李新海, 路明, 鄭軍, 谷曉峰, 邱麗娟, 黎裕,馬有志, 萬建民*
(1.中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所,北京 100081; 2.中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所,北京 100081;3.吉林省農(nóng)業(yè)科學院玉米研究所,長春 130033)
作物種業(yè)是國家戰(zhàn)略性、基礎性產(chǎn)業(yè),事關國家糧食安全。黨的十八大以來,黨中央高度重視種業(yè)發(fā)展,2020年中央經(jīng)濟工作會議首次將“解決好種子和耕地問題”確定為重點任務,2021年下發(fā)了《種業(yè)振興行動方案》[1]。當前,國際作物種業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出顯著的高技術、高投入、集約化發(fā)展特點。跨國種業(yè)企業(yè)利用自身的科技優(yōu)勢、管理優(yōu)勢和資本優(yōu)勢,大力開拓和占領全球市場,并呈現(xiàn)出壟斷化特征。面對我國社會經(jīng)濟發(fā)展需求和國際競爭挑戰(zhàn),本文深入分析國際作物種業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,明確我國作物種業(yè)發(fā)展面臨的機遇和挑戰(zhàn),提出新時期我國作物種業(yè)發(fā)展對策,對提升我國種業(yè)國際競爭力和驅(qū)動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉型發(fā)展具有重要意義。
全球作物種業(yè)經(jīng)過100余年的發(fā)展,已成為典型的高科技產(chǎn)業(yè)。近年來,全球種業(yè)市場呈現(xiàn)平穩(wěn)發(fā)展趨勢。根據(jù)IHS Markit數(shù)據(jù)(https://www.ihsmarkit.com),2021年全球商業(yè)種子市值為472.4億美元,比2020年增長7.1%。從2015年開始,全球種業(yè)市值增速放緩,但以轉基因作物為代表的農(nóng)業(yè)生物技術種子市場份額快速增長,2021年達到217.3億美元,較2020年增長11.6%,占商業(yè)種子市場銷售額的46%,成為全球種業(yè)市值的重要增長點。2019年,全球71個國家/地區(qū)應用轉基因作物,其中29個國家/地區(qū)種植了1.904 億hm2的轉基因作物,應用最多的轉基因大豆、玉米、棉花的播種面積分別達到9 190萬、6 090 萬和 2 570 萬 hm2,占全球總播種面積的比例分別為74%、31%和79%。轉基因作物種植面積自1996年以來增長近112倍[2],使轉基因技術成為全球應用最快速的作物改良技術。
當前,世界范圍內(nèi)以“生物技術+信息化”為特征的新一輪科技革命正在發(fā)展,種業(yè)科技形勢正發(fā)生深刻變化。轉基因、基因編輯、全基因組選擇、合成生物學等成為種業(yè)最具代表性的前沿技術。轉基因育種已從抗蟲和耐除草劑等產(chǎn)品,轉向改善營養(yǎng)品質(zhì)和提高抗逆性,以及工業(yè)、醫(yī)藥需求導向的新一代產(chǎn)品,具有多基因疊加和多性狀復合特點的良種成為研發(fā)與應用重點。2021年菲律賓批準轉基因“黃金大米”商業(yè)化生產(chǎn),2022年阿根廷批準耐旱和耐除草劑轉基因小麥品種HB4產(chǎn)業(yè)化。基因編輯技術2018年被美國列為未來十年重點發(fā)展的關鍵技術之一,已創(chuàng)制出高產(chǎn)糯玉米、高油酸大豆等新品種并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[3]。全基因組選擇技術已經(jīng)在玉米、水稻等作物中得到應用,成為國際作物育種領域的研究熱點和跨國公司競爭的焦點。合成生物技術2004年首次被美國MIT出版的《技術評論》評為“將改變世界的10大新技術之一”,將開創(chuàng)人類按照自身需求設計高效智能優(yōu)良作物品種的新紀元。伴隨步入人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算(ABC,Ai/Bigdata/Cloud)“三位一體”的時代,作物育種借助ABC技術正在走向智能化設計時代[4]。
近年來,在資本和技術創(chuàng)新的驅(qū)動下,國際種業(yè)呈現(xiàn)出大型企業(yè)寡頭化加劇特征,市場集中度大幅提升,大型跨國企業(yè)的市場壟斷日趨增強[5]。2018年,跨國種業(yè)完成了新一輪并購,拜耳收購孟山都,陶氏與杜邦合并后拆分出新的農(nóng)業(yè)板塊科迪華公司,中國化工收購先正達,巴斯夫收購拜耳剝離的種子和非選擇性除草劑業(yè)務。經(jīng)過并購重組,傳統(tǒng)的6大跨國公司(孟山都、杜邦先鋒、先正達、陶氏、拜耳、巴斯夫)變成4大集團——新拜耳作物、科迪華、中國化工先正達和巴斯夫。此輪并購后,4大集團的業(yè)務構成形成了“種子+農(nóng)化+精準農(nóng)業(yè)+整體解決方案”的新格局,從而獲得更好的業(yè)務協(xié)同、更強的核心競爭力和更高的市場占有率。拜耳公司、科迪華公司近些年一直是種業(yè)的領跑者,合計銷售總額占全球Top20企業(yè)總銷售額的60%[6]。
世界各國高度重視作物種業(yè)發(fā)展,特別是將生物技術研發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展視為種業(yè)發(fā)展的核心方向,出臺國家重大科學研發(fā)計劃加大支持力度。如美國出臺《美國創(chuàng)新戰(zhàn)略》,對生物技術和新產(chǎn)業(yè)的支持力度提高到前所未有水平,2018年將基因組學與精準育種列為農(nóng)業(yè)發(fā)展的五大方向之一;2021年宣布了超2萬億美元的基礎設施計劃,提升美國在芯片、生物技術等領域的優(yōu)勢;2022年發(fā)布《關于推進生物技術和生物制造創(chuàng)新保障美國生物經(jīng)濟持續(xù)、健康和安全發(fā)展的行政令》,尤其關注糧食安全和營養(yǎng)健康等重點領域。歐盟提出“歐盟2020戰(zhàn)略”,啟動第八個研究框架計劃——“地平線2020計劃”,預算經(jīng)費770.28億歐元;2021年開始,進一步啟動第九個研究框架計劃——“地平線歐洲”(Horizon Europe,2021—2027)計劃,預算達955.17億歐元[7]。在政府投入不斷加大的同時,領軍企業(yè)等投入資金逐漸成為種業(yè)投資主體,已成為科技創(chuàng)新的重要力量。以美國為例,企業(yè)的研發(fā)投入約占全國研發(fā)資金的70%。拜耳公司常年保持著銷售收入10%以上的研發(fā)投入規(guī)模,2021年研發(fā)費用54.12億歐元,占銷售收入的12.27%,為其科技創(chuàng)新領先優(yōu)勢提供了有效保障。
我國已建成較完善的作物種質(zhì)資源保護、研究與創(chuàng)新利用體系[8],截至2022年作物種質(zhì)資源保存總量突破53萬份,種質(zhì)資源創(chuàng)新利用有效支撐了作物育種發(fā)展。20世紀50年代發(fā)現(xiàn)的秈稻‘矮仔占’‘矮腳南’特等資源實現(xiàn)了水稻從高稈到矮稈的突破;小麥骨干種質(zhì)‘繁六’‘矮孟牛’等在國內(nèi)育種中發(fā)揮了重要作用,長穗偃麥草后代育成的‘小偃6號’,已成為國內(nèi)優(yōu)質(zhì)小麥的骨干親本,為小麥染色體工程育種奠定了基礎;從玉米地方種質(zhì)‘塘四平頭’中選育出的骨干自交系‘黃早四’,奠定了玉米雜種優(yōu)勢群——四平頭群。“十三五”期間,我國對約1.7萬份水稻、小麥、玉米、大豆、棉花、油菜、蔬菜等種質(zhì)資源的重要性狀進行了精準表型鑒定和全基因組基因型分析,初步解析了種質(zhì)資源形成與演化規(guī)律,促進了我國作物種質(zhì)資源研究發(fā)展。
近年來,我國作物育種創(chuàng)新能力明顯提升,步入“領跑、并跑和跟跑”并行的新格局。相繼完成水稻、小麥、棉花、玉米、大豆等重要作物的全基因組圖譜繪制[9-10],解析水稻自私基因和抗稻瘟病、小麥抗赤霉病、玉米株型和高蛋白、番茄和黃瓜風味、水稻氮高效利用等重要性狀形成的分子機制與調(diào)控網(wǎng)絡。水稻功能基因組研究繼續(xù)引領國際前沿,小麥、玉米、棉花等作物基因組學研究躋身世界先進行列[11-17]。第三代雜交水稻、無融合生殖固定等雜種優(yōu)勢利用技術正不斷深化和拓展[18];玉米單倍體育種技術實現(xiàn)規(guī)?;瘧?,并拓展到水稻、小麥、番茄等作物[19];轉基因技術實現(xiàn)了從局部突破到整體躍升,水稻、棉花遺傳轉化體系達到國際領先水平;自主開發(fā)Cas12i、Cas12j兩把“基因剪刀”,填補我國基因編輯核心工具領域的技術空白,建立主要作物基因編輯技術體系,創(chuàng)制出抗白粉病小麥、耐除草劑水稻等[20];開發(fā)基因組選擇機器學習模型、基因組育種工具等,加速全基因組選擇技術應用[21]。我國已建立系統(tǒng)的作物育種技術體系。
優(yōu)良品種是農(nóng)業(yè)科技的核心載體,品種的每次突破都推動了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展。建國以來,隨著作物品種選育水平的提升,推動我國實現(xiàn)作物矮稈化、雜交化、優(yōu)質(zhì)化的三次跨越,推廣了‘汕優(yōu)63’‘揚麥 158’‘鄭單 958’‘中黃 13’等一批重大品種。據(jù)統(tǒng)計,自1982年以來推廣超億畝的作物品種有40多個。“十三五”以來,選育出優(yōu)質(zhì)食味水稻、優(yōu)質(zhì)節(jié)水小麥、機收玉米等綠色優(yōu)質(zhì)高效新品種。2008年以來,生物技術研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化積極穩(wěn)妥推進,國產(chǎn)抗蟲棉市場份額達99%以上,累計推廣5.3億畝(0.35億hm2),減少農(nóng)藥使用65萬t,并在吉爾吉斯斯坦等中亞國家推廣種植;轉基因大豆、玉米產(chǎn)業(yè)化有序推進,14個抗蟲耐除草劑玉米、耐除草劑大豆獲生產(chǎn)應用安全證書,1個耐除草劑大豆獲準在阿根廷商業(yè)化種植并獲國內(nèi)進口用作加工原料的安全證書[22];轉基因抗蟲水稻、耐旱小麥、抗蟲大豆等產(chǎn)品形成一定儲備。2004年以來,我國糧食產(chǎn)量實現(xiàn)“十九連豐”,2022年糧食總產(chǎn)達到6.87億t,良種增產(chǎn)貢獻率達45%以上,良種覆蓋率達到96%。我國依靠自育良種有效支撐了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[23]。
自2000年《中華人民共和國種子法》實施后,我國種子市場化進程開始起步,經(jīng)過10年的市場培育階段,我國種子企業(yè)數(shù)量持續(xù)增加,2010年全國種子企業(yè)發(fā)展到8 700多家。為發(fā)展現(xiàn)代種業(yè),國務院先后出臺2011年國發(fā)8號、2012年國辦發(fā)59號、2013年國辦發(fā)109號等種業(yè)工作文件,我國基本形成了種業(yè)發(fā)展的“四梁八柱”[24]。2011年以來,我國開始作物種業(yè)兼并重組浪潮。全國種業(yè)企業(yè)由2011年的8 700多家下降到2016年的4 500多家,前10強企業(yè)市場集中度由15%提高到18%,前50強市場集中度由30%提高到35%。2017年以來,受糧食收儲制度改革和農(nóng)業(yè)供給側結構性改革等國家政策變動影響,兼并重組浪潮勢頭放緩并呈現(xiàn)反彈傾向。截止到2020年,全國持有效種子生產(chǎn)經(jīng)營許可證企業(yè)7 372家,前5、前10和前50家企業(yè)商品種子銷售額分別占全國的10.62%、15.28%和29.55%[25]?!坝蓖啤币惑w化種子企業(yè)98家,前50強的市場份額占到35%以上。2018年我國2家企業(yè)已躋身全球種業(yè)前十強,20多家企業(yè)在境外設立研發(fā)機構,正成為推動我國種業(yè)發(fā)展的重要力量。
當前,全球科技創(chuàng)新突飛猛進,新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在推進。我國經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展對作物種業(yè)提出了新需求,我國作物種業(yè)發(fā)展既有新機遇也面臨挑戰(zhàn)。
全球范圍生命科學不斷向縱深發(fā)展,生命科學與數(shù)據(jù)科學、制造科學的結合越來越緊密,未來育種向智能化方向迭代,作物育種的內(nèi)涵與外延正在發(fā)生深刻變化。需要立足國際發(fā)展趨勢與國內(nèi)發(fā)展需求,在精準智能設計育種等原創(chuàng)基礎理論,以及基因編輯、全基因組選擇、合成生物技術等戰(zhàn)略必爭領域搶占種業(yè)科技制高點,確保作物種業(yè)創(chuàng)新整體實力躍升,夯實種業(yè)原始創(chuàng)新基礎。根據(jù)預測,2030年我國總人口數(shù)量達到14.5億左右,需再增加20%的糧食產(chǎn)量才能滿足基本需求。聯(lián)合國糧農(nóng)組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations,F(xiàn)AO)預測,未來國際糧食總產(chǎn)增長的20%依靠面積增加,而80%將依賴于單產(chǎn)水平的提高,其中單產(chǎn)提高的60%~80%來源于良種的科技進步。發(fā)達國家良種對增產(chǎn)的貢獻率超過60%,我國為45%左右,意味著我國農(nóng)業(yè)種業(yè)發(fā)展尚有巨大潛力。作物種業(yè)發(fā)展已逐漸從滿足數(shù)量的需求,向注重質(zhì)量、健康和綠色轉變,優(yōu)質(zhì)專用、抗病抗逆、資源高效、適宜機械化等未來農(nóng)業(yè)技術領域均有巨大發(fā)展空間。
目前,我國保存的作物種質(zhì)資源中近80%來自國內(nèi),其多樣性顯著低于發(fā)達國家保存的種質(zhì)資源;迄今為止完成精準鑒定的種質(zhì)資源數(shù)量總體不到庫存資源的10%,遠不能滿足未來育種需求;庫存種質(zhì)資源中的野生近緣種和地方品種占比60%以上,如何從中高效挖掘優(yōu)異種質(zhì)和優(yōu)異基因,并應用于新種質(zhì)創(chuàng)制,已成為種質(zhì)資源工作的重點和難點。我國獲得了一批具有育種價值的新基因,在部分重要作物雜種優(yōu)勢利用、分子育種等領域的研究達到國際先進水平[26]。但是,我國種業(yè)科技研究原始創(chuàng)新能力與美國等發(fā)達國家還有較大差距。除水稻外,大部分物種的基礎研究尚在跟跑,育種性狀形成的遺傳基礎與調(diào)控網(wǎng)絡研究不系統(tǒng),基因編輯、全基因組選擇、合成生物等核心技術源頭創(chuàng)新不足,生物技術與信息技術交叉融合不夠,基礎研究與育種應用脫節(jié)現(xiàn)象較為嚴重[6]。我國生物育種產(chǎn)品以抗蟲耐除草劑的單基因單性狀產(chǎn)品為主,缺乏多基因疊加多性狀復合產(chǎn)品,優(yōu)質(zhì)、抗逆等基因編輯產(chǎn)品還未有凸顯。美國推廣和利用主要是抗蟲兼抗除草劑或多個抗蟲聚合的轉基因作物新品種,如拜耳公司的第三代轉基因大豆可以抗麥草畏和草甘膦除草劑,并含有3種抗蟲蛋白,可以抵抗部分鱗翅目害蟲的危害。在美國等發(fā)達國家,高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的新品種培育效率大幅度提升、產(chǎn)品迭代升級加速、新型產(chǎn)品陸續(xù)進入市場,轉基因玉米、大豆等作物的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化已有近30年歷史,顯著增強了農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)能力和競爭力。
發(fā)達國家和大型跨國公司經(jīng)過長期積累,形成了創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈高度融合的集成式創(chuàng)新體系。長期以來我國作物育種由科研單位和高等院校承擔、品種推廣由行業(yè)部門組織的體制束縛了種業(yè)創(chuàng)新活力,“育成好品種難”與“好品種推廣難”并存。同時育種科技成果評價體制中論文導向與市場導向脫節(jié),以及科技成果轉化政策中“創(chuàng)新與轉化脫節(jié)、成果與市場脫節(jié)、科技與經(jīng)濟脫節(jié)”等問題,都不同程度阻礙了育種機制從公益性向商業(yè)化轉型。由于產(chǎn)學研脫節(jié)和種業(yè)企業(yè)創(chuàng)新能力弱等,造成了我國“點片式”創(chuàng)新突出,集成式創(chuàng)新能力不足。以市場為導向的應用基礎研究與技術創(chuàng)新體系尚未有效建立,企業(yè)參與種業(yè)科技創(chuàng)新的力度不足,科企結合推進的產(chǎn)學研融合模式有待進一步發(fā)展。
新時期我國種業(yè)創(chuàng)新將進一步向市場導向、企業(yè)主體、產(chǎn)學研協(xié)同方向發(fā)展,構建滿足中國式現(xiàn)代化需求的作物種業(yè)創(chuàng)新體系對加快建設農(nóng)業(yè)強國、全方位夯實糧食安全根基具有重要戰(zhàn)略意義。一是進一步明確科研院?;A性、公益性研究職責,提升基礎性、公益性創(chuàng)新支撐能力,筑牢我國種業(yè)創(chuàng)新發(fā)展基礎;二是強化企業(yè)科技創(chuàng)新能力提升,支持有實力的企業(yè)建立全產(chǎn)業(yè)鏈的科技創(chuàng)新體系;三是打破科研院校和企業(yè)界限,聯(lián)合優(yōu)勢研發(fā)力量,加強企業(yè)主導的產(chǎn)學研深度融合。采用企科和科企模式,以企業(yè)為主導、一條龍整合科研機構的“基礎研究-技術創(chuàng)新-品種創(chuàng)制-產(chǎn)業(yè)化”等創(chuàng)新資源,建立成果共享、收益按比例分享的創(chuàng)新聯(lián)合體。加快實施種源關鍵核心技術和農(nóng)業(yè)生物育種重大項目,建立高效生物育種創(chuàng)新體系,共同解決種業(yè)產(chǎn)業(yè)全鏈條的科技問題,加快培育重大突破性新品種,高質(zhì)量助力現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。
當前,新一輪種業(yè)科技革命正不斷向縱深、向全球擴張,推動種業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營和管理發(fā)生深刻變革,高質(zhì)量的知識產(chǎn)權已成為激勵種業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的基本手段,是參與國際競爭的重要條件。拜耳、科迪華等5大跨國公司利用其基因?qū)@把苌贩N,控制著國際種業(yè)市場70%以上的份額。我國要在這一輪種業(yè)科技革命浪潮中贏得主動,必需在關鍵基因、核心技術、重大新品種等領域,產(chǎn)出一批自主高價值的核心知識產(chǎn)權,搶占種業(yè)科技創(chuàng)新制高點[27],成為我國種業(yè)核心競爭力的重要支撐。
按照“完善中國特色現(xiàn)代企業(yè)制度”的要求完善現(xiàn)代企業(yè)制度,鼓勵種業(yè)各環(huán)節(jié)、各領域的企業(yè)按照世界一流目標不斷壯大發(fā)展。推動建立更加緊密的具有強約束力的利益聯(lián)結新機制,加快育種創(chuàng)新資源、人才、技術向企業(yè)聚集。圍繞企業(yè)做大做強、做專做精,在財政、金融、稅收、投資等方面,進一步破除機制體制障礙,出臺含金量高的政策措施,用好上交所等證券市場傾斜支持生物育種企業(yè)上市的優(yōu)惠政策,支持一批優(yōu)勢種業(yè)企業(yè)到資本市場融資。推進企業(yè)差異化發(fā)展,既要堅持育繁推一體化發(fā)展方向,加快形成若干具有國際視野、全球布局的領軍企業(yè),也要立足資源稟賦和自身優(yōu)勢,打造具有科技內(nèi)涵、技術專長、獨特模式等核心競爭力的一流創(chuàng)新型企業(yè),形成布局結構合理、大中小各具特色、上下游相互補充的種業(yè)發(fā)展新局面。
提升種業(yè)競爭力,促進種業(yè)健康發(fā)展,需要推動種業(yè)機制變革,構建新的種業(yè)服務機制和營商環(huán)境。一是推進依法治種。加快轉變思想觀念,深入推進種業(yè)“放管服”改革,制訂權力清單、責任清單和負面清單,推動由事前審批更多向事中事后監(jiān)管轉移。二是轉變管理方式。進一步完善種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺,加強種業(yè)信息監(jiān)測預警,提升種業(yè)管理服務的數(shù)字化、智能化水平。三是完善我國生物育種產(chǎn)業(yè)化政策。穩(wěn)步推進轉基因育種產(chǎn)業(yè)化試點,總結經(jīng)驗、完善模式;科學評估,完善程序,推進基因編輯等生物技術產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)應用。四是進一步強化知識產(chǎn)權保護。推進《中華人民共和國植物新品種保護條例》修訂,分物種適時建立實質(zhì)性派生品種制度,破解維權舉證難題,提升品種權保護水平;加強部門聯(lián)動,加大對侵犯知識產(chǎn)權行為的執(zhí)法力度,為種業(yè)營商環(huán)境優(yōu)化提供有力支撐。