种业创新与国家粮食安全——我国种业资源优势及“卡脖子”技术攻关

黎 茵

(广东省热带亚热带植物资源重点实验室 中山大学生命科学学院，广东 广州 510275)

一、引 言

2018年，习近平在南繁育种基地调研时指出：“十几亿人口要吃饭，这是我国最大的国情。良种在促进粮食增产方面具有十分关键的作用。要下决心把我国种业搞上去，抓紧培育具有自主知识产权的优良品种，从源头上保障国家粮食安全”[1]。中国是历史悠久的农业大国，农安天下，种为基石，种业作为保障国家粮食安全的重要命脉，是国家战略性、基础性核心产业。当前，全球自然环境的变化、自然灾害频发、新冠肺炎疫情蔓延带来的各种不确定性风险及影响，再次揭示了粮食安全对保障国家安全和人民生活健康的总体国家安全价值。

作为农业大国，我国农作物的产量一直高居世界前列。但是，我国未来的人口和经济发展将对作物产量、品质和数量有更高要求，因此，必须抓紧培育优良品种，推进种业创新，但我国在种业创新关键技术领域总体还处于不利的竞争地位。在国际种业市场快速转型，种业科技竞争愈演愈烈的国际形势下，如何避免在种业技术“卡脖子”技术上被“一剑封喉”，加快种业自立自强，构建现代生物育种创新体系，从源头上保障国家粮食安全，不仅是中国应对全球气候变化、自然灾害及复杂国际环境挑战的重大现实课题，也是维护我国种业安全乃至粮食安全的关键科学问题和总体国家安全问题之一。

构建现代生物育种创新体系，强化种质资源深度挖掘，突破前沿育种关键技术，培育战略性新品种，实现种业科技自强自立，是解决“种源”的要害，打好种业翻身仗的关键，是牢牢把住粮食安全主动权的根本保障[2]。因此，本文从我国作物种质资源和现代生物育种技术的角度，通过梳理我国种业创新现已具备的发展优势，分析种业竞争中 “卡脖子”技术的攻关问题，提出有针对性的对策建议。本文的研究对于促进我国现代生物育种创新体系发展，将种业安全纳入总体国家安全体系具有理论价值和实践意义。

二、当前我国农作物种业的发展状况

(一)我国种业发展的基础与主要成就

国以农为本，农以种为先。经过数十年努力，我国在农作物种业发展方面做了大量的基础工作，积累了数量众多的农作物种质资源和基础材料，部分重要主粮作物和经济作物的种业研发达到了国际先进水平，为我国种业做大做强奠定了基础。

1.我国作物种质资源储备丰富。种质资源是具有生命力或再生能力的遗传资源，是科技创新和生物产业革命的重要资源和基础材料，也是种业发展和种业创新的基本保证。早在 20 世纪，我国已开始重视并进行种质资源的收集、整理和保存工作[3]，目前，中国农业科学院拥有全球第二大种质资源库，收藏种质资源52万份，未来这一数字还将扩容到150万份[4-6]。中国保存的谷子种质资源保存量为28 915份，占世界总量的73%，居世界第一位[7]。热带经济作物种质资源的保护利用技术也达到世界先进水平，其中，热带水果荔枝、龙眼、枇杷均居世界第1位，胡椒居世界第2位，橡胶树居世界第3位[8]。种质资源保护和创新利用的优势非常明显。

2.主粮作物种源基本自给。作为农业大国，我国农作物的产量一直高居世界前列，目前，我国农作物自主选育品种面积占比超过了95%。水稻育种技术在近代以来不断突破，由亩产不足100公斤提升至800公斤，单产、总产均居世界第一[9]。我国小麦平均单产比美、加、澳、俄等小麦出口大国高70%左右，略低于英、法、德等小麦生育期较长的欧洲国家[10]。水稻、小麦两大口粮作物已达到100%完全自给，玉米、大豆等种源立足国内也有保障[6，11]。

3.水稻和棉花商业化育种技术达到国际前沿水平。在以国家重点研发计划项目、国家科技重大专项为代表的国家科技计划支持下，随着现代生物技术的发展，我国在水稻和棉花的商业化育种方面取得了突出成果。水稻是我国商业化育种体系发展最快、最成熟、发展前景最好的主粮作物之一。我国在水稻育种方面先后取得了矮化、三系杂交和两系杂交等育种技术的突破，推动了水稻种业快速发展。克隆了一批控制水稻产量、抗性、品质以及耐逆等重要性状的关键基因，并通过分子标记辅助技术育成了一批在生产上广泛应用的新品种[12]。我国棉花品种的现代生物育种研发和产业化推进也非常成功，我国棉花采用转基因技术改良始于20世纪80年代末90年代初，成为继美国之后的第二个自主研究转基因棉花的国家。至今已育成抗虫棉新品种 197个，累计推广5.1亿亩，国产抗虫棉市场份额达到99%，减少农药使用65万吨，直接带动新增产值累计650亿元，并且已经开始在其他国家推广种植[13-15]。

(二)我国面临的种业“卡脖子”问题

当前，我国农业正处于由传统农业向现代农业转型的关键时期，国内种业市场开放程度越来越高，同时，国外种业的进入也带来了新挑战，农业发展方式的转变对种业发展提出了新的要求[16]。我国面临的种业“卡脖子”问题，主要表现为对进口有着不同程度的依赖、现代生物育种技术相对落后等方面。

1. 品种和数量的依赖。据中国种子贸易协会的报告，2018年，中国农作物种子进口量为7.27万吨，2019年为6.60万吨[17]。玉米、马铃薯种子部分依赖进口，高端蔬菜品种则以进口为主[6，17-18]。例如，美国先锋公司的20多个玉米品种覆盖了东北、黄淮海地区等重要粮产区，山东寿光种植的蔬菜大部分使用进口种子，导致本地茄子、辣椒、西红柿等品种被挤出市场[19]。蔬菜种业是我国种业中对外开放最早的产业，几乎所有跨国蔬菜种业公司均在我国开展品种研发、推广与营销，国外蔬菜品种的市场占有份额在13%～20%之间[20]。

2. 对种子质量的依赖。进口种子由于有先进的制种技术和良好的产业链，生产供应的种子质量好，稳定性高。例如，绝大多数进口蔬菜种子能全部种出不带病原菌的健康苗，生长整齐一致，商品率非常高。又如先锋公司的玉米品种，种子发芽率超过95%，可以进行单粒播种。相比之下，国内品种一般每穴需播种3粒，不仅增加成本，浪费种子，后期也大大增加了间苗的工作量[21]。进口大豆品种也同样具有明显的品质优势，产量比国产大豆品种的产量要高很多[17，22]。

3. 现代生物育种技术相对落后。种业技术的发展一般分为四个阶段：1.0时代是农家育种，2.0时代是常规杂交选育为主的传统育种，3.0时代的分子育种包括分子标记、转基因、基因编辑育种，4.0时代是“生物技术+人工智能+大数据信息技术”智能育种阶段[23]。现代生物育种技术已成为全世界作物育种的最新主流，发达国家已开始进入种业4.0 时代[24-25]。国际种业巨头同时采用了现代信息技术和智能技术开展数字育种，并将产品延伸到大数据支持下的农业决策领域。通过数字高通量监测和数字管理的跨越，大型跨国公司新品种培育的主要研发工作开始从传统的大田转移到室内，经过育种研发工作人员的亲本基因组合研究、选配和杂交设计，同时，在大量现代测试设备的支持下，以更高的效率更精准地研发具有特定性状和竞争优势的农作物品种[14]。与之相比，我国种业技术还处在2.0至3.0时代之间，大部分还处在2.0阶段[24-25]，在现代生物育种的关键技术突破领域总体处于不利的竞争地位。具体表现为种业存在核心技术原创不足，基因编辑技术的原始专利基本上被国外控制，合成生物学等基因操作关键技术相对落后等等。除此之外，商业化育种体系不健全、生物技术产业化政策研究滞后、现代创新型种业企业和资本市场也不够成熟等问题也很突出[6，14，18]。在国际种业市场已进入史无前例的资源整合“强强联合”时代，仅拜耳一家的种业市场份额就达到全球四分之一，我国的先正达与隆平高科合计还不到10%[24]。这些现象的背后体现出种业发展的很多瓶颈，其根本原因之一就是粮食生产科技供给能力的差距[11，26]。如果解决不好种业发展的“卡脖子”技术问题，将影响我国在部分作物种子上的价格主动权和市场话语权。除有可能带来经济损失外，更蕴含“一剑封喉”的“断种”风险，会使我国在农业领域越来越被动，对国家农业安全构成威胁[11，24]。

三、加强“卡脖子”技术攻关 让中国种子拥有“中国芯”

2021年3月的政府工作报告指出“提高粮食和重要农产品供给保障能力。保障粮食安全的要害是种子和耕地。要加强种质资源保护利用和优良品种选育推广，开展农业关键核心技术攻关”[27]。深入开展种业科技攻关，加快培育具有重大应用前景和自主知识产权的突破性自主品牌优良作物品种，才能更快更好地解决“卡脖子”技术问题。赶上全球新一轮种业科技革命和产业变革的步伐，让中国的种子装上“中国芯”，这是粮食安全的重要保障，也是确保“中国人的饭碗要端在自己手中”的关键[18，28]。

国际种业市场上，一些西方跨国企业正以不可阻挡的趋势走向“一体化”，大型跨国企业已由传统跨国公司快速转型为新型商业机构，在占据欧美发达国家主流市场的同时又渗透到亚洲、非洲等发展中国家市场，在全球的布局呈现快速扩张的局面[19]。2015年底，美国杜邦和陶氏化学宣布合并，2016年，德国农业化工巨头拜耳集团以660亿美元收购美国转基因作物种子公司孟山都。面对国际种业市场上西方跨国企业的扩张，我国优势企业也开始走向国际市场。2016年，中国化工集团花费400多亿美元收购瑞士农化巨头先正达。2017年，隆平高科完成对陶氏益农巴西特定玉米种子业务收购[29]。国际种业是农业产业的必争之地，前十大跨国种业公司占有了全球种业市场2 100亿元份额的75%以上，几乎垄断了国际种业市场[14]。目前，先正达中国的业务主要包括植保、种子、作物营养和现代农业技术服务平台及数字化农业四大单元，2019年销售额已达到56亿美元[30]。近年来，我国在种业科技创新方面也有了长足进展，但与发达国家相比还有不小差距，尤其是现代生物育种和智能农业等前沿技术更为欠缺。在这种形势下，要保障国家种业安全，突破技术瓶颈，并且在国际种业市场上占据重要地位，还需要付出更多的努力。我们在基础研究、底层技术方面的积累不足，管理机制有待改进。综合上述分析与讨论，本文认为，种业安全是国家粮食安全的命脉，对于中国这样的人口大国国家粮食安全又是总体国家安全的命脉所在，因此，亟待将种业安全纳入总体国家安全体系的战略管控目标。为此，可采取以下对策：

1.加强作物种质资源的保护与开发。我国农业历史悠久，植物资源丰富，有着相当良好的作物种质资源储备。这些种质资源是种业科技创新和发展的物质基础，是充分挖掘作物高产、高抗和营养高效等重要基因和性状的前提条件[31]。

以大豆为例，中国是大豆的原产国，野生大豆资源广泛分布，也保存了世界上最多的大豆种质资源[32，33]。在20世纪60年代之前，我国大豆种植面积、总产均居世界首位，但是，由于对大豆资源保护和研究不到位，优良的大豆种质在我国长期没有得到很好的开发和利用。目前，我国大豆种植面积仅居世界第五，总产居世界第四，我国在大豆种质资源研究、种业基础理论研究、育种材料和育种技术创新方面仍存在较大差距。20世纪上半叶，美国从我国东北和韩国、日本大量引进大豆品种资源，进行了一系列大豆品种改良工作，其中，相当一部分优良的大豆品种选育自中国的大豆种质，南美种植的大豆品种则基本上源自美国。目前，美国、巴西大豆平均单产已经超过230公斤，而我国大豆亩产还在120～130公斤之间徘徊[33]。以原孟山都、先锋等为代表的跨国公司已通过生物育种技术的广泛应用，成功培育出耐除草剂、抗虫、高油酸、抗旱的大豆品种，建立了基于机械化、信息化、智能化的现代生物育种技术体系，成为了世界大豆种业的主导者[33]。随着城市化进程的加快，我国野生大豆的生存环境面临恶化。所幸的是我国现已高度重视大豆种质资源保护工作，除了将野生大豆全面收集保存于国家农作物种质资源库之外，农业农村部还在17个省市建设了49个原位保护区[33]。我国大豆育种方向经过后期不断调整，已经开始逐渐从单一高产型向高产、优质、抗病和专用型转变。新品种的更新换代将对我国大豆生产的发展提供有效保障。据统计，截至2020年底，我国大豆品种累计审定总数为3 112个，其中，通过国家审定的品种数为491个，地方审定的品种数为2 621个，现有品种数量基本能满足大豆生产需要。近年也涌现出一批高产典型，2020年还获得了亩产453.5公斤高产记录[33]。这些保护措施和研发工作将为我国大豆种业的再次兴起打下坚实的基础。

由于生态环境的变迁，我国作物种质资源的灭绝率从1956年到2014已高达71. 8%[34]。目前，我们虽然已经拥有全球第二大的种质资源库，但是，已完成种质资源精准鉴定的还不到10%[4-5]。因此，需要加大力度，对粮食作物、蔬菜、饲料作物等重要植物品种的优良种质进行收集、挖掘和保护，保持作物种质资源的多样性，其中蕴含的大量优良基因性状是保证种业开发的基本材料来源。

2. 重视与发展现代生物育种的底层技术。现代生物育种的原创性工作相对难度大，要在短期有突破性进展需要扎实的研发基础。在作物生物育种中的识别选配、分子操作技术，选育过程的栽培和筛选等环节，耗费的工作量巨大。要实现自主的原创性种业发展目标，必须重视底层研发工作的长期积累，方可保证在核心技术上有所突破。

以我国种业创新能力较强的棉花为例，我国棉花种业研究始于20 世纪20 年代，至今总共经历了7次换种[35]，20世纪60、70年代的第4次换种大力推广自主培育的杂交品种，结束了此前由国外品种占据棉花种业主导地位的局面[15]。此后，杂交品种育种技术发展迅猛，21世纪前20年我国的棉花转基因育种技术不断创新，在转化效率、受体基因型、转移基因的种类等方面进展突出。多个育种单位可以在短期内批量获得棉花转基因植株，建立了有效的转基因专利技术。1999年，我国成功培育出具有自主知识产权的抗虫棉，成为世界上第二个拥有抗虫基因自主知识产权的国家，至2006年，我国自主培育的抗虫棉品种种植面积占全国植棉面积的80%以上，到2010年，我国自主培育的抗虫棉品种全面替代美国品种[36]，真正做到了“我的棉花我做主”。2017年，我国自主创建的棉花基因编辑系统，编辑效率达85%。高效的分子育种系统已被用于研发棉花抗除草剂材料、无棉酚材料和高油酸棉花新种质，并期望创造出更加丰富多彩的遗传材料[36]。

从未来发展的整体来看，我国作物种业科技的原始创新能力仍然有待提高，主要表现在育种理论和技术创新薄弱，原创核心技术力量不足，具有育种利用价值和自主知识产权的新基因少，品质突出的重大新品种依然缺乏等方面。这些问题的进一步解决，都需要依靠品种培育和现代生物育种的底层技术和基础工作的不断积累。

3.加强种业科技研发投入。目前，产学研脱节严重，科研人员缺少产业化推广的精力和能力，而种子企业普遍小而散，科研水平不高[4，24]。企业科研投入普遍低，种业创新难以突破，这些问题都必须积极谋求政府支持或私营资本介入途径去解决，而且需要长期稳定的维护。跨国公司的研发投入一般占销售收入的10%左右，如美国的孟山都和德国的KWS的年度研发经费约占销售额的15%，先正达和先锋公司年度研发经费约占销售额的12%。近年来，中国部分种子企业开始紧跟国际步伐， 例如，2019 年隆平高科的研发投入为41.16亿元，占公司主营收入的13%；登海种业为0.82亿元，占主营收入的9.9%。然而，国内大部分种子企业的研发投入比例普遍低于3%，完全达不到国际公认的5%正常线[37]。投入不足会造成作物品种技术含量低，种子品质低劣，不利于产业链的健康发展。很多发达国家农业上的作物育种和生物技术创新如今已经从公共部门转移到私营部门，特别是掌握专有基因改造特性和其他综合管理技术的大型跨国生命科学公司[38]，从而具有更专业和更集中的技术优势，其商业利益、技术保护和知识产权的维护也得到充分的保障。

4.切实强化知识产权保护。将知识产权保护工作做到位，免除科研人员后顾之忧，同时，企业不再担心遭遇侵权或假冒，才能保障产学研的健康发展[4]。当前，国际上对植物新品种的保护也进入了以生物技术为主导的新发展阶段。《国际植物新品种保护联盟公约》从1991年修订版开始从分子生物学角度明确品种权保护的客体“植物品种”的含义，以及植物表型特征与特定基因型或基因型组合间的关联，目的就是为了解决生物育种技术应用与传统育种成果之间的利益协调，体现了生物技术的发展与应用对植物新品种保护制度的深刻影响[28]。我国于1999年4月加入该公约。随着我国种子产业发展和国际种业市场竞争环境的变化，我国自1997年启动了植物新品种保护工作，制定了《植物新品种保护条例》以及《种子法》(2015年修订)。《种子法》对品种权保护方面的主要修订在于强化品种权侵权的民事赔偿责任，但对品种权保护范围的扩展、实质性派生品种制度、农民留种权利的限制、品种权强制许可制度等方面尚未完善[28]。随着生物技术日益介入到农作物育种之中，对分子标记技术等高精准品种DNA身份数据的应用，以及品种权与基因专利权间的衔接机制提出了新的要求，此前所确定的植物新品种保护水平需要进一步适应植物新品种保护的新形势和新发展[28-29]，强化知识产权保护。2021年5月，农业农村部将以签署合作备忘录为契机，深入贯彻习近平总书记重要指示精神，落实党中央、国务院决策部署，进一步与最高人民法院密切联系、深化合作，严厉打击侵害种业知识产权行为，鼓励支持原始创新，为打好种业翻身仗提供了有力保障[39]。

四、结 语

习近平强调，要坚持农业科技自立自强，加快推进农业关键核心技术攻关[40]。品质优良的种子，是粮食安全和农业安全最基本的保证。只有加强基础核心技术研发，重视底层技术和自主创新种质资源的积累，鼓励原始创新，避免低水平重复，通过有效机制保护自有知识产权，才能有效激励种业科技创新，为我国种业发展做好充分的品种资源与技术力量储备，确保我国现代生物育种产业的健康发展，保障用种安全和粮食安全。实现种业“卡脖子”技术突破，保障我国种业安全，推进农业现代化，这是一项需要从科学研究到生产推广相结合的长期的重要建设任务。发挥我国在种质资源和育种技术应用上的已有技术优势，深度挖掘自有种质资源，扶持底层技术研发，依靠现代科技实施新时代的种粮战略，实现种业技术创新弯道超车，将更有利于我国种业科技的自强自立，从源头上保障国家种业安全，并使我国种业创新能力不断提升，从而在国际市场上具有更强的竞争力。