一個(gè)增產(chǎn)基因增加一片耕地，一個(gè)耐鹽基因再造一片良田，一個(gè)抗旱基因再生一條黃河，一個(gè)高效基因還你我一片凈土……

未來(lái)的農(nóng)業(yè)是什么樣的？科技型高產(chǎn)農(nóng)業(yè)、集約化高效農(nóng)業(yè)、智能型低碳農(nóng)業(yè)、工廠化基因農(nóng)業(yè)、生物質(zhì)能源農(nóng)業(yè)、都市型生態(tài)農(nóng)業(yè)……

這樣的田園圖景將依靠科技來(lái)繪制。其中農(nóng)業(yè)生物技術(shù)正孕育著新突破。“生物技術(shù)是支撐農(nóng)業(yè)發(fā)展、引領(lǐng)農(nóng)業(yè)未來(lái)的前沿高技術(shù)。”近日，在國(guó)際生命科學(xué)學(xué)會(huì)中國(guó)辦事處、國(guó)家食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中心主辦的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)發(fā)展與挑戰(zhàn)研討會(huì)上，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所副所長(zhǎng)張春義研究員指出，農(nóng)業(yè)生物科技創(chuàng)新發(fā)展迅速，不過(guò)其成果轉(zhuǎn)化能力有待加強(qiáng)。

全球性戰(zhàn)略選擇

“世界農(nóng)業(yè)的變革，從低效益、高污染、高資源依存型傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向高效率、綠色低碳、高科技支撐型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變。農(nóng)業(yè)生物技術(shù)正進(jìn)入創(chuàng)新集聚爆發(fā)和加速成長(zhǎng)時(shí)期。”張春義表示。

張春義認(rèn)為，對(duì)全球生態(tài)環(huán)境而言，農(nóng)業(yè)生物技術(shù)可以解決由人口帶來(lái)的糧食危機(jī)，提高有限土地資源利用率，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境；對(duì)農(nóng)民而言，提高對(duì)蟲(chóng)害、病害以及雜草的控制，減小損失，節(jié)省勞力與時(shí)間，提高作物產(chǎn)量，降本增收；對(duì)消費(fèi)者而言，可獲得無(wú)化學(xué)品污染的潔凈食品、富營(yíng)養(yǎng)食品、功能性食品、低價(jià)位農(nóng)產(chǎn)品等。

當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)業(yè)面臨著許多瓶頸問(wèn)題。僅以糧食生產(chǎn)領(lǐng)域?yàn)槔?，單產(chǎn)量低且生產(chǎn)成本高，我國(guó)農(nóng)戶(hù)的平均經(jīng)營(yíng)規(guī)模大約是歐盟的幾十分之一，更是美國(guó)的幾百分之一。

美國(guó)中部的一個(gè)谷物生產(chǎn)農(nóng)場(chǎng)，3 個(gè)勞動(dòng)力耕作了 4.5 萬(wàn)畝土地，還養(yǎng)了幾百頭豬。而目前我國(guó)現(xiàn)有農(nóng)戶(hù)約 2 億戶(hù)，戶(hù)均耕地 10 畝左右。多數(shù)谷物生產(chǎn)農(nóng)戶(hù)的經(jīng)營(yíng)規(guī)模在 15 畝以下，不得不依靠兼作非農(nóng)產(chǎn)業(yè)維持生計(jì)。

在張春義看來(lái)，我國(guó)若將農(nóng)業(yè)生物技術(shù)作為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)戰(zhàn)略選擇，可通過(guò)提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，來(lái)保障糧食安全；通過(guò)降低農(nóng)藥化肥用量、提高水分肥料利用率實(shí)現(xiàn)高抗多效，來(lái)維護(hù)生態(tài)安全；通過(guò)增強(qiáng)產(chǎn)品功能、提高產(chǎn)品附加值實(shí)現(xiàn)多能增值，來(lái)增加農(nóng)民收入；通過(guò)自主專(zhuān)利與品種、提高自主創(chuàng)新能力實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，來(lái)提高科技競(jìng)爭(zhēng)力。

“目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)正處在一個(gè)關(guān)鍵的戰(zhàn)略機(jī)遇期。”張春義表示。從全球格局來(lái)看，美國(guó)以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)列入第一梯隊(duì)，歐洲和日本為第二梯隊(duì)，中國(guó)、印度、巴西等國(guó)為第三梯隊(duì)。

我國(guó)在第三梯隊(duì)中處于領(lǐng)先地位，已擁有抗病、抗蟲(chóng)、抗除草劑、抗旱、耐鹽、耐高溫、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) / 籽粒性狀改善等自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要基因與核心技術(shù)，在棉花、水稻、玉米等轉(zhuǎn)基因植物的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究上也形成了自己的特色，在水稻組學(xué)、超級(jí)稻和抗蟲(chóng)棉等領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列。

農(nóng)業(yè)基因組研究也取得了一系列重大突破，如獨(dú)立完成了秈稻的全基因組測(cè)序，水稻成為第一個(gè)完成全基因組測(cè)序的模式農(nóng)作物；完成了家蠶基因組工作框架圖的繪制，構(gòu)建了世界第一張鱗翅目昆蟲(chóng)基因組框架圖等。

1980~2014 年的批準(zhǔn)授權(quán)基因?qū)＠麛?shù)量排名，美國(guó)以 6023 個(gè)位居第一，中國(guó)以 2812 個(gè)名列第二，日本以 1439 個(gè)排名第三。這表明在功能基因開(kāi)發(fā)研究上，我國(guó)具有較強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

事實(shí)上，世界各國(guó)競(jìng)相把發(fā)展生物技術(shù)作為國(guó)家戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。如 2011 年美國(guó)創(chuàng)新戰(zhàn)略、歐洲 2020 高技術(shù)戰(zhàn)略、2013 年中國(guó)《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，印度、巴西等也把農(nóng)業(yè)生物技術(shù)等前沿技術(shù)創(chuàng)新列入國(guó)家科技優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略。

一個(gè)基因一個(gè)產(chǎn)業(yè)

我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物進(jìn)展顯著，產(chǎn)業(yè)蓄勢(shì)待發(fā)。其中，轉(zhuǎn)基因棉花研發(fā)處于世界領(lǐng)先水平?？瓜x(chóng)棉的研究開(kāi)發(fā)是我國(guó)獨(dú)立發(fā)展轉(zhuǎn)基因育種、打破跨國(guó)公司壟斷、搶占國(guó)際生物技術(shù)制高點(diǎn)的范例。

張春義介紹，目前，我國(guó)育種家自己培育審定的單價(jià)、雙價(jià)抗蟲(chóng)棉品種累計(jì)超過(guò) 200 個(gè)，推廣面積累計(jì)超過(guò) 4.8 億畝，占抗蟲(chóng)棉總面積的 95% 以上；累計(jì)減少農(nóng)藥用量超過(guò) 2.4 萬(wàn)噸，為農(nóng)民和國(guó)家增收減支超過(guò) 800 多億元。

此外，水稻基因組和雜交水稻研究世界領(lǐng)先，轉(zhuǎn)基因玉米品種培育處于國(guó)際先進(jìn)水平?？瓜x(chóng)水稻、飼料用植酸酶玉米均于 2009 年獲得安全證書(shū)，2014 年需申請(qǐng)?jiān)俅潍@批。不過(guò)，轉(zhuǎn)基因小麥、大豆、油菜研發(fā)薄弱，亟待技術(shù)突破。

高葉酸玉米分子標(biāo)記開(kāi)發(fā)及應(yīng)用是滿(mǎn)足新形勢(shì)下農(nóng)業(yè)需求的一個(gè)體現(xiàn)。我國(guó)科學(xué)家以“分子開(kāi)發(fā)標(biāo)記—品種聯(lián)合培育—推廣種植示范—鮮食產(chǎn)品開(kāi)發(fā)”一體化思路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)富含葉酸玉米產(chǎn)品的快速鑒定、跟蹤及新品種選育，在河北廊坊萬(wàn)莊鎮(zhèn)開(kāi)展了示范種植，葉酸含量大于 0.3mg/100g。

農(nóng)業(yè)外延拓展的一個(gè)案例是轉(zhuǎn)人血清白蛋白水稻。OsrHSA 是一種來(lái)源于轉(zhuǎn)基因水稻的重組人血清白蛋白，能為無(wú)血清培養(yǎng)基提供更安全的選擇，純度高、批次穩(wěn)定；在生物醫(yī)藥生產(chǎn)中也廣泛用作賦形劑、穩(wěn)定劑等。

我國(guó)動(dòng)物體細(xì)胞克隆和轉(zhuǎn)基因技術(shù)日臻完善。張春義介紹，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研發(fā)主要涉及了豬、牛、羊、雞、魚(yú)、猴、家蠶、果蠅等，主要是動(dòng)物種質(zhì)資源的改善，如提高抗病性與繁殖能力，改善肉質(zhì)，促進(jìn)生長(zhǎng)等，或用于藥物生產(chǎn)、疾病模型、器官移植等。

比如豬，自轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ?xiàng)開(kāi)展以來(lái)，創(chuàng)制轉(zhuǎn)基因豬育種新材料 30 余份、基礎(chǔ)群數(shù)量 4 萬(wàn)余頭；申請(qǐng)專(zhuān)利 100 余項(xiàng)，獲授權(quán) 70 余項(xiàng)。抗病型，抗藍(lán)耳病轉(zhuǎn)基因豬進(jìn)入中間試驗(yàn)階段；節(jié)糧高瘦肉型，肌抑制素基因敲除豬進(jìn)入生產(chǎn)性試驗(yàn)階段，等等。

生物肥料、農(nóng)藥和飼料產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭良好。如生物飼料業(yè)，1000 余家企業(yè)專(zhuān)業(yè)從事生物酶制劑、益生素、植物提取物類(lèi)飼料添加劑生產(chǎn)，年總產(chǎn)值近 500 億元，并以年均 20% 的速度遞增。其中年產(chǎn)值超過(guò) 2 億元的植酸酶，每年可節(jié)約飼料原料磷酸氫鈣 20 萬(wàn)噸以上，節(jié)省飼料成本 9 億元以上，并使動(dòng)物糞便中排出的磷減少了約 30 萬(wàn)噸。

動(dòng)物疫苗有效控制了重大疫情發(fā)生。仔豬腹瀉大腸桿菌 K88/K9 二價(jià)基因工程疫苗是第一個(gè)商業(yè)化基因工程疫苗。豬瘟兔化弱毒疫苗、H5N1 禽流感疫苗等處于國(guó)際領(lǐng)先。偽狂犬病毒三基因缺失和雙基因缺失疫苗、口蹄疫重組亞單位疫苗等即將實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

此外，農(nóng)業(yè)生物技術(shù)還在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、農(nóng)產(chǎn)品加工和生物質(zhì)高效利用中應(yīng)用，新一代生物技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展?jié)摿Υ?。如有機(jī)磷降解酶與傳統(tǒng)化學(xué)洗消劑相比，洗消效率高、無(wú)腐蝕，無(wú)須配比，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

搭建多個(gè)平臺(tái)

“圍繞我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重大科學(xué)問(wèn)題，重點(diǎn)發(fā)展農(nóng)業(yè)應(yīng)用組學(xué)技術(shù)、合成生物技術(shù)、生物信息技術(shù)和生物安全關(guān)鍵技術(shù)等，提升我國(guó)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)原始創(chuàng)新能力。”張春義認(rèn)為，我國(guó)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)任務(wù)之一是搭建核心關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)。

其次，應(yīng)建立規(guī)?；镔Y源高效利用平臺(tái)，突破生物技術(shù)育種的關(guān)鍵瓶頸。通過(guò)基因資源挖掘、次生代謝物分析、表型組鑒定等，研究高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、抗逆、農(nóng)用蛋白酶、生物固氮等特殊功能基因及相關(guān)產(chǎn)物或代謝途徑。

再次，建立農(nóng)業(yè)生物技術(shù)集成創(chuàng)新平臺(tái)，創(chuàng)制新一代農(nóng)業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)品，如超級(jí)優(yōu)良品種、新型藥物、功能型食品、生物質(zhì)能源等。

“光合作用、生物固氮、生物抗逆是長(zhǎng)期困擾農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的世界性三大科學(xué)難題。高效作物設(shè)計(jì)將突破農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率極限。”張春義表示。

比如，光合作用碳 - 4 型水稻，重新設(shè)計(jì)和改造水稻的光合作用系統(tǒng)，有可能突破性地提高其對(duì)光、肥、水的利用率。非豆科作物人工固氮體系，以根表固氮菌和玉米為底盤(pán)，人工設(shè)計(jì)五個(gè)功能模塊和固氮 / 抗逆兩條路線，構(gòu)建“新型、高效、智能”的人工固氮體系。

張春義分析，我國(guó)鹽堿土壤耕地約 2 億畝，如果將現(xiàn)有作物的耐鹽水平提高到 1.0% 水平，可增加有效耕地 3000 萬(wàn)畝；轉(zhuǎn)基因抗旱作物 8%~10% 的產(chǎn)量增加，卻減少 10%~20% 的灌溉水量。

一個(gè)增產(chǎn)基因增加一片耕地，一個(gè)耐鹽基因再造一片良田，一個(gè)抗旱基因再生一條黃河，一個(gè)高效基因還你我一片凈土……

“農(nóng)業(yè)生物技術(shù)是推動(dòng)新的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)革命的重要力量。”張春義指出，我們必須加快發(fā)展農(nóng)業(yè)生物技術(shù)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化，為我國(guó)打造生物產(chǎn)業(yè)等新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)提供強(qiáng)大科技支撐，引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。