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破解種業“卡脖子”難題,我國生物育種產業化走到哪一步了?

來源:北京科技報    發布日期:2023-11-19 15:35:48   閱讀量:0

近日,農業農村部官網發布公示,37個轉基因玉米品種、14個轉基因大豆品種通過初審。這意味著,繼獲批轉基因生物安全證書后,生物育種產業化邁出了更堅實一步。

撰文/記者  吉菁菁   圖文編輯/陳永杰 

玉米是我國第一大糧食作物,約占糧食種植總面積的35%,年產量占全國糧食總產量的40%。我國大豆長期依賴進口,供需矛盾突出,2022年進口量超9000萬噸,對外依存度高達82%,這兩者在保障我國糧食安全中都扮演著舉足輕重的角色,實現產業化將進一步增強我國糧食安全的可持續性。

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(圖片來源:視覺中國)

良種對我國糧食增產的貢獻率超過45%

我國是一個人口大國,保障糧食安全是頭等大事。破解我國農業發展瓶頸的根本出路在哪?習近平總書記指出:“建設農業強國,利器在科技”“解決吃飯問題,根本出路在科技”“耕地就那么多,穩產增產根本出路在科技”。

種子作為農業的“芯片”,對產業發展至關重要。加快轉基因技術在農業領域的推廣應用是著眼于未來國際競爭和產業分工的必然選擇,也是解決我國糧食安全、農業科技可持續發展的一個重要途徑。

據了解,2021年我國啟動轉基因玉米、大豆產業化科研試驗田試點,2022年試點擴展至農戶大田,2023年試點范圍進一步擴大到河北、內蒙古、吉林、四川、云南5省20縣,并在甘肅省安排制種。本次通過初審的轉基因玉米、大豆品種,抗蟲和耐除草劑的性狀突出,試點顯示對草地貪夜蛾等鱗翅目害蟲的防治效果在90%以上,除草效果在95%以上,增產在10%左右,充分證明了國產轉基因作物的優良特性和發展潛力。

當前轉基因產業化已處在一個非常重要的時間節點。今年的中央一號文件已明確提出,要加快玉米、大豆生物育種產業化步伐,有序擴大試點范圍,規范種植管理。各項政策頻頻出臺,轉基因安全評價、主要農作物品種審定、種子生產經營許可、農業植物品種命名等規章制度以及相關的標準規范等不斷修改完善,轉基因作物產業化應用的制度體系已經基本形成。

數據顯示,良種對我國糧食增產的貢獻率超過45%??萍紕撔沦x能的一粒粒良種,將助力提升我國農業科技水平和產業競爭力,縮小與國外的產能差距,防止“受制于人”。站在當前生物育種產業化加速的關鍵節點,科學家們都怎么看?

我國育種產品已具有相當的國際競爭力

“滿足對糧食的剛性需求任重道遠,包括轉基因技術的現代生物育種已是農業育種技術發展的方向。我國的生物育種技術曾走在國際前列,但產業化發展明顯滯后。在確保安全的基礎上,占領轉基因技術制高點至關重要?!敝袊茖W院院士、北京大學生命科學學院講席教授、中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員許智宏說。

目前我國已初步建成獨立完整的生物育種研發體系,已擁有抗病蟲、抗除草劑、抗旱耐鹽、營養品質改良等重要基因的自主知識產權和核心技術,棉花、水稻、玉米等轉基因作物的基礎研究和應用研究已形成了自己的優勢與特色。同時,隨著近年來轉基因產業化穩步推進,我國育種隊伍和產品都已經具有相當的國際競爭力。

“下一步,應在尊重科學、嚴格監管的基礎上,進一步推進生物育種的產業化進程,加快玉米、大豆生物技術育成品種的審定及推廣應用,為現代生物育種技術創新做出貢獻?!?/p>

轉基因大豆節本增效顯著

大豆是我國供需矛盾最突出的一個農作物。我國每年對大豆的需求在1.1億噸左右,而就2022年來看,我國大豆種植面積是1.5億畝,總產量超過2000萬噸,還遠遠不能滿足消費需求。我國每年要花費數千億元,從美國、巴西和阿根廷進口大豆。

同時,我國大豆的產能目前和國外還存在很大差距。2022年我國大豆平均畝產僅132公斤,而美國已經達到了225公斤,國內平均單產不到美國的60%,且從1996-2022年,幾乎未有明顯的改變。我國大豆單產和美國大豆單產差距也在逐漸拉大,1996年平均畝產差距還在55公斤,到2022年差距已擴大到了93公斤。

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“經過多年研發,我國已自主培育出耐除草劑抗蟲轉基因大豆。大田試種顯示,種植轉基因大豆可實現雜草防除高效化和輕簡化,節本增效優勢明顯?!敝袊r業科學院作物科學研究所研究員、國家大豆產業技術體系崗位科學家郭勇介紹說。

通過常規大豆和耐除草劑轉基因大豆除草效果的對比分析,發現三大特點。一是耐除草劑轉基因大豆除草更為徹底,對惡性雜草也有很好的防治效果。二是除草窗口期比較長,連續降雨和田間難操作的時候,也可以進行很好的操作。三是使用的草甘膦除草劑殘留量低,可以有效實現和其他作物的輪作。

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“比較而言,種植耐除草劑轉基因大豆,除草成本可降低50%-60%;在增產方面,因為除草更加徹底,減少了雜草造成的產量損失。此外,耐除草劑轉基因玉米大豆的應用可以實現大豆、玉米輪作,保持農業的可持續發展,使我們的農業更加綠色,經濟社會效益突出?!惫抡f。  

為什么瞄準耐除草劑和抗蟲這兩個性狀?

中國農業科學院生物技術研究所科研處處長、研究員王友華介紹說,科學家們致力于利用現代科技,尤其是農業生物育種技術來解決農業生產中面臨的耕地銳減、水資源災害頻發、環境惡化等棘手問題。應用轉基因技術研發抗病、抗蟲的新品種,旨在確保作物高產穩產,減少農藥施用和環境污染;培育耐除草劑的新品種可實現免耕、提高除草效率和降低人力成本;培育養分高效利用的新品種有望提升肥料利用率;研發抗旱和耐鹽堿的新品種則能夠提高水資源利用效率,拓展鹽堿地的可利用范圍。

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目前全球71個國家在應用轉基因技術,其中29個國家批準種植,42個國家批準轉基因產品的利用。國家是否采納轉基因技術主要取決于其農業發展和產業布局的個性化差異。美國、巴西、阿根廷等耕地資源豐富的國家,大力發展轉基因種植,不僅能夠自給自足,還能通過出口獲取外匯。相反,歐洲、日本等耕地有限的國家更傾向于發展高附加值農業,通過進口大宗農產品來滿足國內需求,所以這些國家雖然沒有種植轉基因作物,但是進口轉基因農產品。

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目前,全球已批準的轉基因作物增加至32種,除了玉米、大豆、油菜等重要農作物,還包括水果類如木瓜、巴西的抗蟲甘蔗、美國的防褐化蘋果等。各個國家根據本國情況,批準了很多產業化應用,但全球應用最廣泛的特性是耐除草劑和抗蟲性狀,這兩個性狀為保障農業發展發揮了重要的作用。

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▲美國的防褐化蘋果

“我們先看耐除草劑基因。耐除草劑的性狀在全球轉基因作物面積中占比80%以上,顯示出全球對于除草特性的巨大需求。數千年來,除草一直是農業生產中迫切需要解決的難題?!?王友華說。

小時候我們都學過一首古詩叫《憫農》:“鋤禾日當午,汗滴禾下土。誰知盤中餐,粒粒皆辛苦”,描繪了農民辛勤勞作的除草情景。盡管目前采用的常規除草劑可以省力、高效、見效快,但其難以有效區分雜草和農作物。它是普殺性的,容易誤傷,而且還存在土壤中農藥殘留問題,影響下一茬農作物的種植。而轉基因耐除草劑作物能耐受特異的除草劑,其產業應用能夠有效地解決上述除草難題,降低勞動力成本,推動種植模式的轉型升級。

另一個特性為什么選了抗蟲?聯合國糧農組織數據顯示,全球每年因病蟲害導致的作物損失超過2500億美元。傳統的農藥防治方式雖然可以防治蟲害,但農藥的大量施用不僅增加了生產成本,同時對人類生命健康和生態環境造成嚴重威脅。隨著分子生物學的發展,科學家成功將抗蟲基因引入大豆、棉花、玉米等農作物中,實現了農作物的抗蟲特性,大幅減少了對農藥的依賴,不僅經濟效益顯著,還降低了農藥對生態環境和人類健康的潛在風險。

近年來,我國生物育種基礎性研究工作處于國際領先,獲得了耐除草劑、抗病蟲等一批重大育種價值的基因,目前授權專利僅次于世界第一的美國。當前我國從美國、巴西、阿根廷等國家大量進口的轉基因大豆和玉米雖然有效保障了我國畜牧業領域的發展,但相關技術和品種的核心知識產權仍然掌握在跨國公司手中。

“如果未來想要實現自給自足,我們必須加快自主創新的轉基因大豆、玉米產業化應用,加快培育一批具有廣譜抗蟲性、耐多種除草劑等復合性狀的優異轉基因重大品種,為搶占新一輪全球農業產業革命制高點做好科技支持和產品儲備?!蓖跤讶A最后說。

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