保障國(guó)家糧食安全，生物育種技術(shù)是關(guān)鍵支撐。當(dāng)前，我國(guó)生物育種基礎(chǔ)研究取得顯著進(jìn)展，國(guó)際頂尖期刊論文發(fā)表數(shù)量全球領(lǐng)先，但核心技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用仍存在短板。面對(duì)新形勢(shì)新挑戰(zhàn)，中國(guó)生物育種如何突破瓶頸、加速發(fā)展？

中國(guó)作物學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)，中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)，中國(guó)工程院院士萬(wàn)建民提出構(gòu)建科研、產(chǎn)業(yè)深度協(xié)同的“雙輪驅(qū)動(dòng)”體系。該體系究竟如何加速種業(yè)核心技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用，打通從實(shí)驗(yàn)室到田間的“最后一公里”？一起來(lái)看→

萬(wàn)建民在第二十七屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)主論壇上作主旨報(bào)告

一、回應(yīng)國(guó)家需求的生物育種

生物育種肩負(fù)著回應(yīng)國(guó)家重大戰(zhàn)略需求的使命。

第一是確保國(guó)家糧食安全。2024年我國(guó)糧食產(chǎn)量雖創(chuàng)歷史新高，達(dá)到1.4萬(wàn)億斤，但進(jìn)口量仍超過(guò)1.58億噸，對(duì)外依存度高達(dá)19%，這說(shuō)明糧食安全仍然是國(guó)家重大的戰(zhàn)略需求。目前我們?nèi)司Z食占有量已經(jīng)超過(guò)500公斤，比世界平均水平高出100公斤，這是過(guò)去難以想象的成就。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織把糧食安全分成三個(gè)階段：第一階段是數(shù)量的保障，第二階段是質(zhì)量的保障，第三階段是保障食物的營(yíng)養(yǎng)與滿足消費(fèi)者的多元化需求。事實(shí)上，我們國(guó)家仍然處于第一階段數(shù)量的保障，質(zhì)量保障還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)，這是糧食安全方面需要關(guān)注的首要問(wèn)題。

第二是提高國(guó)民營(yíng)養(yǎng)健康水平。我們國(guó)家處于高度發(fā)展時(shí)期，公民的消費(fèi)呈現(xiàn)兩極分化：一方面是營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩，另一方面仍然存在“隱性饑餓”（即礦物質(zhì)和微量元素缺乏）。根據(jù)《2023中老年?duì)I養(yǎng)第四餐藍(lán)皮書(shū)》顯示，中國(guó)是世界受“隱性饑餓”問(wèn)題嚴(yán)重挑戰(zhàn)的國(guó)家之一，“隱性饑餓”對(duì)國(guó)家發(fā)展和國(guó)民健康構(gòu)成潛在威脅。

第三是保障農(nóng)業(yè)生態(tài)安全。目前我國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，單位面積化肥、農(nóng)藥使用量是美國(guó)、歐洲的2-3倍。同時(shí)，人均水資源占有量?jī)H為世界平均水平的四分之一，加上病蟲(chóng)害頻發(fā)，亟需培育抗病蟲(chóng)、抗旱、養(yǎng)分高效利用、水資源高效利用的新品種。

第四是增強(qiáng)國(guó)家農(nóng)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力?？鐕?guó)公司正加速壟斷全球種子市場(chǎng)，65%份額被5家跨國(guó)公司掌控，2024年全球種業(yè)十強(qiáng)中，僅一家本土企業(yè)（第8位）。我們國(guó)家在基因編輯工具、全基因組選擇核心算法等原創(chuàng)核心專利上仍然處于落后的狀況。當(dāng)前我國(guó)良種對(duì)糧食增產(chǎn)貢獻(xiàn)率約45%，低于美國(guó)的60%，還存在差距與發(fā)展空間。

因此，必須從種質(zhì)資源、基礎(chǔ)研究、基因資源、育種技術(shù)、創(chuàng)新種質(zhì)等方面進(jìn)行全鏈條創(chuàng)新，培育高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)健康、競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的新品種，保障國(guó)家糧食安全。

二、生物育種技術(shù)的演進(jìn)與突破

全球農(nóng)作物育種大概經(jīng)歷了兩次重大的革新，特別是以水稻為代表的植物育種，其技術(shù)創(chuàng)新經(jīng)歷了兩次重大變革，50年代矮化育種和70年代雜交育種。而這兩次都是由中國(guó)人引領(lǐng)的。第一次是廣東農(nóng)科院的黃耀祥院士在20世紀(jì)50年代就開(kāi)始培育半矮稈品種，把水稻株高從160公分降到了90公分，實(shí)現(xiàn)了半矮化育種，這比國(guó)際上所謂的“綠色革命”早了八年。第二次是以袁隆平先生為代表的中國(guó)科學(xué)家們，通過(guò)發(fā)現(xiàn)雄性不育系，利用野生稻實(shí)現(xiàn)了水稻三系配套，成功應(yīng)用了雜交水稻技術(shù)。

發(fā)展到后期的分子育種和設(shè)計(jì)育種階段，我們國(guó)家在生物育種領(lǐng)域基本上是緊跟世界步伐的。我們水稻、小麥的育種處于比較高的水平，大致是領(lǐng)先的位置，但在玉米、大豆方面仍然存在差距。

生物育種的基礎(chǔ)研究，主要是圍繞優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源的形成與演化、重要性狀形成的遺傳基礎(chǔ)、多性狀協(xié)同改良等方面展開(kāi)，貫穿從資源、基因到種質(zhì)的全鏈條創(chuàng)新。

在種質(zhì)資源鑒定方面，近年來(lái)從單一環(huán)境轉(zhuǎn)向多環(huán)境鑒定，組學(xué)技術(shù)的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)基因型鑒定向高通量、精準(zhǔn)化方向發(fā)展。人工智能技術(shù)被用來(lái)預(yù)測(cè)優(yōu)異種質(zhì)，全景組學(xué)已經(jīng)成為系統(tǒng)解析優(yōu)異種質(zhì)的重要方向。

我們可以看到基因資源的深度挖掘經(jīng)歷了這樣的發(fā)展：從上個(gè)世紀(jì)1900年經(jīng)典遺傳學(xué)孟德?tīng)栠z傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，到50年代DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，再到分子標(biāo)記定位、基因克隆、全基因組關(guān)聯(lián)分析、資源精準(zhǔn)鑒定，進(jìn)入21世紀(jì)后發(fā)展到泛基因組、全景組學(xué)，直到近年來(lái)人工智能的飛速發(fā)展，使得基因挖掘的效率大幅度提高，趨向智能化。

在這個(gè)背景下，很多跟產(chǎn)量性狀相關(guān)的基因、抗病蟲(chóng)的基因、抗逆（抗不良環(huán)境）的基因、資源高效利用的基因被挖掘和利用。泛基因組的構(gòu)建成為挖掘重要基因的有力手段，大幅提升了基因挖掘的效率。

AI驅(qū)動(dòng)基因資源挖掘向智能化、規(guī)?；较虬l(fā)展，也取得了比較好的進(jìn)展。過(guò)去是單一性狀的改良，現(xiàn)在多性狀協(xié)同改良已經(jīng)成為重要方向，包括基因的一因多效、多基因平衡表達(dá)、多性狀協(xié)同改良，特別是基因型與環(huán)境互作的研究，都取得了新的進(jìn)展。

生物育種技術(shù)包括了底盤(pán)技術(shù)和前沿技術(shù)。底盤(pán)技術(shù)包括表型鑒定、單倍體育種、遺傳轉(zhuǎn)化、智能設(shè)計(jì)。前沿技術(shù)包括轉(zhuǎn)基因、基因編輯、合成生物、基因組選擇。近年來(lái)，規(guī)?；?、智能化、精準(zhǔn)化、工程化的育種發(fā)展，使得育種技術(shù)迭代升級(jí)迅速突破，加快了生物育種的發(fā)展。

作物育種前沿技術(shù)也取得了突破。比如轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)使得多基因疊加、精準(zhǔn)表達(dá)調(diào)控成為可能，多基因聚合和多性狀疊加已經(jīng)成為轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品研發(fā)的主要方向；基因編輯育種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從單基因到多基因、單類型編輯到全類型編輯、小片段編輯到大片段編輯的跨越；全基因組選擇技術(shù)在預(yù)測(cè)模型智能化、遺傳評(píng)估精準(zhǔn)化方向取得突破……

可以說(shuō)，生物育種已經(jīng)進(jìn)入“BT（生物技術(shù)）+IT（信息技術(shù)）”的智能設(shè)計(jì)時(shí)代。我們國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始從傳統(tǒng)育種向新一代育種方向邁進(jìn)。

三、中國(guó)生物育種的成就與挑戰(zhàn)

大量植物基因組的研究是由中國(guó)科學(xué)家完成的。例如水稻產(chǎn)量性狀相關(guān)的基因，絕大多數(shù)都是由中國(guó)人克隆的。截至到目前，今年植物領(lǐng)域三大頂刊《Science》《Nature》《Nature Genetics》上發(fā)表的農(nóng)作物相關(guān)論文，70%以上是由中國(guó)科學(xué)家完成的。我們發(fā)表了這么好的論文，那我們面臨的挑戰(zhàn)是什么呢？

生物育種基礎(chǔ)研究原創(chuàng)性不足，基礎(chǔ)研究與育種應(yīng)用結(jié)合不夠緊密。如果產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用沒(méi)有突破，大部分科學(xué)家集中在基礎(chǔ)研究，就難以形成產(chǎn)業(yè)。因此，我們?cè)谟N理論方法上的創(chuàng)新能力仍然偏弱。

另外我們的生物育種技術(shù)創(chuàng)新緊跟國(guó)際前沿，包括雜種優(yōu)勢(shì)利用、基因組選擇、倍性育種、細(xì)胞與染色體工程等方面處于國(guó)際領(lǐng)先地位，在轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術(shù)創(chuàng)新方面實(shí)現(xiàn)了國(guó)際并跑，但原始創(chuàng)新能力仍有差距。

轉(zhuǎn)基因育種創(chuàng)制了一批重大產(chǎn)品，例如，我們是全球最早擁有抗蟲(chóng)水稻品種的國(guó)家之一，抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因玉米對(duì)玉米螟和草地貪夜蛾也有較好抗性。耐除草劑大豆也培育成功了。但目前這些產(chǎn)品推廣速度仍然比較慢。

我們建立了成熟的基因編輯育種技術(shù)體系，最近自主開(kāi)發(fā)的基因編輯工具Cas12i，對(duì)水稻、小麥、大豆的編輯效率已經(jīng)達(dá)到了可規(guī)?；瘧?yīng)用于育種的效率。還建立了自主基因編輯工具的衍生技術(shù)體系。最近中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了全新的依靠RNA的DNA編輯酶，這有望使我們?cè)谡麄€(gè)基因編輯領(lǐng)域處于領(lǐng)先位置。

因此我們面臨的挑戰(zhàn)是核心技術(shù)專利缺乏，短板依然突出。我們國(guó)家是生物技術(shù)研發(fā)大國(guó)，但不是核心技術(shù)策源地，也就是說(shuō)我們模仿相對(duì)多，原創(chuàng)的研究相對(duì)少。重大新品種創(chuàng)新能力也需要進(jìn)一步提升。

種業(yè)企業(yè)育種創(chuàng)新能力亟待提升。目前中國(guó)種業(yè)市場(chǎng)容量約1400億元人民幣，但種業(yè)企業(yè)多達(dá)8000到9000家，市場(chǎng)分散，企業(yè)創(chuàng)新能力比較弱，對(duì)科技投入不足，種業(yè)的科技創(chuàng)新體系仍然不夠完善。歐美的種業(yè)市場(chǎng)經(jīng)過(guò)一百多年發(fā)展，形成了完善的體系，資源、技術(shù)、品種選育都已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。在這個(gè)研發(fā)體系中，企業(yè)投入育種技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)，資源和基礎(chǔ)研究由政府投入，并通過(guò)完善的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)法律體系來(lái)保障。我們?cè)谶@方面還沒(méi)有形成這樣一個(gè)完善的創(chuàng)新體系，種業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)仍有待加強(qiáng)。

因此，我們必須把握發(fā)展機(jī)遇，積極推動(dòng)有組織的科研，推動(dòng)生物育種的發(fā)展。

四、推動(dòng)生物育種的破局之道

首先，要建立“雙輪驅(qū)動(dòng)”的現(xiàn)代種業(yè)科技創(chuàng)新體系。什么是“雙輪驅(qū)動(dòng)”？就是基礎(chǔ)研究跟產(chǎn)業(yè)化緊密結(jié)合，科研單位跟企業(yè)有機(jī)協(xié)同。這種科技結(jié)合的創(chuàng)新體系，目前缺一不可。全部依靠科研單位，沒(méi)有企業(yè)就形不成產(chǎn)業(yè)；但全部依靠企業(yè)，目前仍有困難。必須通過(guò)科企結(jié)合來(lái)推動(dòng)整個(gè)創(chuàng)新體系的完善。

第二，要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究。強(qiáng)化種源基礎(chǔ)研究，加固理論基礎(chǔ)。目前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究仍然是相對(duì)薄弱的，需要進(jìn)一步加強(qiáng)推進(jìn)。

第三，要突破關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建高效生物育種技術(shù)體系。我們看到人工智能、大數(shù)據(jù)對(duì)推動(dòng)多個(gè)產(chǎn)業(yè)起到了重要作用，在生物育種領(lǐng)域也要推動(dòng)多學(xué)科交叉融合，進(jìn)行系統(tǒng)性改良，因?yàn)橛N本身就是一項(xiàng)非常重要的系統(tǒng)工程。

第四，要培育新一代的農(nóng)作物品種。過(guò)去所有的育種都是以產(chǎn)量為主要目標(biāo)，相對(duì)忽視了品質(zhì)。過(guò)去我們只追求產(chǎn)量，現(xiàn)在必須把品質(zhì)和產(chǎn)量同時(shí)考慮。此外，還要推動(dòng)培育抗病蟲(chóng)、耐寒、耐鹽堿、對(duì)環(huán)境友好的品種。同時(shí)，還要推動(dòng)面向特殊人群的功能性品種開(kāi)發(fā)，例如適合糖尿病人的低糖品種、適合腎臟病人的低異構(gòu)蛋白品種。推動(dòng)培育適應(yīng)機(jī)械化、現(xiàn)代化管理體系的品種。

生物種業(yè)是國(guó)家戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前，新一輪種業(yè)科技革命正在興起，發(fā)達(dá)國(guó)家以及跨國(guó)企業(yè)集團(tuán)愈發(fā)重視生物種業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，并成為提升國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略舉措。生物育種是種業(yè)創(chuàng)新的核心。因此，我國(guó)必須加大生物育種與產(chǎn)業(yè)化力度，突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，培育戰(zhàn)略性新興生物產(chǎn)業(yè)，保障國(guó)家糧食安全。

（根據(jù)萬(wàn)建民在第二十七屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)主論壇上的主旨報(bào)告整理，已經(jīng)本人審閱同意發(fā)布）

責(zé)　　編：鄧涵文

審　　核：張敬一

值班編委：譚華霖