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湖南省农科院的黄瓜育种研究员陈惠明正在观察一批黄瓜植株发育情况。他近来定期给这批黄瓜苗喷施硝酸银诱雄剂，以诱导雌性系植株产生雄花。图/受访者提供
文 | 彭丹妮 牛荷 中国新闻周刊记者
本文转载自微信公众号“中国新闻周刊”（ID：chinanewsweekly），原文首发于2022年9月15日，原标题为《这场突围战，事关14亿人饭碗》，不代表瞭望智库观点。
1进步显著，仍有差距湖南省农业科学院坐落在长沙市芙蓉区远大二路一侧，与中国种企巨头先正达集团湖南分公司仅一街之隔。在距农科院三公里范围内，还分布着湖南农业大学、岳麓山种业创新中心、国内龙头种企隆平高科等省内乃至国内重要的种业相关机构，周边的种子公司和店铺也不计其数。湖南冬冷夏热四季分明，具有雨水充沛、空气湿润特征，是国内适合开展各种农作物新品种选育的重要地区。当地多位育种家告诉《中国新闻周刊》，湖南省有着比较多变和极端的天气，作物病虫害也比较严重。如果一个品种能在湖南被选育出来，在生态系统相近的别的省份会表现得更加优异。当湖南省农科院的番茄育种团队在1990年代末期成立时，因为高温高湿的气候环境以及土壤酸化使得当地番茄品质下降。同时，当地番茄还受到一种土传性疾病：青枯病的侵扰，死棵率很高，湖南的番茄种植面积骤减。2000年后，随着国外品种进入中国，国内番茄，尤其是南方市场的大红果类番茄，受到巨大冲击。当时，著名跨国农业巨头孟山都（今拜耳）旗下圣尼斯公司培育出的番茄品种，因为抗病性、广适性、品相等都明显强于本土品牌，更受农户和市场欢迎。 近5年来，该团队已培育了可以抗青枯病和与国外品种抗衡的更好的本土大红果品种。它们有的长势强，有的耐高温和耐低温能力强，有的果皮硬度与果实韧性已优于国外品种，且种子的价格也更便宜。在抗青枯病方面，一些品种通过嫁接抗土传病的砧木根系，得以挽救番茄的生命。不过，在高品质的番茄方面，比如今天被人们广泛食用的圣女果，依然依赖进口品种。北京大学现代农学院院长、中国作物学会常务副理事长刘春明告诉《中国新闻周刊》，有的高端的、从国外进口的西红柿种子一粒甚至能高达10元左右，如果按每克来计算，比黄金价格还高。这是中国种业现状的缩影：经过多年大规模投入，中国已经在许多领域取得长足进步，一些品种世界领先。然而，种业“卡脖子”问题依然存在。除了圣女果，胡萝卜、菠菜、西兰花、白色金针菇等温室蔬菜基本都依赖进口。虽然种子价格高，但农民更愿意购买国外品种。国家大宗蔬菜产业技术体系岗位专家、中国农业科学院蔬菜花卉研究所副研究员李占省告诉《中国新闻周刊》，西兰花在国内云南、甘肃、河北、江苏等地相对集中种植，每年出口12万～14万吨，在近千种蔬菜中出口占比较高，是十分重要的出口创汇蔬菜之一。不过，西兰花种子却长期被日本、美国等地种业公司垄断。近年，国内培育的适应南方气候环境的西兰花品种比例在提高，但适合北方生长的西兰花种源仍主要依赖国外。袁少华是湖南一家种子公司的负责人，在这一行业已浸淫30余年。他感到，近些年，种子领域发生了不小变化，最明显的就是产量。另一方面，几乎所有品种品质和抗性都比以前大幅提高。9月7日，比尔·盖茨在接受媒体采访时称，中国在卫生和农业领域都拥有很大优势，对发展中国家来说很有帮助。一个很好的例子是中国帮助西非改善了水稻体系，使得当地水稻每公顷产量提升超过30％。今天， 中国水稻、小麦、大豆、油菜、棉花等农作物生产用种均为自主选育，玉米自主选育品种面积占比提高到了91％，蔬菜提高到87％以上。中国水稻和小麦育种成就尤为突出，2020年，中国水稻平均产量为469.6公斤/亩，是世界平均水平的1.71倍；小麦平均产量为382.8公斤，比国际平均水平高30％。
但同时，北京大学中国农业政策研究中心名誉主任黄季焜等人统计发现，过去20年，对于小麦、水稻和玉米三大主粮，全国省级以上政府审定的品种数量在波动中快速增长，尤其是2016年~2020年间，水稻审定了4788个品种，玉米审定了7337个品种。
根据育种技术划分，种业发展可分为四个阶段：农民经验留种的1.0阶段，统计和遗传性质实验育种的2.0阶段，分子标记和生物技术育种的3.0阶段和以生物技术、人工智能、大数据为主的智能育种4.0阶段。植物，包括农作物，有3万到十几万个基因，比人的基因还多。自从科学家们掌握“基因决定性状”这一遗传学规律后，育种不再是农民依据经验挑选作物种子，再随机、漫长地等待优化，而是专业人士想方设法改变控制作物性状的基因。比如，优化玉米的秸秆高度，或把玉米叶片角度变得立起来，提高光合效率；去掉黄瓜的苦味、调节辣椒的辣度、让柔软的番茄更适合运输……现代生物育种技术中，1980年代出现的转基因技术极大改变了育种领域的研发范式，并成为迄今为止全球发展速度最快、对于产业影响最大的现代生物技术。万建民介绍，自1996年首次商业化种植以来，全球范围内，玉米、大豆、棉花、油菜等32种作物都在应用转基因技术。2019年，全球主要农作物种植面积中74％的大豆、31％的玉米、79％的棉花、27％的油菜都是转基因品种。2008年后，中国开始真正较大规模地开展转基因研究。万建民说，随着一些重大科技专项计划的实施，中国已建立了完整的转基因育种技术体系，研发能力属世界第一方阵，但生物育种的产业化相对滞后。湖南省农科院的番茄育种团队今年在西北某试验田种了4亩各种品种的番茄，每个品种种植20株，4亩地累计种植1万多株。初步筛选后，约只有40株可能携带研究团队感兴趣的目标性状。这只是该课题组传统选育过程中的一小步。选到可能的目标品种后，他们还要在地里播种，取小叶片或者果实表皮，通过分子标记手段把关键性状的基因位点标注出来，再进行配比实验，继续试种。一个品种培育至少要田间5代的选择，一代至少需要3~4个月。今天，育种家们的工具箱里已经有了新的工具，比如，基因分型、高通量表型分析、基因编辑、基因组选择等。新的技术虽然不能替代育种家们在田间的观察、记录，以及多年经验积累的对潜在好种的判断等传统育种环节，基因改造也不能离开好的品种，但育种4.0时代的技术无疑可以加快育种速度。 欧美科学界与投资界正火热参与到这一前沿农业技术领域。一个业内共识是，种业发达国家已进入育种4.0阶段。然而，中国还整体处于由育种2.0向3.0阶段的过渡时期。
他进一步解释说，像玉米快速干燥、耐密植等关键性状的专利很多不在我们自己手里。从市场买国外公司的种子，并用它作为亲本杂交，把关键性状导入到自己的品种里，这是可以的。但如果这个性状及基因本身被专利保护，到时候就会被打官司，这是中国种业的一种“卡脖子”。国家发改委、农业农村部去年联合印发的《“十四五”现代种业提升工程建设规划》中提出，在育种创新方面，以大型表型鉴定平台、分子育种平台等为重点，打造具有国际先进水平的基础性、前沿性研究和商业化育种体系。3种质资源之困
因为遗传学的规律，找到作物以及动物目标性状的控制基因，是育种家们努力的关键目标。
比如，今年7月22日，一篇发表在《科学》期刊上的文章报道了中国科研人员发现的一个关键增产基因。中国农科院作物科学研究所研究员周文彬团队在水稻中发现高产基因“OsDREB1C”，能同时提高光合作用效率和氮素利用效率，2018年~2022年，该团队在北京、三亚、杭州田间实验发现，两种水稻品种中该基因高表达，实验组比对照组产量可提高30％~68％。基因，就藏在种质资源中。华智生物副总裁王朝晖告诉《中国新闻周刊》，育种最关键的核心要素就是掌握多少种质资源，有没有足够丰富的种质资源筛选、组合，直接决定了能不能培育出更好的品种。长期从事农业防灾减灾与气候应对的中国农业大学教授郑大玮向《中国新闻周刊》指出，为了选育出能够适应极端天气的抗性优良的品种，应该特别注意保护种质资源或者说基因的多样性。保护基因多样性，就意味着要把植物种子、动物胚胎或者是精子冷冻长期保存下来，需要时，再繁殖扩大。截至2020年底，中国保存的种质资源总量超过52万份，位居世界第二，仅次于美国。不过，中国种质资源来源的丰富程度还不够，国外种质资源占比仅为24％；相比之下，美国更加强调全世界范围内的资源搜集，国外种质资源占比达到72％。美国建立了国家植物种质资源系统，如2016年实施了12个资源考察和交换项目，在越南、西班牙、格鲁吉亚等国家和地区收集胡萝卜、洋葱、苹果、马铃薯等各式农作物与植物资源。与此同时，美国种业巨头本身就具有全球资源收集的优势，科迪华公司在世界126个试验站间交流和共享种质资源，目前拥有全球60％以上极具遗传潜力的玉米种质资源。 另一方面，因为人手不足、经费不足，国内大量种子基因信息还“躲”在全国各地的种质资源库当中，没有被充分发掘、研究与利用。 在湖南省农作物种质资源库，装着种质材料的黄色小袋子堆满了一面墙，每个小袋子上面有专属编号，它们是湖南各市、县农业局与各级农科院或农科所调查收集到的资源，静待着后续登记、整理、归类、发芽，合格的种子会放入-18℃的长期库保存。目前，这个“基因银行”已保存了3万余份种质资源。1989年，刚参加工作的段永红便开始在这里工作，很多年里，这里只有她一个人。2015年，原农业部启动第三次全国农作物种质资源普查与收集行动，计划完成31个省份2323个农业县的普查与征集，目前这项工作仍在进行中。近年来，种质资源保护问题日益受到重视。2015年和2020年，该种质资源库先后引进一个硕士和一个博士，人才队伍有所改善。段永红说，种质资源库的评价体系目前参照育种研究人员，比如获得多少项目经费、育成多少个品种、发表多少论文等，与收集和保护了多少资源关联不大，因此从事种质资源保护的研究人员晋升空间比较有限。“现在库里这么多材料，能做到透彻了解的，尤其是做到分子鉴定这个层面上的，比例比较低。”她坦言。种质资源研究的周期长。有的资源只收到一点种子，在排除了外来物种和病虫害的隔离试种后，需要提纯复种扩发，再逐步开展主要农艺性状评价、品质评价、分子评价等，从而实现资源精准鉴定。她说，资源评价其实是很重要的，但是申报课题时，一般一年到三年左右就得结题，对于精准评价一个资源来说时间太短了。经费方面，有在其他种质资源库工作的研究人员告诉《中国新闻周刊》，基因测序很昂贵，一个点位就要100元左右，而有的材料要测几千个点位。现实是，在其所在的机构，普查收集来的材料，1000份材料大约只有几十万元的鉴定费用。也是因为人手和经费的缺乏，万建民说，在国家农作物种质资源库的52万份农种质资源中，只有大概不到10％的比例完成了精准鉴定。公开资料显示，中国正在积极推进种植资源鉴定评价和创新利用，“十三五”期间，累计完成9.6万份次作物种质性状鉴定。
2021年7月9日，《种业振兴行动方案》审议通过，强调要把种源安全提升到关系国家安全的战略高度。这是继1962 年出台加强种子工作的决定后，专门针对种子工作印发的第二份中央文件。该行动方案提到，全面加强种质资源保护利用，进一步加大资源普查力度。今年中央一号文件提出，加快推进农业种质资源普查收集，强化精准鉴定评价。
2021年3月，农业农村部印发《全国农业种质资源普查总体方案》，利用3年时间开展种质资源普查，是新中国历史上规模最大、覆盖面最广的全国性农业种质资源普查行动。当年9月，新的国家农作物种质资源库在中国农科院作物科学研究所投入试运行，可保存150万份种质资源，保存能力世界第一，可以满足今后50年全国农作物种质资源安全保存、鉴定挖掘和新品种培育等重大需求。
去年2月份农业农村部的新闻发布会上，国务院发展研究中心农村经济研究部副部长程郁表示，真正所谓的种源“卡脖子”，并不像外界所认为的那样，国内没有种子可以种了。实际上，中国真正是卡在育种原创性的技术上，卡在对一些品种功能性状基因的挖掘不足上。 4“中国种业之问”2019年的一场会议上，中国种子协会会长、农业农村部种业管理司原司长张延秋提出了“中国种业之问”：长期以来，中国育种家数量世界第一，种业基础研究世界一流，为何出大品种的能力却不是世界一流？育种论文发表数量第一，科研实力也很强，为何没能转化为产业优势？
中国并不缺人才。到上世纪90年代，中国已经建立了世界上最庞大的以院校、公共科研单位为主的育种研发团队。北京大学现代农学院院长刘春明说，中国农科院就有30多个所，中国热带农业科学院也有约20个所，每个省都有农科院体系，人才队伍实际比国外大很多，国家财政支持力度也很大。
对于“中国种业之问”，多位受访育种专家都提及，中国缺乏一个现代化的种业创新体系，分散在科研机构不同课题组的研究者们主导了大部分的种子研发进程，从资源保存、基础研究到品种繁育。“课题组式的研发没有办法和能力完成产业化。”万建民也表示，育种的环节太多了，科研人员只能完成一些工作。
社会、经济、气候条件等各种现实的挑战与需要，正对育种研发提出更高、更快的要求。近年来，中国的粮食增产赶不上消费增长，供销长期处于紧平衡。中国海关总署数据显示，2021年中国进口粮食16453.9万吨，同比增长18.1％。今年，中国遭遇了60年一遇的高温天气，长江流域高温叠加严重的干旱，使得农业大面积受损。国家水利部统计显示，8月25日旱情高峰时，长江流域耕地受旱面积达6632万亩，有499万人、92万头大牲畜因旱供水受到影响；8月30日，长江流域耕地受旱面积减至4324万亩，有473万人、71万头大牲畜因旱供水受到影响。长江流域的中稻和玉米因为籽粒空瘪出现减产。在同样受百年不遇的高温干旱天气侵袭的欧洲，法国农业咨询公司“战略谷物”预测，2022年~2023年，欧盟作物季的玉米产量降至5540万吨，创出十五年以来的最低水平，同比降幅超五分之一。郑大玮告诉《中国新闻周刊》，气候变暖对农业的影响也不全是负面的，近几十年对于高纬度地区反而是较为有利的，比如，纬度最高的黑龙江省已成为产粮第一大省，2021年新疆跃居全国省区粮食单产最高。俄罗斯从上世纪90年代的粮食进口大国一跃成为世界最大小麦出口国，都与气候变暖使种植期延长有关。然而，总的来说，气候变化对农业影响以负面为主，极端气候事件会有更大的杀伤力。有研究表明，即便将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2℃，全球四种主要粮食作物仍将减产3％~13％。粮食生产如何应对气候变化？郑大玮强调，采用适应性的栽培种植技术、合理利用灌溉条件等手段都是必要的。不过，能够适应极端气候的品种选育，具有很关键作用，而且成本比其他手段要低。“我们仍然需要高产、优质的作物种子，但是现在越来越提到日程上的，就是我们培育的品种要耐高温、抗病虫害以及耐旱和耐涝”。中国农业科学院生物技术研究所研究员张春义关注的是营养型作物品种培育。2003年，国际上发起了生物强化（Harvest Plus）项目，旨在解决那些落后国家与地区贫困人群的饥饿与营养不足问题，而不仅仅像过去那样，单纯强调增加粮食供给。 2004年，该项目在中国启动，张春义等人是最早一批参与的研究人员，也是国内较早关注农业与人群健康的学者。他告诉《中国新闻周刊》，这个项目的研究目标也与国际相似，早期关注主粮中那些最基本的营养元素，比如，水稻、玉米、小麦和马铃薯等主要食物当中铁、锌、维生素A等营养元素，以改善农民、偏远地区儿童等群体的营养不良问题。2017年之后，他所在的团队开始将研究范围扩大，一个原因是，中国整体上进入了一个重大慢性疾病集中暴发的新阶段，主要包括“三高”及癌症、心脑血管疾病等。它背后不光是饮食结构的不合理，也与摄入食物的营养品质不够有关，比如，叶酸的摄入不够，会引起高血压等疾病发病率提高。这被称为“隐性饥饿”，意味着必要的微量营养素摄入不均衡或缺乏，从而产生隐蔽性营养需求的饥饿症状。农业农村部食物与营养发展研究所研究员朱大洲等人在今年发表的论文中指出，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，中国居民膳食结构逐渐从低脂肪、低热量、低蛋白向高脂肪、高热量、低膳食纤维方向转变。从食物源头即农产品生产入手，是解决食物多样化和均衡营养的基础。这就要求农业生产从过去单纯追求产量逐步转向以营养为导向的绿色、优质、高效、生态、安全的方向发展。为了实现这一目标，意味着育种家们需要更快、更先进的技术。郑大玮介绍，近年来，农业农村部已公布若干获得生物安全证书的转基因与基因编辑品种，将极大提高中国农业适应气候变化的能力。2021年末，在一场会议上，农业农村部科技教育司农业转基因生物安全管理处处长刘培磊透露，为解决当前农业生产中面临的草地贪夜蛾和杂草危害问题，2021年农业农村部对已获得生产应用安全证书的耐除草剂转基因大豆和抗虫耐除草剂转基因玉米开展了产业化试点。今年1月24日，农业农村部发布《农业用基因编辑植物安全评价指南（试行）》，若基因编辑作物被认为不存在环境或食用安全风险，研发者仅须提供实验数据，并进行小规模栽培实验，即可获批。“在基因编辑作物方面，中国已有了雄厚的研究经验，新规一出，中国将充分发挥自己的学术领先优势。”英国约翰英纳斯中心植物学家彭妮·亨德尔比今年初在接受《自然》杂志采访时表示。（文中袁少华为化名）
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