制日趋完善。但是，整体上看，我国生物种业面临着严峻的挑战：种业科技创新能力还不够强，种子企业研发能力相对较弱，育种资源和高端人才不足，良种繁育基地基础设施相对薄弱，抵御灾害能力较低，种子市场监管技术和手段比较落后，与国际大型种业公司差距较大。

一、种业在粮食安全中的作用与贡献。

粮食是人类赖以生存的最基本的生活资料，是特殊的商品和重要的战略物资，是经济社会发展、社会稳定和国家安全的基础。粮食安全始终是关系我国国民经济发展、社会稳定和国家安全的全局性重大战略问题。

（一）世界谷物生产基本形势。

1.世界谷物生产总体情况。

谷物供求总体平衡。近50年来，世界谷物总产得到较快发展：1961年谷物总产为8.77亿吨，2010年达到22.39亿吨，提高了1.55倍；世界人口从1961年的30.86亿，提高到2010的68.96亿，增长了1.23倍。总体上看，谷物增长超过了人口增长幅度。

近年来供求逐渐趋向紧张。具体分析50年的形势：前25年，谷物年均增长2.58%，人口年均增长1.83%，谷物增长速度明显快于人口增长速度；后25年，谷物年均增长1.16%，人口年均增长1.46%，虽然人口增速放缓，但是谷物增长速度明显低于人口增长速度。同时，由于部分国家和地区的经济发展，消费结构改变引起的人均谷物需求却在增加，谷物供给逐渐恶化，使世界粮食安全的总体状况日益堪忧。

2.世界谷物生产的基本特点。

谷物总产的提升主要依靠谷物单产提高。1961年世界谷物的播种面积是64799.79万公顷，而2010年世界谷物的播种面积是68189.56万公顷，仅增加了5%，可以说，50年来世界谷物播种面积基本没有发生大的变化。而谷物总产却从1961年的8.77亿吨提高到2010年的22.39亿吨，增加了1.55倍。进一步分析总产、播种面积和单产的年均增速，发现三者的增长率具有明显的协同性特征。可以从图1中看出：世界谷物单产和总产的关系最为密切，二者无论是在增长的周期还是变化的相位上都表现出严格的一致性，特别是在增长区间、年平均增速、最大增速、最小增速、以及增加年份和减少年份等主要指标上都表现出明显的一致性。

世界谷物播种面积波动直接造成谷物总产的不稳定性。剔除播种面积对产量影响的延迟效应，可以发现世界谷物的周期性和粮食总产的波动周期非常吻合，如图1所示。由此可见，粮食总产的阶段性增长主要是受播种面积的阶段性波动所致。

图1、世界谷物生产变化趋势

（二）中国粮食生产基本形势。

1.中国粮食生产基本状况。

粮食安全总体状况得到改善。经过60年的努力，粮食总产从1949年的1132亿公斤提高到2011年5712亿公斤，同期人口数量由5.4亿增长到13.45亿，人均占有粮食由209公斤提高到426公斤。

粮食总产的提高，主要是依靠单产的提高。1949年-2011年，中国在粮食播种面积基本持平的情况下，粮食产量却增加了4倍。同时，粮食单产从1949年的68.6公斤/亩，提高到2011年的344公斤/亩，增长了4倍，因此粮食总产量的提高，基本来自于单产的提高。

图2、我国粮食生产变化趋势

2.中国粮食生产特点。

粮食产量和消费量基本保持了同步增长。总体上看，与世界情况不同，60年来粮食增长持续高于人口增长，我国近25年粮食总产增长速度也一直持续高于人口增长速度。我国居民的基本生活需求和粮食安全得到了较充分的保障。但是改革开放以来，我国工业化和城镇化发展迅速，人民生活水平不断提高，粮食消费水平和结构发生了新变化，粮食持续稳定增产难度加大。

粮食播种面积波动，直接造成粮食总产波动。粮食播种面积是保障粮食产量的必要条件。剔除播种面积对产量影响的延迟效应，可以从图2中发现，我国粮食总产量的周期性波动与粮食播种面积波动性高度相关。

3. 科技进步对粮食生产的贡献。

我国粮食总产的增加具有明显的阶段性。依据科技进步特征，大致可以分为三个阶段：20世纪50年代至70年代，主要依靠抗病育种和矮秆品种选育等措施，提高作物耐高水肥特性，推动粮食亩产从不足70公斤提高到150公斤以上；20世纪70年代至90年代，主要依靠杂种优势利用和细胞工程技术，推广大面积的杂交品种，推动粮食单产从150公斤提高到300公斤；20世纪90年代以来，主要依靠常规技术与生物技术相结合，推动粮食单产从300公斤提高到344公斤左右。但是，由于新品种增产潜力与配套生产技术有待进一步集成，近些年粮食单产增幅有些放缓。

（三）种业对粮食安全的贡献。

良种对粮食增产的贡献最大。根据中国农业科学院农业经济与发展研究所测算：在1978年-1996年间技术进步对粮食单产提高的总贡献中，推广优良品种所占的份额达到了33.8%，其所起的作用在粮食产量的各个台阶中依次增大。在1978年-1982年和1983年-1984年的连续两个台阶中，良种的贡献份额为30%，在1985年-1993年和1994年-1996年的两个台阶中分别为35%和38%。中国种业知识产权联盟发布《中国种业知识产权调查报告》提到，近年来我国品种选育推广水平稳步提升，良种增收能力显著增强，良种对粮食增产的贡献率超过了40%。

良种的科技固化程度最高，易被农民接受和利用。通过良种把大量的现代复杂技术直接固化到种子里面，使之转化成相对简单的易于被农民接受和利用的技术。目前我国良种覆盖率已经超过95%。

良种是良种良法良田等增产技术的核心。水、土、肥资源及其调控、病虫害综合防治等生产技术，以及物质、资金、劳动力等要素投入，都是围绕“良种”这个中心要素进行统筹。因此，良种是良法、良田等技术措施的核心。同时，所有这些技术，最终是依靠品种来实现其最终的生产效益。

二、国内外种业科技及种业发展态势。

（一）国外种业发展历程、成就与态势。

1. 发达国家种业发展阶段分析。

世界种业发展历程可以概括为三个主要阶段：

（1）公益性种业发展阶段（1920年-1970年）：本阶段的典型特征是公立机构主导育种科研与种业发展。20世纪20年代，美国成立“作物品种改良协会”，开始了作物品种改良和种子生产。在随后的近50年里，美国玉米新品种等育种科研与种业发展基本上多由州立大学和科研机构主导，政府管理的种子认证系统成为农民获得良种的唯一途径。

（2）商业化种业发展阶段（1971年-1990年）：本阶段的典型特征是技术创新和产权保护促进种业商业化发展。20世纪70年代，技术创新和产权保护催生了种业的商业化发展。种业经营开始向以私立机构为主转变。通过完善立法实行新品种保护，促进了种业市场化。杂种优势利用等新技术的引入，使得种业公司朝着大型化和科研—生产—销售—服务一体化的商业化方向发展。

（3）全球化种业发展阶段（1991年-至今）：本阶段的典型特征是高新技术引领与兼并重组驱动种业全球化发展。20世纪90年代以来，大型财团的兼并重组助推了育、繁、推一体化的跨国种业公司的迅速崛起，而以生物技术为代表的高新技术的广泛应用，使得种业的国际化发展趋势日益加强。据统计，全球前十强公司中有3家美国公司、5家欧洲公司、2家日本公司，前四大种子公司仅在种子业务上的总收入已达到143.8亿美元，占据39%的全球种子市场份额。

2. 发达国家等种业发展特征与育种成就。

美国是世界种业发展的开拓者和引领者，其种业发展具有“全球战略、创新引领、产品输出”的典型特征。通过面向全球开展研发、种子生产和招聘管理人员，加速种业科技创新资源集聚，推动研发市场全球化；集成农业部科研机构、大学农业科研所和企业科研中心的技术优势及国家特惠政策，组成国家种业科技创新组织体系，以杂种优势利用和生物技术引领种业科技创新前沿；依靠知识产权保护战略，进行本土保护和产品输出。

孟山都公司1998年通过兼并美国嘉吉公司国际种子业务，成为了当时的世界第二大种子公司。进入21世纪以来，其巨额投入生物育种技术研发与应用，抢占种业科技制高点，引领生物种业发展方向，收入利润巨幅增长，现已超越杜邦先锋成为全球最大种业和植保公司。在转基因领域具有绝对优势，拥有抗农达玉米、棉花和大豆等众多优势产品。

先锋公司一直是国际种业巨头，虽然目前落后于孟山都公司屈居第二，但其先进的“科研、生产、推广、销售一体化”发展模式一直成为行业发展的典范：建立了数字化、程序化和永久性的育种材料收集、管理和利用体系；拥有集约化的“高通量转基因”、“高通量基因功能评价”、“高通量分子标记”等分子育种创新平台；实现了规模化、工厂化的“实验室→人工气候室→智能温室→田间”流水线式的运作；具备了高效“研发→产品→生产加工→销售→服务”产业发展运行体系 。

3. 发达国家种业发展态势。

目前，发达国家对于种业的科研投入在不断加大，种业科技创新已经覆盖全产业链，行业的集中度大幅提升，全球种业市场的竞争日趋激烈。从总体上看，发达国家种业发展态势主要体现在两个方面，一是政府政策引导下的院校基础性研究与企业投资的生物种业合理分工、紧密配合，种业科技创新体系愈加完善；二是抢占育种战略制高点的内在需求，驱动种业高新技术、金融资本、市场机制等各要素集聚，企业兼并重组与种业全球化发展愈加活跃。

（二）我国种业发展历程、成就和态势。

1. 我国种业发展历程。

我国种业发展具有三个明显的阶段：第一阶段为1990年以前，种业完全实行计划管理，科研、繁种、推广、经营是割裂的四个环节；第二阶段是20世纪90年代，以实施“种子工程”为标志，种业开始向市场化转变，多种类型种子公司出现；第三阶段是新世纪以来，基本标志是2000年颁布《种子法》，从此种业进入市场化发展阶段，企业逐步成为种业发展的主体。

2. 我国种业发展成就。

60多年来，我国育种理论和技术不断进步，创新成果不断涌现与应用，形成了较完善的科技创新体系和产业发展体系。我国杂交优势利用技术一直处于国际领先地位，并不断取得新的突破。水稻、玉米等高效规模化遗传转化技术，作物抗病优质多基因的分子标记聚合选择技术、细胞工程技术、航天生物技术等取得显著突破，并运用于新品种培育，促进了我国种业科技水平的不断提升。超级稻品种年种植面积突破1亿亩，大幅度提高了水稻生产力。利用细胞工程技术培育出抗病优质小麦、水稻、蔬菜等作物新品种200余个，累计种植超过2亿亩。截至2010年底，已育成并审定转基因抗虫棉品种200多个，累计推广面积达4.6亿亩，使国产抗虫棉份额达到93%。一系列重大新品种的产业应用为我国粮食生产实现“八连增”做出了重要贡献。

3. 我国种业发展态势。

首先，国家陆续推出了一系列促进生物育种产业发展的政策措施，为种业发展创造了良好的政策环境。生物育种被列入《国家战略性新兴产业发展“十二五”规划》；2011年国务院颁布了《关于加快推进现代农作物种业发展的意见》，确定了种业作为国家战略性、基础性核心产业的地位；2011年、2012年中央一号文件分别就推进种业发展、着力抓好种业科技创新等工作进行了重点部署。政府对种业的重视激起了社会各界的极大关注与热忱，中央政府、地方财政和社会资本等多元化投入种业及种业科技创新的比重不断提高，科技进步使得我国生物育种的理论与技术水平明显提升。目前我国种业市场80亿美元，为世界第二大种业市场，未来十年还将翻一番，利润年增长率将超过20%。总体来看，我国种业发展面临难得的历史机遇和巨大的市场拓展空间。

其次，科技进步为现代生物育种提供了理论和技术。我国农作物种质资源储备总量为41万份，位居世界第二，为形成种业基因资源优势奠定了基础。各类“组学”方法和高通量、高效转化技术平台等，为功能基因、分子标记以及分子设计育种等提供了重要方法和手段。

第三，多元化投入力度不断加大，保障种业快速发展。我国经济持续快速发展，中央政府投入种业及种业科技创新的比重不断提高。地方财政资金投入种业的力度不断加大。良好利润回报，驱动社会资本纷纷投入种业。

第四，种业市场空间巨大，驱动种业创新发展。据预测，未来十年全球种业市场份额将达到500-800亿美元；目前中国种业市场80亿美元，为世界第二大种业市场，未来十年还将翻一番；同时，种业利润年增长率将超过20%。

三、强化种业科技创新确保粮食安全。

（一）我国种业发展面临的机遇与挑战。

1. 保障国家粮食安全和建设现代农业，对我国种业发展提出了更高的要求。

首先，粮食安全要建立在“高产、稳产、优质、高效、生态、安全”的基础上。《中共中央关于推进农村改革发展若干重大问题的决定》明确提出，发展现代农业，必须按照“高产、优质、高效、生态、安全”的要求，加快转变农业发展方式，推进农业科技进步和创新。这里我加个稳产，我认为也是很关键的，没有稳产的高产是不持久的，是不可持续的。只有建立在高产、稳产、优质、高效、生态、安全基础之上的粮食安全才是真正的安全。

其次，资源、环境双重约束，要求通过科技调整产业结构、转变发展方式。众所周知，我国人均耕地、水等资源量稀缺，随着时间的推移，这种约束性必将进一步加重。促进农业发展、保障粮食等农产品供给决非易事，根本出路在于依靠科技，转变生产方式，加快推进现代农业建设，不断提高农业综合生产能力。

第三，在满足人口不断增加的粮食刚性需求同时，还要满足不同人群、不同消费结构变化趋势的需要。预测2020年，我国粮食需求总量将达11450亿斤。按照粮食自给率95%以上测算，2020年粮食综合生产能力需要达到10800亿斤以上。随着我国城镇化、工业化进程加快，人们生活水平不断提高，不仅以粮食为主的饲料、食品、化工等需求量持续上升，而且人们对粮食等农产品的品质、品种类型、花样等有了更多需求。

2. 种业布局带来的机遇和挑战。

首先，我国经济社会加速发展，给生物种业提供了巨大的发展空间。其次，跨国种业巨头正加快在中国布局，抢占中国种业市场的的空间，中国种业发展面临严峻挑战。第三，我国种业自主创新能力有待进一步提高，核心竞争力有待进一步加强，必须加快中国种业科技发展进程。

3. 生物技术等高新技术迅猛发展带来的机遇和挑战。

首先，我国农作物种质资源优势明显，为生物育种产业持续发展提供了重要基础。我国已建成了一批现代化的作物种质保存体系，国家种质库(圃)目前共安全保存41万份种质资源，拥有的作物种质资源数量已跃居世界第二位；一批创新种质和优异基因在育种上得到应用，为育种创新奠定了物质基础。

其次，全球种业创新要素重新配置，为我国种业发展带来难得机会。随着种业全球化的不断推进，种业创新要素加速流动，已经突破国境进行布局。我们必须集中整合行业优势资源，提高种行业研发、产业投入的整体投资效率。

第三，生物组学发展迅猛，大力发展以转基因为主的生物育种技术，是我国种业发展的必然选择。近20年来，各国政府及种业企业集团制定相关科技计划，将功能基因挖掘、分子育种、转基因、细胞工程、生物反应器等现代生物技术与常规技术有机结合，广泛应用于动植物新品种选育，已经基本确立以杂种优势利用和常规育种为基础，以现代生物技术为关键突破点的技术路线。种业研发中以转基因技术、分子标记辅助和分子设计为代表的现代生物技术与包括杂种优势利用技术和常规育种技术的两大育种体系相互结合，促进种业从传统方式向精确育种转变，良种选育的效率与质量得到极大提高，在商业上获得巨大成功。

（二）发展思路。

今后一段时期，我国种业科技发展的基本思路是：坚持以科学发展观为统领，以保障国家粮食安全为目标，突出科技创新引领种业发展；积极发挥国家科研机构、大专院校、种子企业的协同创新作用，构建国家种业科技创新体系；加大科技投入，强化基础性、公益性种业研究和商业化育种技术创新，提升种业科技自主创新能力；创新种业发展机制，实现种业育繁推一体化健康发展。

（三）种业科技创新发展建议。

1.构建国家种业科技创新体系。

构建由政府引导的，由科研院所、大专院校、种子企业构成的种业科技创新组织体系；建立由种质创新、良种培育、种子繁育、技术推广构成的种业全产业链科技支撑体系；健全由种子生产、种子加工、种子服务组成的种业保障服务体系。

2. 强化基础性、公益性种业科学研究。

充分发挥农业科研院所等在种业科技中的基础性、公益性支撑和引领作用，强化种业科技创新支撑能力建设，重点开展农业生物资源收集保护与鉴定利用、重要基因发掘与功能解析、生物育种理论、技术和方法、种质创新与重大产品创制、种子制种技术、加工技术、质量标准与检测技术、良种配套技术等研究，为我国种业发展提供支撑，发挥引领作用。

3. 强化种业科技创新支撑能力建设。

在国家种业科技创新体系中，重点建设一批国家和区域性生物育种科学中心、重点实验室、基因研究与评价中心等平台；建设一批国家和区域性育种试验站、种质资源鉴定圃、繁育加代基地、新品系测试基地等；建设一批国家和区域性良种生产、加工和繁育基地，良种良法集成与标准化示范基地等，快速提升我国种业科技条件基础支撑和保障能力。

4. 加快种业科技人才与创新团队建设。

重点培养和凝聚一批种业科技创新领军人才、骨干人才和科研辅助人才，强化种业优秀创新团队、转化推广团队、管理服务团队建设，不断完善协同创新机制，强化团队激励机制。

5. 积极培育商业化育种主体。

鼓励和引导企业建立商业化育种研发中心，鼓励和引导企业与科研、大学等机构组成产学研一体化种业科技创新联盟，鼓励和引导科研、教育机构中从事商业化育种的科技人员进入企业，逐步提高企业的种子技术创新能力和核心竞争实力，培育商业化育种主体。

6. 完善种业科技政策环境。

不断加大对生物种业科技投入力度，在国家科技计划等方面对种业科技发展倾斜支持。同时，继续完善金融、保险、补贴和补助等生物种业产业政策，保护良种繁育、生产、加工农户积极性，加强产业行业监管，营造种业发展的良好环境。

确保粮食安全，是国家第一战略需求。归根到底，粮食安全靠种业、种业发展靠科技、科技支撑靠创新、创新产业靠机制。我们必须不断强化种业科技自主创新，构建具有中国特色的种业科技创新体系，以保证我国种业健康、快速、持续发展，为保障我国粮食安全、促进现代农业发展提供强有力的科技支撑。