破解種業(yè)“卡脖子”難題,我國生物育種產(chǎn)業(yè)化走到哪一步了?
近日,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部官網(wǎng)發(fā)布公示,37個轉(zhuǎn)基因玉米品種、14個轉(zhuǎn)基因大豆品種通過初審。這意味著,繼獲批轉(zhuǎn)基因生物安全證書后,生物育種產(chǎn)業(yè)化邁出了更堅實一步。
撰文/記者 吉菁菁 圖文編輯/陳永杰
玉米是我國第一大糧食作物,約占糧食種植總面積的35%,年產(chǎn)量占全國糧食總產(chǎn)量的40%。我國大豆長期依賴進口,供需矛盾突出,2022年進口量超9000萬噸,對外依存度高達82%,這兩者在保障我國糧食安全中都扮演著舉足輕重的角色,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化將進一步增強我國糧食安全的可持續(xù)性。
(圖片來源:視覺中國)
良種對我國糧食增產(chǎn)的貢獻率超過45%
我國是一個人口大國,保障糧食安全是頭等大事。破解我國農(nóng)業(yè)發(fā)展瓶頸的根本出路在哪?習近平總書記指出:“建設(shè)農(nóng)業(yè)強國,利器在科技”“解決吃飯問題,根本出路在科技”“耕地就那么多,穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)根本出路在科技”。
種子作為農(nóng)業(yè)的“芯片”,對產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。加快轉(zhuǎn)基因技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用是著眼于未來國際競爭和產(chǎn)業(yè)分工的必然選擇,也是解決我國糧食安全、農(nóng)業(yè)科技可持續(xù)發(fā)展的一個重要途徑。
據(jù)了解,2021年我國啟動轉(zhuǎn)基因玉米、大豆產(chǎn)業(yè)化科研試驗田試點,2022年試點擴展至農(nóng)戶大田,2023年試點范圍進一步擴大到河北、內(nèi)蒙古、吉林、四川、云南5省20縣,并在甘肅省安排制種。本次通過初審的轉(zhuǎn)基因玉米、大豆品種,抗蟲和耐除草劑的性狀突出,試點顯示對草地貪夜蛾等鱗翅目害蟲的防治效果在90%以上,除草效果在95%以上,增產(chǎn)在10%左右,充分證明了國產(chǎn)轉(zhuǎn)基因作物的優(yōu)良特性和發(fā)展?jié)摿Α?/p>
當前轉(zhuǎn)基因產(chǎn)業(yè)化已處在一個非常重要的時間節(jié)點。今年的中央一號文件已明確提出,要加快玉米、大豆生物育種產(chǎn)業(yè)化步伐,有序擴大試點范圍,規(guī)范種植管理。各項政策頻頻出臺,轉(zhuǎn)基因安全評價、主要農(nóng)作物品種審定、種子生產(chǎn)經(jīng)營許可、農(nóng)業(yè)植物品種命名等規(guī)章制度以及相關(guān)的標準規(guī)范等不斷修改完善,轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的制度體系已經(jīng)基本形成。
數(shù)據(jù)顯示,良種對我國糧食增產(chǎn)的貢獻率超過45%??萍紕?chuàng)新賦能的一粒粒良種,將助力提升我國農(nóng)業(yè)科技水平和產(chǎn)業(yè)競爭力,縮小與國外的產(chǎn)能差距,防止“受制于人”。站在當前生物育種產(chǎn)業(yè)化加速的關(guān)鍵節(jié)點,科學家們都怎么看?
我國育種產(chǎn)品已具有相當?shù)?/strong>國際競爭力
“滿足對糧食的剛性需求任重道遠,包括轉(zhuǎn)基因技術(shù)的現(xiàn)代生物育種已是農(nóng)業(yè)育種技術(shù)發(fā)展的方向。我國的生物育種技術(shù)曾走在國際前列,但產(chǎn)業(yè)化發(fā)展明顯滯后。在確保安全的基礎(chǔ)上,占領(lǐng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)制高點至關(guān)重要?!敝袊茖W院院士、北京大學生命科學學院講席教授、中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心研究員許智宏說。
目前我國已初步建成獨立完整的生物育種研發(fā)體系,已擁有抗病蟲、抗除草劑、抗旱耐鹽、營養(yǎng)品質(zhì)改良等重要基因的自主知識產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù),棉花、水稻、玉米等轉(zhuǎn)基因作物的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究已形成了自己的優(yōu)勢與特色。同時,隨著近年來轉(zhuǎn)基因產(chǎn)業(yè)化穩(wěn)步推進,我國育種隊伍和產(chǎn)品都已經(jīng)具有相當?shù)膰H競爭力。
“下一步,應(yīng)在尊重科學、嚴格監(jiān)管的基礎(chǔ)上,進一步推進生物育種的產(chǎn)業(yè)化進程,加快玉米、大豆生物技術(shù)育成品種的審定及推廣應(yīng)用,為現(xiàn)代生物育種技術(shù)創(chuàng)新做出貢獻?!?/p>
轉(zhuǎn)基因大豆節(jié)本增效顯著
大豆是我國供需矛盾最突出的一個農(nóng)作物。我國每年對大豆的需求在1.1億噸左右,而就2022年來看,我國大豆種植面積是1.5億畝,總產(chǎn)量超過2000萬噸,還遠遠不能滿足消費需求。我國每年要花費數(shù)千億元,從美國、巴西和阿根廷進口大豆。
同時,我國大豆的產(chǎn)能目前和國外還存在很大差距。2022年我國大豆平均畝產(chǎn)僅132公斤,而美國已經(jīng)達到了225公斤,國內(nèi)平均單產(chǎn)不到美國的60%,且從1996-2022年,幾乎未有明顯的改變。我國大豆單產(chǎn)和美國大豆單產(chǎn)差距也在逐漸拉大,1996年平均畝產(chǎn)差距還在55公斤,到2022年差距已擴大到了93公斤。
“經(jīng)過多年研發(fā),我國已自主培育出耐除草劑抗蟲轉(zhuǎn)基因大豆。大田試種顯示,種植轉(zhuǎn)基因大豆可實現(xiàn)雜草防除高效化和輕簡化,節(jié)本增效優(yōu)勢明顯?!敝袊r(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所研究員、國家大豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學家郭勇介紹說。
通過常規(guī)大豆和耐除草劑轉(zhuǎn)基因大豆除草效果的對比分析,發(fā)現(xiàn)三大特點。一是耐除草劑轉(zhuǎn)基因大豆除草更為徹底,對惡性雜草也有很好的防治效果。二是除草窗口期比較長,連續(xù)降雨和田間難操作的時候,也可以進行很好的操作。三是使用的草甘膦除草劑殘留量低,可以有效實現(xiàn)和其他作物的輪作。
“比較而言,種植耐除草劑轉(zhuǎn)基因大豆,除草成本可降低50%-60%;在增產(chǎn)方面,因為除草更加徹底,減少了雜草造成的產(chǎn)量損失。此外,耐除草劑轉(zhuǎn)基因玉米大豆的應(yīng)用可以實現(xiàn)大豆、玉米輪作,保持農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,使我們的農(nóng)業(yè)更加綠色,經(jīng)濟社會效益突出?!惫抡f。
為什么瞄準耐除草劑和抗蟲這兩個性狀?
中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術(shù)研究所科研處處長、研究員王友華介紹說,科學家們致力于利用現(xiàn)代科技,尤其是農(nóng)業(yè)生物育種技術(shù)來解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨的耕地銳減、水資源災害頻發(fā)、環(huán)境惡化等棘手問題。應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)研發(fā)抗病、抗蟲的新品種,旨在確保作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),減少農(nóng)藥施用和環(huán)境污染;培育耐除草劑的新品種可實現(xiàn)免耕、提高除草效率和降低人力成本;培育養(yǎng)分高效利用的新品種有望提升肥料利用率;研發(fā)抗旱和耐鹽堿的新品種則能夠提高水資源利用效率,拓展鹽堿地的可利用范圍。
目前全球71個國家在應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù),其中29個國家批準種植,42個國家批準轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的利用。國家是否采納轉(zhuǎn)基因技術(shù)主要取決于其農(nóng)業(yè)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)布局的個性化差異。美國、巴西、阿根廷等耕地資源豐富的國家,大力發(fā)展轉(zhuǎn)基因種植,不僅能夠自給自足,還能通過出口獲取外匯。相反,歐洲、日本等耕地有限的國家更傾向于發(fā)展高附加值農(nóng)業(yè),通過進口大宗農(nóng)產(chǎn)品來滿足國內(nèi)需求,所以這些國家雖然沒有種植轉(zhuǎn)基因作物,但是進口轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品。
目前,全球已批準的轉(zhuǎn)基因作物增加至32種,除了玉米、大豆、油菜等重要農(nóng)作物,還包括水果類如木瓜、巴西的抗蟲甘蔗、美國的防褐化蘋果等。各個國家根據(jù)本國情況,批準了很多產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,但全球應(yīng)用最廣泛的特性是耐除草劑和抗蟲性狀,這兩個性狀為保障農(nóng)業(yè)發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。
▲美國的防褐化蘋果
“我們先看耐除草劑基因。耐除草劑的性狀在全球轉(zhuǎn)基因作物面積中占比80%以上,顯示出全球?qū)τ诔萏匦缘木薮笮枨?。?shù)千年來,除草一直是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中迫切需要解決的難題?!?王友華說。
小時候我們都學過一首古詩叫《憫農(nóng)》:“鋤禾日當午,汗滴禾下土。誰知盤中餐,粒粒皆辛苦”,描繪了農(nóng)民辛勤勞作的除草情景。盡管目前采用的常規(guī)除草劑可以省力、高效、見效快,但其難以有效區(qū)分雜草和農(nóng)作物。它是普殺性的,容易誤傷,而且還存在土壤中農(nóng)藥殘留問題,影響下一茬農(nóng)作物的種植。而轉(zhuǎn)基因耐除草劑作物能耐受特異的除草劑,其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用能夠有效地解決上述除草難題,降低勞動力成本,推動種植模式的轉(zhuǎn)型升級。
另一個特性為什么選了抗蟲?聯(lián)合國糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)顯示,全球每年因病蟲害導致的作物損失超過2500億美元。傳統(tǒng)的農(nóng)藥防治方式雖然可以防治蟲害,但農(nóng)藥的大量施用不僅增加了生產(chǎn)成本,同時對人類生命健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴重威脅。隨著分子生物學的發(fā)展,科學家成功將抗蟲基因引入大豆、棉花、玉米等農(nóng)作物中,實現(xiàn)了農(nóng)作物的抗蟲特性,大幅減少了對農(nóng)藥的依賴,不僅經(jīng)濟效益顯著,還降低了農(nóng)藥對生態(tài)環(huán)境和人類健康的潛在風險。
近年來,我國生物育種基礎(chǔ)性研究工作處于國際領(lǐng)先,獲得了耐除草劑、抗病蟲等一批重大育種價值的基因,目前授權(quán)專利僅次于世界第一的美國。當前我國從美國、巴西、阿根廷等國家大量進口的轉(zhuǎn)基因大豆和玉米雖然有效保障了我國畜牧業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展,但相關(guān)技術(shù)和品種的核心知識產(chǎn)權(quán)仍然掌握在跨國公司手中。
“如果未來想要實現(xiàn)自給自足,我們必須加快自主創(chuàng)新的轉(zhuǎn)基因大豆、玉米產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,加快培育一批具有廣譜抗蟲性、耐多種除草劑等復合性狀的優(yōu)異轉(zhuǎn)基因重大品種,為搶占新一輪全球農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)革命制高點做好科技支持和產(chǎn)品儲備。”王友華最后說。