中国种业“卡脖子”之问

当湖南省今年夏天遭遇连续多天40℃以上的极端高温天气时，在湖南省农科院的一片试验棚里，一批皮肤细嫩的白皮黄瓜已在浓密的叶片下悄然出落得健硕、匀称和光滑。

黄瓜属于喜温的温室蔬菜，适宜生长的温度是18℃～32℃，在湖南主要种植的季节是春、秋两季。多年来一直研究黄瓜育种的陈惠明在今年6月20日左右种下它们，看看它们能承受怎样的高温。陈惠明是湖南省农科院研究员。这种白黄瓜的长势没让他失望，他的团队连续记录大棚里一个月的温度，最低温度是27℃，最高温度达到52℃。

他用亲缘关系较远的黄瓜当父本和母本，杂交培育出未来极端气候抗性更好的品种。该品种研发共计需要6～8年。在隔壁的两块试验地里，还有一批经过雌性基因转育的黄瓜品种，未来能做到植株上部分全是雌花，结瓜率高，可以提高产量。

因为对提升农业生产效率有高的贡献率，种子被称为农业的“芯片”。2020年12月，中央经济工作会议强调，要开展种源“卡脖子”技术攻关，立志打一场种业翻身仗。今年中央一号文件提出，大力推进种源等农业关键核心技术攻关，全面实施种业振兴行动方案。4月，习近平总书记在海南考察的第一站就是三亚市崖州湾种子实验室，再次指明种子之于中国饭碗、之于粮食安全的重要战略意义。

今天，当中国已经实现了水稻、小麦、玉米、大豆四种主粮的种子几乎全部国产，该如何理解农业大国的种源“卡脖子”？

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。

“育种创新水平不是用品种数量来体现的，市场上出现如此多的品种，说明缺乏具有重大创新的成果。”黄季焜在接受《中国新闻周刊》采访时表示，这意味着市场上缺乏真正的大品种，大量种子品种同质化甚至“套牌”销售。

中国工程院院士、中国农业科学院原副院长万建民在接受《中国新闻周刊》采访时指出，1996年～2020年，中国大豆、玉米的单产跟美国的差距不但没有缩小，反而还在扩大，说明品种培育水平和美国有差距。数据显示，1996年至2019年，美国玉米亩产年增长8.5公斤，良种贡献率为65%;同期，中国玉米亩产年增长4.5公斤，良种贡献率为45%。

根据国家统计局以及联合国粮农组织数据库的数据，2020年，中国大豆和玉米的亩产水平均已达到历史最高，但均不到同年美国两种作物亩产的60%。

万建民说，虽然产量与所种植土壤质量、是否采用大规模现代种植技术等原因有关，但品种还是最关键的，良种对产量的贡献率大约达到50%。长期以来，在四大主粮作物中，中国更加重视水稻和小麦的研发投入，科研人员也愿意从事这两个品类的研究，使得中国在水稻和小麦上全球领先，而玉米和大豆的研发力量相对薄弱。

先正达集团中国现代农业技术服务平台与数字农业首席品牌官毛峰去年接受媒体采访时表示，中国一直通过增加耕地来维持农业增长，但这种方法有其上限。保障粮食安全需要采取科学的种植技术与田间管理等方法，此外，生物育种技术变革也很关键。

从自然选择到基因改造

根据育种技术划分，种业发展可分为四个阶段：以农民经验留种的1.0阶段，以统计和遗传性质实验育种的2.0阶段，以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。

原孟山都公司的种子切片技术依靠的是一种高通量的育种装置，可以让研究人员在不破坏种子整个性能的前提下获得其遗传信息，以加速植物目标性状的筛选。

这种设备可将玉米、大豆、小麦等作物种子切下一小片进行提取DNA分析，以确定是否含有目标基因，剩余部分仍然可以播种。此技术发明前，分析下一代目标基因需要在收获时节对作物的茎叶进行基因分析。如今，切片机一天可以处理数10万份种子，而如果动用人工，100人3个月才能处理40万粒种子。

采用常规的杂交育种，一次要“转入”成千上万个功能并不清楚的基因，转基因育种则需要引入一个植物中本来没有的基因，且难以控制插入的位点。2013年后出现的基因编辑技术——CRISPR/Cas9，可对DNA序列进行微调，让基因特定碱基发生改变，能精准把握基因改造的过程，比转基因育种更简单。

该技术提出十年之后，越来越多农业科技公司开始基于它快速培育新的作物品种。比如，美国马萨诸塞州农业生物技术公司Inari Agriculture在今年6月宣布获得两项美国专利，分别为用于编辑玉米和大豆种子基因组的专有方法。该公司估值已经达到12亿美元，开发这一技术的诺奖得主、美国科学家詹妮弗·杜德纳等人担任科学顾问。

Inari公司开发了一个平台，通过人工智能技术深入了解作物基因，从而在单个基因组中进行多次编辑，以达到增产目的。Inari公司称，这种方式可以将过去10～15年的植物育种时间缩短三分之二，成本降低多达90%。