农业芯片“卡”在哪儿?

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2021年第3、4期《中国经济周刊》封面

2月21日,2021年中央一号文件发布,明确提出:“打好种业翻身仗。农业现代化,种子是基础。”

种子被喻为农业“芯片”。长期以来,农业界一直存在种业可能被“卡脖子”的说法。2020年底召开的中央经济工作会议提出,有序推进生物育种产业化应用,要开展种源“卡脖子”技术攻关,立志打一场种业翻身仗。

这场翻身仗怎么打?既要发挥集中力量办大事的制度优势,也要发挥市场配置资源的决定性作用。中央一号文件对此作了顶层设计和系统部署,并明确了行进的路线图。

在这场翻身仗中,种源是重中之重。

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《中国经济周刊》 记者 李永华

1月4日《人民日报》刊发的专访中,中央农办主任、农业农村部部长唐仁健表示,党的十八大以来,现代种业发展取得了明显成效。农作物自主选育品种面积占比超过95%,水稻、小麦两大口粮作物品种100%自给,玉米、大豆、生猪等种源立足国内有保障。目前,外资企业占我国种子市场份额的3%左右,进口种子占全国用种量的0.1%。

他同时坦言,“我国种业自主创新确实与发达国家有差距,一些品种、领域和环节,如果出现极端断供情况,虽然不会‘一卡就死’,但确实会影响农业发展速度、质量和效益。”

根据《2019年中国种业发展报告》,2018年我国进口农作物种子7200余万公斤,进口额4.75亿美元,其中蔬菜种子进口额2.28亿美元。中国种子贸易协会数据显示,2019年我国种子进口额4.35亿美元,出口额2.11亿美元,进出口赤字约为2.24亿美元。

育种专家、隆平生物技术(海南)有限公司总经理吕玉平向《中国经济周刊》记者解释道:“我们说种业芯片被‘卡脖子’,其实并不像手机芯片一样,一旦被断货,国内就没有种子卖,不能种地了,这个风险并不存在。”

那我国种业“卡脖子”到底卡在哪里?

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《中国经济周刊》首席摄影记者  肖翊|摄

芯片中的晶圆:种质资源

2020年2月11日,《国务院办公厅关于加强农业种质资源保护与利用的意见》正式印发时,农业农村部副部长张桃林表示,纵观国内外农业史,每次绿色革命的突破,都源于种质资源的发掘利用。我国梅山猪等地方品种为全球生猪繁殖性能整体提高作出了重大贡献,文昌鸡、清远麻鸡等地方种的挖掘利用,则孕育了我国独特的黄羽肉鸡产业。目前,良种在我国农业增产中的贡献率达45%以上。

种质资源被看作是芯片中的晶圆,没有好的晶圆造不出尖端芯片,没有好的种质资源也不可能发展优质的种子。

在吕玉平看来,“农业芯片”种子被“卡脖子”,指的就是种质资源,以及转基因性状、作物基因编辑、高通量表型组、全基因组选择等高精尖技术。

杭州瑞丰生物科技有限公司副总裁霍玉刚告诉《中国经济周刊》记者,好的种质资源是基础,每一次品种的升级换代都离不开新的核心资源引进或者创制。

袁隆平杂交水稻的传奇故事众所周知,足以体现种质资源至关重要的作用。1970年,袁隆平科研团队在海南发现一株长相异常的野生稻,袁隆平给它取名为“野败”,意思是天然的雄性不育野生稻。正是有了“野败”这一种质资源,袁隆平团队成功培育出三系杂交水稻,用袁隆平院士自己的话说,“没有三亚的这株野生稻,就可能没有杂交稻。”

一份好的种质资源有时候能够拯救一个产业,也能成就一家企业。《科技日报》报道,上世纪50年代末,美国大豆因感染了囊孢线虫病,生产濒于毁灭,后从野生大豆种质资源中筛选出抗囊孢线虫病的“北京小黑豆”,育成了高产抗病新品种,美国的大豆产业才获得拯救,产量还跃居世界第一位。

我国是大豆原产地,数十年前,我国的野生大豆被偷带出境后,进入美国种质资源库,被美国孟山都公司发现并提取特有的高产基因,申请专利培育新品种,进而出口我国。

南通大熊种业科技有限公司是原农业部组建的国家玉米良种重大科研协作攻关联合体的21家企业之一。该公司首席科学家李平曾在2016年接受《中国经济周刊》采访时说,作为“育种原材料”,种质资源是品种培育的起点,决定了未来育种目标的设定与实现。经过长期发展,跨国公司已经基本完成全球种质资源的收集、整理,并根据目标市场农业产业化需求,完成或正在进行多轮次的不断改良。为了维护竞争中的有利地位,跨国公司不断强化对其种质资源的知识产权保护,在客观上已经形成对种质资源的垄断。

“受制于资源垄断,目前我国育种企业仅能使用国外20年前专利过期的种质资源,这无法从根本上改变资源积累、研发起点相对落后的局面。”李平说。

玉米起源于北美,如今已更新换代到第7代。吕玉平说,中国的玉米产量只有美国的60%,大豆产量只有美国的40%,要赶上美国的产量水平,就只有靠种质资源,但是,每一代种质资源都可能被“卡脖子”。

他解释,也许与大众认知不同的是,尽管玉米品种千差万别,全球转基因玉米也就用七八个基因,但各家公司都是用差异化的基因性状,这些核心基因性状都掌握在拜耳、科迪华、先正达等巨头手中,就像手机企业向高通交专利许可费一样,其他育种企业如要使用这些基因性状,就要交上一笔高额的性状许可费。

生物育种的不少核心技术和设备仪器也存在短板。受访专家表示,基因编辑技术的专利主要在美国,因此开发类似于基因编辑技术、有自主知识产权的前沿生物技术显得尤为重要。此外,如高通量表型组、全基因组选择育种等生物育种核心技术进展较为缓慢,高通量精准高效分子标记检测仪器也高度依赖进口。

“保种”压力大

种质资源极端重要,然而,我国种质资源现状存在种种问题。

据《瞭望》报道,与欧美国家在全世界布局种质资源不同,我国部分品种种质资源主要来自本土物种,存在资源来源窄、保护力度弱等难题。保障农产品安全,当务之急是要打牢种质基础关。

在生猪的全产业链中,种猪的质量和数量则直接影响到生猪出栏量,我国种猪资源保护却是业界之痛。

国内生猪养殖上市公司高管杨林告诉《中国经济周刊》记者,我国是养猪历史悠久的国家,也是优质种猪资源丰富的国家,还是全球猪肉消费最多的国家,几乎吃了全球一半的猪肉,但是,“我国超过80%的种猪都是从国外进口的,本土的种猪资源很多都快消失了。”

据第二次全国畜禽遗传资源调查,我国猪品种有125个,其中地方品种88个,85%左右的地方猪群体数量呈下降趋势,31个品种处于濒危状态和濒临灭绝。

杨林说,要保护我国特有的种猪资源,必须要有一定的种群数量,确保核心种群的更新率,这就需要长期投入。“我们企业是做生猪养殖的,规模比较大,主动选择了个别地方品种来保护,每年都要投入好几千万元,这在短期内是没什么回报的。”

2021年,湖南省两会期间,湖南省人大代表、湘村高科农业股份有限公司董事长杨文莲提醒说,种猪就好比芯片,中国大多种猪靠进口,但疫情等因素会对进口种猪造成一定影响。

杨文莲表示,业内都知道优质种猪的重要性,但是囿于培养期长、投入巨大等原因,不敢轻易尝试;政府部门需进一步加大推广种猪资源的力度。湘村黑猪是湖南目前唯一一个通过国家审定的有自主知识产权的优良新品种,“光品种的培育就花了二三十年时间。”

种猪如此,主要粮食作物的种质资源也亟须“保种”。据统计,我国主要粮食作物地方品种的数目,1956年有11590个,2014年则仅剩3271个,主要粮食作物地方品种消失比例高达71.8%。

新华社曾报道,湖南省普查的79个县,1956年有水稻地方品种1366个,1981年为644个,2014年仅有80个,只占1956年的6%。据了解,其他主要作物地方品种的情况也基本相似。

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在隆平高科水稻基地,农业技术工人抢抓晴好天气在田间忙碌。

创新保护制度待完善

业内专家指出,由于对原始创新保护制度的不完善,加上种质资源创新投资大、周期长、见效慢,我国农作物育种渐渐出现以修饰、模仿居多的现象,造成品种同质化严重。

仅从数量上看,我国种业创新可谓层出不穷,水稻、玉米等作物新品种连年翻番增长,光是水稻每年的国审新品种就能有数百个,省级审定品种的数量之多就更不用说了。

新品种一个个呱呱落地,但真正有创新价值的品种其实并不多。国家杂交水稻工程技术研究中心的一位专家曾告诉《中国经济周刊》记者,不同于发达国家主要依托种业巨头创新品种,我国种业新品种主要来自科研机构,但是,不少新品种是为了创新而创新,是修饰性的新品种。

该专家说,这与科研考核机制有关,育种科研机构考核最重要的指挥棒是审定新品种,有新品种就有研究经费,有的单位就干脆利用现有的品种加上一点“美颜”变为一个新品种。

因为没有实质性的突破,这些新品种往往一出生就被束之高阁。据四川省种子站的数据,截至2019年底,川审品种达485个,其中有效品种283个,2019年种植品种201个,占总审定品种的41.44%,超过一半的品种没有推广。

相比之下,外资种业巨头的优势品种具有强大的市场生命力。

南通大熊种业首席科学家李平说,美国先锋公司研发的玉米品种“先玉335”,已经连续多年成为国内利润最大的单一品种;德国KWS公司研发的德美亚系列品种在东北早熟区市场占据绝对优势地位。

一边是“美颜”式创新,一边是原始创新保护力度还不够。湖南水稻研究所副所长、研究员张玉烛对《中国经济周刊》说:“培养一个好品种至少10年以上,可是,我们研究的种子还在试验田,套牌就开始有人卖了。”

这种情况长期存在。隆平高科副总裁兼首席科学家杨远柱回忆,20世纪90年代初,“当时,我在怀化市农科所成立了一家种子公司,专门开发自己选育的两个常规早稻品种。但是,一个品种在一个县卖一年,第二年就没市场了。第一年,我们卖了34万斤种子到新化县种子公司;第二年,他们不仅自己有了,还对外县进行销售。这一年,我们卖了25万斤种子到华容县,第三年华容全县都有了。”

有业内人士向《中国经济周刊》记者总结说,国内种子科研存在的问题不少,一是种质资源鉴定、改良、创新和分子育种等基础性研究薄弱,商业育种也难以持续创新;二是很多科研单位不进行公益性研究,却都聚焦在低端培育杂交品种上;三是考核科研人员的指挥棒是发表论文和职称评定,这导致科研成果的转化率非常低,进而也妨碍了种业的产业化。