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我国生物育种发展现状如何?存在哪些优势与不足?中国农业大学农学院教授姚颖垠这样说!

来源:经济日报 作者: 姚颖垠
发布时期:2022-6-20 15:17
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粮食安全是“国之大者”,培育优良品种是保障国家粮食安全的根本途径。国际上将育种发展分为4个典型阶段:育种1.0时代人类驯化了大量野生植物进入农耕文明;育种2.0时代育种家主要依赖经验并把统计学、数量遗传学和杂交育种策略应用到优良品种选育中;育种3.0时代先进的生物技术包括分子标记辅助选择、基因工程在育种中广泛应用;随着人工智能、基因编辑、合成生物学等学科发展,育种进入由前沿科学技术引领的“生物技术+信息技术+人工智能”育种4.0时代。

传统常规育种大多依赖育种家经验,育种效率低、精准度差、育种周期长。生物育种基于遗传学、分子生物学、基因组学、计算生物学和系统生物学理论,依赖先进生物技术,与生命科学基础研究密不可分,将成为支撑未来现代种业长足发展的决定力量。

党的十八大以来,我国种业发展取得巨大成就。全国审定的主要农作物品种数目显著增加,主要粮食作物良种覆盖率超过96%,品种对单产贡献率提高到45%,为保障我国粮食安全和重要农产品稳定供给发挥重要作用。种业跨越式发展背后的巨大支撑力量是种业科技创新,尤其是依赖先进生物技术的生物育种得到飞速发展。

生物育种领域基础研究不断创新和突破。我国收集保存了丰富的作物地方品种、野生种和野生近缘种,目前保存超过52万份农作物种质资源,数量跃居世界第二,这些资源是开展生物育种基础研究、重要基因挖掘、优良品种培育的重要材料和宝贵财富。利用这些资源,我国科学家从基因组学、遗传学、分子生物学等层面围绕国际前沿科学问题开展大量开创性、系统性研究,取得突破性进展。在国际上率先构建水稻全基因组序列框架图,克隆了一批调控株型、氮高效利用、耐低温、抗旱、耐盐碱、抗病、新型抗除草剂等具有重大育种价值的新基因,并在育种中逐步加以利用。山东农业大学孔令让教授团队、南京农业大学马正强教授团队克隆了小麦抗赤霉病关键基因,为攻克小麦癌症赤霉病提供重要基因资源。

先进生物育种技术持续迭代升级,正在成为推动我国现代种业跨越式发展的强大驱动力。分子设计育种、基因编辑、单倍体育种、转基因技术、生物工程等技术不断创新并取得颠覆性突破,这些技术在农作物育种中逐步应用,显著提高育种效率。中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队应用“基因组设计”理论和方法体系培育杂交马铃薯,用二倍体替代四倍体,用杂交种子繁殖替代薯块繁殖,有望颠覆创新马铃薯产业生产方式。中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士团队提出快速从头驯化的新策略,通过基因组设计和基因编辑将多倍体野生水稻快速驯化成农艺性状优良的新型多倍体水稻,大幅提升产量和环境变化适应性,为从头驯化其他野生和半野生植物创制新型作物提供重要参考,开辟了培育高产广适新型作物的新途径。

利用先进生物育种技术与常规育种相结合,培育和推广了一批突破性优良品种,保障“中国粮”主要用“中国种”。新中国成立以来,主要农作物育种已实现5至6次新品种更新换代,“十三五”期间审定主要农作物品种1.68万个,比“十二五”期间增加一倍多。近年来,在精品优质水稻、高产优质小麦、高产机收玉米等农作物新品种方面取得突破性进展。坚持“形态改良与杂种优势利用相结合”育种理念,杂交水稻品种产量潜力不断提升,以晶两优华占、晶两优534、隆两优华占等为代表的超高产杂交水稻,在大面积推广过程中对农民增产增收和国家粮食安全作出突出贡献。水稻分子模块设计育种技术方面的研究引领国际育种发展方向,李家洋院士团队运用分子设计育种技术,将控制粒型、抗稻瘟病、优异稻米品质、抗倒伏等分子模块进行耦合,经过精准定向设计培育出标志性水稻品种“中科804”。

我国种业企业研发投入持续加大、竞争力显著提升。国家级“种业航母”各系统初步形成规模,生物种业规模和整体竞争力明显提升。我国农作物和畜禽种业市场接近6000亿元,成为全球最大种业市场。据《2021年中国农作物种业发展报告》统计,2020年我国有种子企业6118家,资产总额2425.21亿元,资产总额1亿元以上的432家,其中10亿元以上企业27家,实现种子销售收入777.10亿元,利润69.57亿元。过去几年,以先正达、隆平高科等为代表的中国种子企业,在国际种业市场上崭露头角,影响力与日俱增,隆平高科于2017年跻身全球种业前十强,通过内生增长和外延并购双轮驱动,已初具中国种业航母雏形。

我国生物种业科技不断创新,科技基础和科研力量日益雄厚,但也存在一些问题。

一是生物育种重大原创性基础理论研究不够深入,独立原创探索性研究较少,尤其是有重大育种利用价值的关键基因和分子模块匮乏。

二是与国际种业科技创新水平相比,我国生物育种关键技术原始创新落后,核心环节技术掌握不够,研究力量分散,还没有形成合力。

三是种业企业科技研发投入不足,前50强的种业企业年研发投入约13亿元人民币,远不及美国孟山都、德国拜耳公司一个公司同期投入规模。

四是具有自主知识产权的转基因生物育种、基因编辑育种等相关成果产业化亟待突破,随着国家对转基因生物育种产业化应用政策逐渐放开,生物育种产业化将迎来重大利好。国际生物育种产业市场已经向少数大企业集中,规模化、集团化和全球化成为生物育种发展大趋势。我们要抓住机遇,建立贯穿基础研究、技术攻关、产品创制、示范推广等全产业链成套创新体系,快速推进生物育种产业化,实现生物种业跨越式发展。

作者:姚颖垠 中国农业大学农学院教授 

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