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

未來的農(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繪制。其中農(nóng)業(yè)生物技術正孕育著新突破。“生物技術是支撐農(nóng)業(yè)發(fā)展、引領農(nóng)業(yè)未來的前沿高技術。”近日，在國際生命科學學會中國辦事處、國家食品安全風險評估中心主辦的農(nóng)業(yè)生物技術發(fā)展與挑戰(zhàn)研討會上，中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所副所長張春義研究員指出，農(nóng)業(yè)生物科技創(chuàng)新發(fā)展迅速，不過其成果轉化能力有待加強。

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)轉變。農(nóng)業(yè)生物技術正進入創(chuàng)新集聚爆發(fā)和加速成長時期。”張春義表示。

張春義認為，對全球生態(tài)環(huán)境而言，農(nóng)業(yè)生物技術可以解決由人口帶來的糧食危機，提高有限土地資源利用率，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境；對農(nóng)民而言，提高對蟲害、病害以及雜草的控制，減小損失，節(jié)省勞力與時間，提高作物產(chǎn)量，降本增收；對消費者而言，可獲得無化學品污染的潔凈食品、富營養(yǎng)食品、功能性食品、低價位農(nóng)產(chǎn)品等。

當前，我國農(nóng)業(yè)面臨著許多瓶頸問題。僅以糧食生產(chǎn)領域為例，單產(chǎn)量低且生產(chǎn)成本高，我國農(nóng)戶的平均經(jīng)營規(guī)模大約是歐盟的幾十分之一，更是美國的幾百分之一。

美國中部的一個谷物生產(chǎn)農(nóng)場，3 個勞動力耕作了 4.5 萬畝土地，還養(yǎng)了幾百頭豬。而目前我國現(xiàn)有農(nóng)戶約 2 億戶，戶均耕地 10 畝左右。多數(shù)谷物生產(chǎn)農(nóng)戶的經(jīng)營規(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。

在張春義看來，我國若將農(nóng)業(yè)生物技術作為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個戰(zhàn)略選擇，可通過提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)實現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，來保障糧食安全；通過降低農(nóng)藥化肥用量、提高水分肥料利用率實現(xiàn)高抗多效，來維護生態(tài)安全；通過增強產(chǎn)品功能、提高產(chǎn)品附加值實現(xiàn)多能增值，來增加農(nóng)民收入；通過自主專利與品種、提高自主創(chuàng)新能力實現(xiàn)技術創(chuàng)新，來提高科技競爭力。

“目前，我國農(nóng)業(yè)生物技術及其產(chǎn)業(yè)正處在一個關鍵的戰(zhàn)略機遇期。”張春義表示。從全球格局來看，美國以絕對優(yōu)勢列入第一梯隊，歐洲和日本為第二梯隊，中國、印度、巴西等國為第三梯隊。

我國在第三梯隊中處于領先地位，已擁有抗病、抗蟲、抗除草劑、抗旱、耐鹽、耐高溫、營養(yǎng)品質(zhì) / 籽粒性狀改善等自主知識產(chǎn)權的重要基因與核心技術，在棉花、水稻、玉米等轉基因植物的基礎與應用研究上也形成了自己的特色，在水稻組學、超級稻和抗蟲棉等領域已經(jīng)進入國際先進行列。

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

1980~2014 年的批準授權基因專利數(shù)量排名，美國以 6023 個位居第一，中國以 2812 個名列第二，日本以 1439 個排名第三。這表明在功能基因開發(fā)研究上，我國具有較強的國際競爭力。

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

一個基因一個產(chǎn)業(yè)

我國轉基因作物進展顯著，產(chǎn)業(yè)蓄勢待發(fā)。其中，轉基因棉花研發(fā)處于世界領先水平?？瓜x棉的研究開發(fā)是我國獨立發(fā)展轉基因育種、打破跨國公司壟斷、搶占國際生物技術制高點的范例。

張春義介紹，目前，我國育種家自己培育審定的單價、雙價抗蟲棉品種累計超過 200 個，推廣面積累計超過 4.8 億畝，占抗蟲棉總面積的 95% 以上；累計減少農(nóng)藥用量超過 2.4 萬噸，為農(nóng)民和國家增收減支超過 800 多億元。

此外，水稻基因組和雜交水稻研究世界領先，轉基因玉米品種培育處于國際先進水平?？瓜x水稻、飼料用植酸酶玉米均于 2009 年獲得安全證書，2014 年需申請再次獲批。不過，轉基因小麥、大豆、油菜研發(fā)薄弱，亟待技術突破。

高葉酸玉米分子標記開發(fā)及應用是滿足新形勢下農(nóng)業(yè)需求的一個體現(xiàn)。我國科學家以“分子開發(fā)標記—品種聯(lián)合培育—推廣種植示范—鮮食產(chǎn)品開發(fā)”一體化思路，實現(xiàn)了對富含葉酸玉米產(chǎn)品的快速鑒定、跟蹤及新品種選育，在河北廊坊萬莊鎮(zhèn)開展了示范種植，葉酸含量大于 0.3mg/100g。

農(nóng)業(yè)外延拓展的一個案例是轉人血清白蛋白水稻。OsrHSA 是一種來源于轉基因水稻的重組人血清白蛋白，能為無血清培養(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。

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

比如豬，自轉基因專項開展以來，創(chuàng)制轉基因豬育種新材料 30 余份、基礎群數(shù)量 4 萬余頭；申請專利 100 余項，獲授權 70 余項?？共⌒停顾{耳病轉基因豬進入中間試驗階段；節(jié)糧高瘦肉型，肌抑制素基因敲除豬進入生產(chǎn)性試驗階段，等等。

生物肥料、農(nóng)藥和飼料產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好。如生物飼料業(yè)，1000 余家企業(yè)專業(yè)從事生物酶制劑、益生素、植物提取物類飼料添加劑生產(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 2 億元的植酸酶，每年可節(jié)約飼料原料磷酸氫鈣 20 萬噸以上，節(jié)省飼料成本 9 億元以上，并使動物糞便中排出的磷減少了約 30 萬噸。

動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 二價基因工程疫苗是第一個商業(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際領先。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現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

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

搭建多個平臺

“圍繞我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重大科學問題，重點發(fā)展農(nóng)業(yè)應用組學技術、合成生物技術、生物信息技術和生物安全關鍵技術等，提升我國農(nóng)業(yè)生物技術原始創(chuàng)新能力。”張春義認為，我國農(nóng)業(yè)生物技術發(fā)展重點任務之一是搭建核心關鍵技術創(chuàng)新平臺。

其次，應建立規(guī)?；镔Y源高效利用平臺，突破生物技術育種的關鍵瓶頸。通過基因資源挖掘、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產(chǎn)物或代謝途徑。

再次，建立農(nóng)業(yè)生物技術集成創(chuàng)新平臺，創(chuàng)制新一代農(nóng)業(yè)生物技術產(chǎn)品，如超級優(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、生物抗逆是長期困擾農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的世界性三大科學難題。高效作物設計將突破農(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，重新設計和改造水稻的光合作用系統(tǒng)，有可能突破性地提高其對光、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，人工設計五個功能模塊和固氮 / 抗逆兩條路線，構建“新型、高效、智能”的人工固氮體系。

張春義分析，我國鹽堿土壤耕地約 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 萬畝；轉基因抗旱作物 8%~10% 的產(chǎn)量增加，卻減少 10%~20% 的灌溉水量。

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

“農(nóng)業(yè)生物技術是推動新的農(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，推動產(chǎn)業(yè)化，為我國打造生物產(chǎn)業(yè)等新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)提供強大科技支撐，引領現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。