以下文章來源于中國工程院院刊 ，作者《中國工程科學》

      國際種業已進入以搶占

      戰略制高點和經濟增長點

      為目標的機遇期

      呈現出高新化、一體化、寡頭化的發展趨勢

      農業發達國家進入了以

      “生物技術+人工智能+大數據信息技術”

      為特征的育種4.0時代

      與此同時，全球范圍內的種業企業兼并重組不斷加劇，集現代生物技術、生物農化、數字農業為一體的種業寡頭不斷出現。

      作物種業作為種業“芯片”之一，是保障國家糧食安全、把飯碗牢牢端在自己手中的根本之基。面對作物種業發展的蓬勃趨勢與復雜環境，全面了解全球作物種業發展概況，深入分析全球作物種業競爭格局，對制定我國種業發展戰略、推進生物育種關鍵技術突破，前瞻性規劃種業的產業布局具有積極意義。

全球作物種業的發展概況

      1

      全球種質資源保護與利用情況

      作物種質資源是改良品種的基因來源，也是培育優質、高產作物的物質基礎。因此，世界各國政府和國際組織都從戰略高度重視作物遺傳資源多樣性的收集保存工作。據國際種子聯盟（ISF）統計，目前全球共有7.4×106份種質資源，1750個基因庫，其中大于1×104份種質資源的基因庫有130個。

      美國、中國和印度擁有世界前三大作物遺傳資源庫。最新數據顯示，美國國家植物種質體系（NPGS）共保存了244個科，2553個屬，16 204個種，600 419份資源，其中來自國內的種質資源數量約占庫存的28%；中國種質資源庫作物種質資源的保存數量超過5.2×105 份，其中76%是本土資源，24% 是國外資源；印度農業部下屬的國家作物遺傳資源局基因庫保存的各種農作物種質資源超過4.5×105 份，其中水稻種質資源超過1.1×105 份、小麥接近4×104 份、玉米超過1×104 份、蔬菜為2.7×104 份、油料為6.1×104 份、豆類為6.1×104 份。

      美國建立了國家主導的植物種質體系，成員包括美國聯邦及州政府的有關組織和研究機構，私人的組織和研究機構。NPGS從世界各地系統地搜集種質資源并開展保存、鑒定和評估，記錄作物種質資源相關信息，向公共、私營、非政府組織部門等國內和國際客戶分發了約2.5×105份材料。

      2

      全球生物育種技術的發展情況

      近年來，生物技術、計算機技術的進步帶動了育種技術的飛速發展，農業發達國家已進入以“生物技術+人工智能+大數據”為特征的育種4.0時代。轉基因技術、基因編輯技術、全基因組選擇育種、基因組學成為當前國際生物技術育種研究的核心與前沿。

      1

       轉基因技術

      轉基因技術研發經歷了從單基因到多基因轉化的提升，如從單一外源功能基因的轉化向包括調控基因在內的多基因轉化發展；從技術應用角度來看，由第一代抗蟲、抗病、抗除草劑的轉基因作物，逐漸向抗逆（抗旱、抗寒、抗鹽堿）、品質改良、營養改良、生物醫藥的轉基因作物發展。美國是轉基因技術的領導者，已進入商業化應用階段。我國的轉基因技術處于總體跟隨、個別領先的狀態。

      2

      基因編輯技術

      基于CRISPR/Cas系統的基因編輯技術是近年來生命科學領域的重大突破和研究熱點。從技術研發角度來看，美國和我國處于領先地位；從技術應用角度來看，我國與國外基本處于同一起跑線，甚至在部分方向達到國際先進水平，如基因編輯技術在我國主要糧食作物（水稻、小麥）方面的研究處于世界領先地位。2021年，哈佛大學懷斯生物工程研究所研究人員發明了Retron Library Recombineering（RLR）基因編輯工具，可以同時生成多達數百萬個突變，“編碼”突變細菌細胞，一次篩選整個庫；能夠在規律間隔成簇短回文重復序列（CRISPR）有毒或不可行的情況下使用，具有更高的編輯效率。

      3

      全基因組選擇育種

      隨著基因組測序技術和計算機科學的快速發展，全基因組選擇育種對作物的產量、品質等復雜性狀的預測效果已經有很大提升，未來有望成為作物育種過程中雜種優勢預測、高產優質品種篩選的核心方法。從技術應用角度來看，目前全基因組選擇育種已在玉米、水稻等糧食作物育種方面有了較深入的研究，但在園藝作物方面的研究較少。拜耳公司（孟山都）、科迪華公司（陶氏杜邦）等國際種業巨頭已在玉米等作物上實現了相關技術的規模化應用；美國是該技術的領跑者，德國、法國等國家的相關研究也較為領先。我國的全基因組選擇育種研究尚處于起步階段。

      4

      基因組學

      基因組測序技術的快速發展推動了作物基因組研究的突破性進展。我國是世界上較早啟動作物基因組學研究的國家，已完成水稻、小麥、玉米、黃瓜等重要作物的基因組測序，初步掌握了這些作物遺傳基因的功能性狀，研究水平走在國際前列；開發了基于高通量基因組測序的基因型鑒定方法，開展了水稻、玉米農藝性狀的基因組關聯分析和功能研究。目前，我國水稻功能基因組研究整體水平處于國際領先地位，也是世界上最早使用第二代測序技術開展蔬菜基因組研究的國家，繪制完成了黃瓜、番茄、大白菜、甘藍、西瓜等蔬菜和瓜果作物的全基因組序列圖譜與變異圖譜。在利用組學大數據挖掘重要農藝性狀基因方面，我國與發達國家處于同一水平。

      3

      全球生物技術育種產業化情況

 

      1

      轉基因作物

      1996—2019年，全球轉基因作物種植面積累計達到2.7×109 hm2。2019年，全球共有71個國家和地區應用了轉基因作物。美國是轉基因作物種植面積最大、從中獲得經濟收益最多的國家，2019年種植面積達到7.15×107 hm2，種植的轉基因作物包括玉米、大豆、棉花、苜蓿、油菜、甜菜、馬鈴薯、木瓜、南瓜、蘋果等，轉基因大豆、玉米、棉花的平均應用率達到95%。我國轉基因作物種植面積約為3.2×106 hm2，僅為美國的0.48%，主要種植品種是棉花和木瓜（見表1）。從經濟收益上看，1996—2018年，轉基因作物種植國共獲得經濟收益2249億美元，其中美國獲得959億美元，約占全球總收益的42.64%；我國獲得232億美元，約占全球總收益的10.32%；除美國外，經濟收益排名靠前的國家是阿根廷（281億美元）、巴西（266億美元）和印度（243??億美元）。

表 1 ：2019 年轉基因作物及種植面積

      注：數據來源于國際農業生物技術應用服務組織（ISAAA），* 代表種植面積在 5×104 hm2 以上的轉基因作物種植大國。

      2

      基因編輯作物

      美國是世界上基因編輯作物品種產業化最為領先的國家。SU Canola抗磺酰脲除草劑油菜是全球第一個商品化的基因編輯作物，2015年在美國 4000 hm2 的土地上進行了商業化種植。2016年，美國批準種植了通過基因組編輯技術剪掉褐變相關脫氧核糖核酸（DNA）片段的蘑菇品種。

      迄今為止，已有150多種基因編輯植物新品種被美國農業部指定為不受管制的品種，從而允許在美國進行商業種植，包括高油酸大豆、抗白粉病小麥、油分改良亞麻薺、高油含量山茶花等。目前，美國農業部已經受理調查并公開了23件基因編輯作物，除了由跨國公司陶氏益農和杜邦先鋒公司（現陶氏杜邦公司）研發的3種作物以外，其余來自Calyxt、Yield10、 BensonHill Biosystems 等初創公司。

      由于一些初創企業把握了基因編輯技術先機并超前開展專利部署，大型跨國種業公司與中小型科技公司之間的知識產權許可與轉讓成為基因編輯技術產權化的重要策略。2018年，英國批準了高Omega-3多不飽合脂肪酸的基因編輯亞麻薺試驗性種植。2020年，日本通過了本國首個基因編輯食品——富含抑制血壓上升功能成分（γ-氨基丁酸）的番茄銷售申請，標志著基因編輯產品可以進入市場。

      我國雖然在基因編輯作物育種應用研究方面取得了一系列國際領先的新材料和新品種，包括煙草、水稻、玉米、高粱、大豆、西瓜、黃瓜、西紅柿、香蕉、楊樹等，但尚無任何基因編輯作物被批準上市。

      3

      生物育種技術及產品監管

      生物育種技術及其產品的監管政策是影響一個國家生物育種技術研發及其產業化的重要因素，國際上主要分為兩大陣營。

      一是以美國為代表，實行以產品為導向的生物技術產品監管制度體系，堅持“實質等同性”“個案分析”原則。對于基因編輯（沒有導入外源基因）作物，認為只要通過自然的或傳統的育種手段能夠得到的變異，均視為非轉基因生物，不需要監管。加拿大、巴西、阿根廷、智利、哥倫比亞、以色列、日本、澳大利亞等國采用類似的政策。印度、孟加拉國、菲律賓、尼日利亞、肯尼亞、巴拉圭、烏拉圭、挪威等國家也將參照相似的做法。

      二是以歐盟為代表，實行以技術手段為導向的生物技術產品監管制度體系，認為凡是通過生物技術手段得到的生物，都要按照轉基因生物進行嚴格的安全評價和監管。2018年，歐盟最高法院的裁定更是將重組DNA、細胞融合乃至輻射突變等技術產出的生物都視作轉基因生物并納入相應監管。然而，歐盟及其成員國的學術界和行業內人士都呼吁放寬對基因編輯產品產業化的限制，法國已將基因編輯作物視為非轉基因生物，英國也表示在脫歐后將對基因編輯作物采取更為寬松的監管政策。新西蘭采取了與歐盟相似的監管政策。

      我國對轉基因作物的態度一直是“確保安全、自主創新、大膽研究、慎重推廣”；在研究、試驗、生產、加工、經營的全過程中都開展了嚴格管控，對轉基因農產品存在潛在風險的實驗室研究和田間試驗階段進行了重點監測。

      目前，我國是世界唯一采用定性按目錄強制標識的國家，要求生產、經營轉基因食品等均應顯著標示。對于基因編輯作物，我國尚未出臺明確的監管政策。《2021年農業轉基因生物監管工作方案》《關于鼓勵農業轉基因生物原始創新和規范生物材料轉移轉讓轉育的通知》等政策性文件，釋放了我國將在嚴格農業轉基因生物安全評價基礎上，為全面產業化做準備的重要信號。

 

      4

      全球作物種業貿易情況

      據統計（見表2），2019年世界種子出口總額為131.95億美元；種子出口額前3位的國家分別是荷蘭、美國、法國，出口額合計為62.95億美元，約占2019年國際總額的47.71%。2019年，我國種子出口額為2.07億美元，約占全球出口總額的1.57%，排名第11位；出口額排在前3位的是蔬菜種子（1.16億美元）、水稻種子（0.63億美元）、草本花卉種子（0.17億美元）。

表 2 ：2019 年國際種子出口額 Top11 國家

      注：數據來源于聯合國貿易數據庫（UN Comtrade Database）。

 

      據統計（見表3），2019年世界種子進口總額為146.57億美元；荷蘭排名第1位，種子進口額為10.94億美元，約占全球進口總額的7.46%。我國種子進口額為4.43億美元，約占全球進口總額的3.02%，排名第11位；進口額排在前3位的是蔬菜種子（2.24億美元）、黑麥草種子（0.47億美元）、草本花卉植物種子（0.39億美元）；屬于種子貿易逆差國，逆差額為2.36億美元。通過進出口數據對比發現，荷蘭、美國、法國、德國、意大利、比利時等既是種子出口大國，也是種子進口大國，貿易活躍、市場開放度高。

表 3 ：2019 年國際種子進口額 Top11 國家

      注：數據來源于聯合國貿易數據庫（UN Comtrade Database）。

      5

      全球跨國種子企業情況

      隨著經濟全球化、市場一體化進程加速，種業跨國公司對種業市場份額的競爭日益激烈，大型種業跨國公司所在國家的全球市場份額占比體現了該國的產業競爭力。2019年，我國有4家企業（先正達集團、袁隆平農業高科技股份有限公司、北大荒墾豐種業股份有限公司、蘇墾農發股份有限公司）進入全球銷售額Top20；在其他的Top20企業中：

      美國有1家（科迪華公司）；

      德國有3家（拜耳公司、巴斯夫股份公司、科沃施集團）；

      荷蘭有4家（瑞克斯旺種子公司、安莎種子公司、必久種子有限公司、百綠集團）；

      法國有4家（利馬格蘭、佛洛利蒙–德佩育種公司、RAGT Semences、優利斯集團）；

      日本有2家（坂田種苗株式會社、瀧井種苗株式會社）；

      印度有1家（安地種業）。

      拜耳公司、科迪華公司一直是種業的領跑者，合計銷售總額占Top20企業總銷售額的60%，在轉基因技術、基因編輯技術、數字農業方面優勢明顯。先正達集團、巴斯夫股份公司、利馬格蘭集團、科沃施集團構成第二梯隊，合計銷售總額約占Top20企業總銷售額的24%。

      其余14家企業雖然在銷售額上僅占16%，但是特色鮮明，如丹農和百綠的牧草、草坪草種子業務，坂田種苗株式會社和瑞克斯旺種子公司的蔬菜種子業務，瀧井種苗株式會社的花卉種子業務，袁隆平農業高科技股份有限公司的水稻種子業務，蘇墾農發股份有限公司的小麥種子業務，都是全球種業領域的中堅力量。全球種業基本形成了“兩超、四強、差異化發展”的新格局（見表4）。

表 4 ：2019 年銷售額 Top20 企業

      注：數據來源于各跨國種業公司年報。

      6

      國際種業產業競爭力分析

      對標美國、荷蘭、德國、法國、澳大利亞、英國、加拿大、日本、巴西等種業強國，以貿易競爭力指數、企業競爭力指數、產業規模指數為評價指標，從市場和產業主體兩方面對國際種業產業競爭力進行分析評價。貿易競爭力指數代表了一個國家參與國際市場競爭的能力，由貿易競爭指數、顯示比較優勢指數、國際市場占有率、市場開放度來具體表征。

      企業競爭指數采用世界銷售量Top20企業所屬國家的銷售額占全球種業市場市值的份額來表征，體現了一國作為種業主體的企業在國際市場上的競爭實力。產業規模指數采用一國種子市場的市值占全球種子市場的市值來表征，體現了一國生產的種子對全球種業的貢獻度，消除了各國因體量不同、國內種子市場需求不同而造成的國際貿易差異，也反映出各國滿足國內種子市場需求的情況。

      結果顯示（見表5），我國種業產業競爭力指數為0.302，排在美國（0.678）、荷蘭（0.466）、法國（0.353）、德國（0.318）之后，位列第5位，整體處于中等水平。

表 5：10 國種業產業競爭力指數排名

      注：數據根據本研究構建的指標體系計算得到。

我國種業發展面臨的問題

      1

      國外起源種質資源占比低，種質資源精準鑒定明顯不足

      發達國家將在全球收集遺傳資源作為國家戰略，一方面嚴控核心遺傳資源的輸出，另一方面注重對國外種質資源的收集。以美國為例，早在第一次世界大戰和第二次世界大戰期間，搜集了世界多國不同生態條件下的種質資源，成為世界種質資源保存量和保存種類最多的國家；起源于國外的種質資源數量約占美國種質資源庫庫存的72%。

      相比之下，我國雖然種質資源豐富，但以國內資源為主，起源于國外的資源僅占庫存的24%，致使種質的遺傳多樣性不夠廣泛，優異且有特色的資源不足，在種業源頭上處于不利地位。此外，我國精準鑒定的資源比例非常低，在保存的5.2×105份種質資源中，完成精準鑒定的不到1.5×104份，尤其缺乏對資源農藝性狀、抗性基因等的精準鑒定。沒有鑒定，也就無法挖掘和利用；我國作物種質資源利用率僅為3.0%~5.0%，有效利用率僅為2.5%~3.0%，亟待形成種質資源利用、基因挖掘、品種研發、產品開發、產業化應用的全鏈條組織體系。

      2

      生物技術育種領域研發活躍，但缺乏原始創新性技術

      根據Web of Science核心合集檢索數據，2015—2019年，全球生物技術育種領域的發文總量為87 830篇；其中美國為25 987篇，我國為21 620篇，分別排名全球第1和第2，各占全球發文總量的29.5%和24.6%，構成了生物技術育種基礎研究的第一陣營。根據Derwent Innovation全球專利數據庫檢索數據，2015—2019年，全球生物育種技術領域的專利申請總量為23 133件，其中美國和中國專利申請分別排名全球第1和第2；美國申請量為11 849件，占全球專利申請總量的51.2%；我國申請量為6338件，占全球專利申請總量的27.28%，雖與行業領先還有差距，但同樣是全球生物育種技術領域的重要技術研發力量。

      我國雖然占據了研發規模的優勢，但從發文影響力來看與美國還有一定差距，基礎研究仍處于追趕階段；英國、德國、荷蘭、加拿大、澳大利亞、法國的發文總量不大，但影響力強于我國，是潛在的競爭者。在技術研發方面，美國處于技術領先地位，技術研發能力強，專利申請量和專利質量均很高；我國屬于技術活躍者，研發活動頻繁，但專利質量整體不高，處于技術追隨位置；德國、澳大利亞屬于潛在的技術競爭者，盡管專利申請量不多，但專利質量普遍較高，具有相當的競爭實力。

      整體來看，我國雖然在生物技術育種領域處于全球優勢地位，但缺乏自主創新的原始技術。以基于CRISPR/Cas的基因編輯技術為例，雖然國內學者針對原始的基因編輯技術在安全性和效率方面進行了諸多改進，也獲得了一些自主知識產權，但存在延伸性、尾隨性研發居多，原始創新不足的問題。目前常用的基因編輯的核心技術源自美國，核心技術的專利權基本由歐德森–柏若德斯大學、科迪華公司所掌握，因此在規模化商業應用方面存在“卡脖子”風險。

      3

      種子產業競爭力相對較弱，科技優勢未轉化為產業優勢

      與生物育種技術進展相比，我國種子產業的發展明顯滯后。在生物技術育種方面的科技優勢遠未轉化為產業優勢，既有種業自身的問題，也有體制機制和監管政策層面的問題。

      從種業自身看，我國自加入國際植物新品種保護聯盟（UPOV）以來，品種權申請數量的增長態勢迅猛，從2017年起已超過歐盟，居第1位；授權數量自2014年起超過美國，僅次于歐盟，居第2位。我國存在品種同質化現象，雖然品種數量多，但缺乏具有全球競爭力的產品，規模優勢沒有成為產業優勢。“企業強，種業才能強”。近年來我國種子企業發展迅速，但與國際一流企業的差距依然很大，企業研發投入不足是導致創新能力不強的主要原因。一個優良品種的誕生，往往要經過十幾年甚至數十年的投入，研發成本高昂，因而高性能種子的研發一直都是國際種業巨頭的“專利”。據公司年報顯示，2020年拜耳公司的研發投入為71.26億歐元，科迪華公司為11.42億美元；作為國內種業領頭羊的袁隆平農業高科技股份有限公司，研發投入僅為4.11億人民幣，與國際種業巨頭相比差距明顯。

      從體制機制層面看，近年來我國致力于種業體制改革，發布了《國務院關于加快推進現代農作物種業發展的意見》《國務院辦公廳關于深化種業體制改革提高創新能力的意見》等綱領性文件，旨在推進商業化育種體系的建立。由于育種人才、資源、技術主要由高校和科研單位所掌握，企業研發能力嚴重不足，較多照搬國外發展模式，很難在短時間內見效。

      從監管政策層面看，我國對轉基因及新生物技術的監管相對滯后，阻礙了生物育種的產業化發展。對于新技術及其產品的監管，現行法規是2001年發布、2017年修訂的《農業轉基因生物安全管理條例》。采用基因編輯等新技術生產的生物產品，是否屬于農業轉基因產品，是否需要監管及如何監管，并無明確規定。定義不明確、法規不完善，可能明顯制約基因組編輯等新技術在農業領域的應用，以至弱化在生物技術領域實現超越的機會。

我國種業發展的思考與建議

      1

      實施國家種質資源戰略，夯實種業發展基礎

      建議將種質資源保護利用上升到國家戰略高度，構建國家主導的種質資源保護體系。協調管理部門、科研機構、高校以及私人企業及研究院等社會多方力量，一方面加強對我國瀕危種質資源和野生品種的保護，另一方面通過種子企業的行業交流，“走出去”等方式，積極引進國外種質資源，通過研發創新來解決種源關鍵問題。優化運轉機制和管理系統，制定國家生物資源多樣性保護中長期規劃；設立國家專項基金，穩定支持種子資源庫建設和資源精準鑒定工作，發掘出一批優異種質和基因；將種質資源和成熟技術成果高效地向種子企業轉移，更好服務于企業的商業化研發。

 

      2

      實施種業科技創新戰略，實現原始性創新突破

      針對農業發達國家已對與基因編輯技術相關的關鍵基因和種質資源的優異基因性狀進行專利申請的不利現狀，我國應重視替代性前沿技術研發。建議設立種業創新探索性研究專項，財政資金適度向原始創新性科研活動傾斜；力爭發展新型基因編輯系統/工具并獲取知識產權保護，掌握種業發展主動權；加大信息技術、大數據技術在種業研發中的應用力度，在高通量表型組、全基因組選擇育種等生物育種核心技術方向加強布局，降低對高通量精準高效分子標記檢測儀器等進口設備的依賴；盡量避免在國外公司已經掌握核心專利的技術方向開展尾隨性研發，克服低水平重復研究造成的科技資源浪費。

      3

      全面構建中國特色種業體系，提升產業競爭力

      建議深入開展種業體制改革，推行“科企脫鉤”，盡快構建商業化育種體系。鑒于目前我國種業的人才、資源、技術仍聚集在科研機構，種企技術研發力量依然薄弱的國情，不宜盲目照搬國外的做法，而應構建起中國特色種業體系，即基于“產學研”創新聯合體的種業創新體系。借鑒國家農業科技創新聯盟在運行機制、“產學研”連接模式、主體利益分配模式等方面的成功經驗，選擇科研實力強、研究基礎好的科研機構和高校，與種子龍頭企業組成創新聯合體；由國家和企業共同出資，對不同階段的研發投入各有側重，針對種業關鍵性技術問題開展聯合攻關，共同培育高性能品種并實現市場化。通過機制創新，快速提升我國作物種業的整體競爭力。

      4

      實施種業強企戰略，強化企業創新的主體定位

      企業強則產業強，應當以企業的高質量發展帶動種子產業的發展。一方面，通過兼并重組等方式，培育我國的種業巨頭，集中高端人才、先進技術、研發資源，使種業綜合創新效率不斷提升、附加值不斷提高，避免“內卷式”無序競爭導致的重復建設和產能過剩；另一方面，由于基因編輯等新興技術的快速發展，降低了種子研發的技術門檻，應合理加大對生物種業高科技初創公司在政策、融資、稅收等方面的扶持力度，促進在一些生物種業技術方向搶占先機。

      5

      推進監管制度現代化，確保技術優勢轉化為產業優勢

      以產品為導向的監管政策，是發達國家能夠迅速將其研發優勢轉化為產業優勢的重要原因。為了推動我國將生物技術方面的領先優勢盡快轉化為產品優勢、產業優勢和競爭優勢，建議針對基因編輯技術盡快出臺明確的、前瞻性的、不同于轉基因生物的監管政策；針對轉基因作物產業化，管理機構在充分評估轉基因產品安全性和我國是否具備競爭力的前提下，盡快出臺詳細的規劃、配套條例，發布明確的時間表，激發科研機構和企業的研發動力，掃除生物技術育種產業化的障礙。通過監管政策的現代化，精準推動生物種業的發展。

      來源丨中國工程院院刊《中國工程科學》2021年第4期

      作者丨鄭懷國，趙靜娟，秦曉婧，賈倩，齊世杰

      編輯丨農財君

      聯系農財君丨18565265490

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