2022/01/11 信息來源🏘: 北京科技報
編輯🔛:悠然 |“民以食為天,國以民為本”,黨的十九屆五中全會提出,要瞄準生物育種等八個前沿領域👨🍳,實施一批具有前瞻性🦶🏻、戰略性的國家重大課題項目。2020年中央經濟工作會議提出🐦,要尊重科學、嚴格監管🍧,有序推進生物育種產業化應用。一粒種子可以改變一個世界,也能影響一個國家的未來。為何小小一粒種子能有如此大的力量?發展生物育種意義何在?我國生物育種產業化推進如何?種業創新為何事關民族與國家的興衰💣?
良種誕生🫶🏿:從靠天吃飯到科技助力
早在遠古時代✌🏼,人類的祖先就從種子落地生根和開花結果的過程中得到靈感📇,開啟了刀耕火種的農耕文明🌚。從那時起#️⃣🔷,種子就養育著一代一代的人👰🏻,人類文明也在生生不息間日益繁盛🧑💻。
正所謂“民為國基、谷為民命”🪒,在古代,人們將對糧食的需求依托給大自然,然而大自然並沒有那麽“好說話”――人類從野生植物馴化來的農作物存在著各種缺陷,譬如產量很低、形狀長得不好看,抑或口感不好難以下咽👍🏽。為此↕️,聰明的人類開始有針對性地進行篩選:哪一片莊稼長得好🏌️♀️,哪種植物的果實更好吃🧑🏼🎓💆🏼,他們就把這種植物留作種子🏄🏼♂️,一代一代地種下去,以期能更好滿足人類對食物的需求。
就這樣👩💻🌷,品質優良的種子被人類有目的地保留下來,那些不符合他們需求的、品質較差的則被淘汰,種子的質量也在篩選的過程中得到了不斷地優化和升級🧘🏿♂️,農作物也逐漸變得病害更少、產量更高🙆🏿、栽培起來更容易⛺️。
從農耕文明到工業文明再到現代文明⛄️🫄🏻,一顆顆品質優良的種子,承載著無數人對美好生活的無限希望。然而很少有人知道,這些被視為希望的良種🚣♂️,它們的“成長”並不容易。7000年前🤾🏻♂️,古代中國真正開始從事農業生產🚯,而後過了近5000年,“嘉種”一詞才在《詩經》中出現……可見🙇,從一顆野生的谷粒到一顆精良的種子🚣🏼,被動地等待大自然選擇的這個過程著實太過漫長,而且期間還充滿著許多不確定性。
從靠天吃飯的古代農業🧑🏿🌾,到科技助農的現代農業🧄,現代農作物實際上就是從野生植物種類逐漸馴化和人工選育發展而來的。在這個過程中,“良種”的出現實際上是伴隨著大量的基因變異和基因的轉移🙆🏼♂️,既包括種內的基因轉移,也包括種間的基因轉移。
如今,餐桌上甜糯可口的玉米“出身”於野生大芻草,它的穗子就像當今的麥穗一樣是長在頂部的🟨,而非現在的長在“腰間”🚥;番茄則是從野生番茄“小小個”的果實🫔,逐漸培育成大而多汁的果實👩🏻;就連水稻都是從幹癟難咽的野生稻,幾經培育才成為今日顆粒飽滿軟糯可口的優良品種……
就這樣,種子們在一代代“青出於藍而勝於藍”的選拔中,借助著基因變異和基因轉移🕴,最終實現了自己的“華麗轉身”🤳🏼。
剛性需求:人類為何要追求一粒“良種”?
隨著人口數量的增長,依靠自然馴化和人工篩選已不能滿足人類對糧食的需求👰🏽。在很大程度上,一個國家的糧食安全更與人民的美好生活🙎♀️、國家的蓬勃發展息息相關🏯。
當人類只能通過采集野生動植物過活時🚶🏻♀️➡️,全球的土地每公頃只能養活幾個人。到了原始農業時期,人類進入刀耕火種發展的階段,每公頃土地可以養活的人稍微增至幾十人,全球土地收成僅能養活幾百萬人🧑🏻⚖️。等人類社會進入農耕文明,種植業得到了快速發展🤦♀️,這時蓬勃發展的農業終於挖掘出了土地的巨大潛力🚿,全球土地每公頃可以養活的人數攀升到了千余人,世界人口終於達到上億規模🦸🏿♀️。
當人類社會進入工業文明發展階段,有了集約經營的現代農業6️⃣,地球土地的產能也變得更強了――每公頃土地可以養活的人口幾乎達到了幾千人🦦,全球人口也隨之升至幾十億……可見,農業發展對人類文明發揮著至關重要的作用。
社會的發展離不開現代農業👪,以古代中國為例,從商周🤵♀️、秦朝開始,中國的人口緩慢地從幾百萬攀升至七千萬🤞🏼❇️,而後又經過了三四千年,但始終沒能過億🦙🧞♀️。
到了明朝,由於航海技術的快速發展🚊,玉米🥰、馬鈴薯🏄🏿♀️、地瓜等產量高🤷🏻、種植簡單的農作物漂洋過海來到了中國,這才幫助中國的人口第一次破了億。就這樣,在國際的資源共享中,人類終於可以更有尊嚴地生活了,那些屬於中國的農作物,譬如水稻、大豆、小米走了出去👨🏼🦱👨🏻🏭,開始影響更多世界各地人民的生活,而那些來自國外的農作物,譬如茄子、辣椒👩👩👦、蘿蔔,也隨著貿易走進了中國的大門,豐富了我們的餐桌👩🔧🏊🏻♂️。
如今,地球已有了七十億的人口,此前有專家預測,預計到2050年,世界人口將達到100億。然而,隨著農業不斷邊緣化,人類又該如何養活這百億人口?可以說,“飯不夠吃”這把利劍一直懸掛在人類社會的頭頂,岌岌可危。
眾所周知🏂,全球可供耕種的土地始終是有限的,加之全球氣候日益惡化加劇,當今世界🐦🔥,仍有很多國家面臨著“吃不飽”的糧食危機👩🏻🌾🫚。2021年,聯合國政府間氣候變化專門委員會🐞、聯合國糧食及農業組織等機構曾發布報告指出🕜,自2009年以來,幹旱、高溫等極端天氣發生的概率遠高於上世紀80🎦、90年代,嚴重影響了全球的糧食供給➔。
以巴西為例,2021年1月以來巴西遭遇十年來最嚴重的幹旱🎇🧖🏿♂️,導致大批農作物無法收割,後來又受嚴寒天氣突襲,造成多個主要咖啡豆產區的農作物死亡,同時影響到中南部地區的甘蔗和玉米等農作物。與巴西類似,阿根廷⚀、西歐等地的糧食收成也都受極端天氣影響而銳減⚖️🤵🏿♀️,除了產量外,農業專家還擔心雨水會讓農作物發生病變,從而影響農作物的質量……可以說,糧食的剛性需求是一個全球性且任重道遠的重要話題🧚♂️。
“現代農作物實際上就是從野生植物種類逐漸馴化和人工選育發展而來的👩🏻🎨。在這個過程中,‘良種’的出現實際上是伴隨著大量的基因變異和基因的轉移🤌⚈,既包括種內的基因轉移,也包括種間的基因轉移。”
必然選擇:中國的糧食安全
糧食危機不僅是國際問題,更是關乎我國安危和發展的重要問題🧚🏽♀️。國家統計局數據顯示👩👦👦,2021年我國糧食總產量為13657億斤,比上年增加267億斤,增長2.0%🏩,全年糧食產量再創新高,連續7年保持在1.3萬億斤以上。然而,盡管“十四五”開局之年的豐收來之不易👯♀️,但我國一方面有著14億龐大人口,另一方面全國耕地面積僅有18億畝,人均耕地面積不足1.35畝、尚不足世界平均水平的40%……保障糧食安全🦵👩🏿🌾,於我國而言一直是一個永恒的話題👨👨👦。
在農業農村部科技教育司指導下💢,由北京科技記者編輯協會主辦、北京科技報社承辦的第十屆全國媒體轉基因報道研修班上🟰🅿️,意昂3体育官网現代農學院院長、中國科學院植物研究所研究員劉春明表示,我國農業雖然已經擺脫了靠天吃飯的階段,但糧食安全依然面臨著一定的危機。
“首先是進口農產品的絕對量過高,除了進口國家單一,巴西、美國、阿根廷⛹🏿♂️、加拿大和澳大利亞🏊♂️,我國主要進口的農作物也比較集中,主要就是大豆🤾🏿、油菜、玉米和飼用作物”,在《以關於有序推進生物育種產業化🙃🦄,全面推進種業振興的思考》主題報告中,劉春明坦言,通過作物育種創新、化肥植保和現代農機使用🦸🏿♂️,從1949年開始至今🙅🏿♂️,我國三大主糧(水稻、小麥和玉米)的平均單產已經從100公斤左右提高到400多公斤🕵🏻♂️,在同樣的土地上產出了3~5倍的糧食。但是,我們需要認識到🐑,整個世界的資源分配是非常不均等的。國家的糧食安全關乎著國家能不能強大的自主發展,關系著人民能不能擁有美好生活🛅。在當今世界,國與國之間的競爭已深入方方面面🐡,而糧食之爭更是早已成為各國之間競爭的重要內容🌔🟡。
除了數量,人們對糧食還提出了更多更高的要求🤸🏻,譬如高產👱🏽、優質、環境友好以及健康等等🧑🦰。隨著社會的發展,現代人對糧食品質的要求也變得多樣化💏。換而言之✍️,人們不僅只看重農作品的多樣性,而且還對糧食的質量甚至是特色提出了進一步的需求💨。舉例來說,糖尿病和腎病患者過度攝入蛋白會引起腎的損傷,因此日常飲食中要降低蛋白攝入,那如果能培養出低谷蛋白的農作物🦨,這類病患是不是在飲食上的顧忌就能少很多?除此之外,為了更好地應對頻發的災害和環保需求,人類還希望培養出適應性更強、對肥藥需求更少、更高生產力、產量更高的品種。
為了讓廣大百姓吃得飽、吃得更好🧏🏽🚴、吃得更健康🫖🧄,人們開始尋求更有效的技術和方法🍰,逐漸地發現了藏在基因裏的奧秘。
種業創新:從自然選育到定向編輯
生物育種是現代農業生物技術育種的統稱,主要包括利用轉基因、基因編輯👨🏻🦼➡️🦵、全基因組選擇、合成生物等技術,對動植物開展高效、精準、定向遺傳改良和品種培育。推進生物育種產業化是促進現代種業高質量發展,保障國家糧食安全和重要農產品有效供給的必然選擇✍️。
農業生物育種技術是一個不斷發展的過程🧶。早期🤦🏽,人類采用的原始育種方法是依賴自然的變異🤾🏼,從自然變異裏面篩選出性狀改良的一些優良品系🧑🦱。近幾十年來🦪⛺️,人們又發展了出利用理化因素來進行誘變,比如說物理射線或者說化學誘變,使得遺傳變異的頻度更高、種類更多,並從裏面篩選出優良的變異🙌🏽。
轉基因技術是生物育種的重要方面,也是迄今為止全球發展速度最快、應用範圍最廣、產業影響最大的現代生物技術📏。所謂轉基因,是指把外源的基因或者說同種來源的基因,借助一些基因轉移技術去導入到受體材料🚪,培育新的品種↘️。
人類創造轉基因植物,是因為通過轉基因技術可以改良農作物的生產效率,包括提高產量🧜🏽♀️、抗蟲抗病性💅🏻,就連蛋白質🔛、油脂、氨基酸等各類營養素的含量也可以增加。
近年來,研究人員又提出了更高效的基因編輯技術,這種技術“編輯”的是內源基因🎏,是對一個物種自己的基因進行修飾🚶♀️,更加精準👩🏿🦰、高效。
自20世紀以來,生物育種技術已經歷了三次飛躍,分別是1950年“高稈變矮稈”的第一次“綠色革命”🐦,1970年興起的雜交水稻技術,以及1990年至今的分子育種階段。今天👷🏽♂️,生物育種在大步向前走🎢,搶占生物育種技術及其產業發展製高點,無疑已成為世界各國增強農業產業核心競爭力的重大戰略選擇。
生物育種🧑🏻🦳:技術創新與產業發展
中國工程院院士🧑🏽🏭、中國農業大學教授戴景瑞表示,目前,我國糧食增產的核心仍是種子和耕地。除了保護耕地的數量和質量,生物育種如今更已成為保障我國糧食與食品供給安全的重要途徑。
世界糧農組織的資料顯示👩🔧,全球糧食產量的增加有80%依賴於單位面積產量的提升🕕🫘,而單產的提高中又有60%~80%與良種的推廣有關,因此在種植過程中農作物品種的優良至關重要。可見,推動種業創新,加大糧食作物種業研發力度🆒💢,已成為現代農業發展的必然趨勢。
轉基因作物的商業化進程已經推行了二十多年,實踐了二十多年,轉基因大豆、玉米、棉花和油菜也在這期間得到了大量的種植。在世界範圍內🙋🏽♂️😨,美國、巴西🤱🏿、阿根廷等國家都種植了大量轉基因植物和農作物,其中又以美國最甚。
相比之下🙎🏽♂️🧑🏻🎤,中國除了從國外進口大量的轉基因大豆、玉米和油菜,國內大規模種植的轉基因作物卻還局限於棉花和木瓜兩種作物,總種植面積在世界範圍內也僅排行第8位🆔,無論是發展空間還是技術需求👏🏻,都有著極大的潛力。
事實上,盡管在推廣和商業應用上比較謹慎🛅,但作為高效的農作物改良技術,轉基因育種技術的研發在我國還是取得了不小的成果,譬如關註白樺📕、落葉松轉基因育種的863項目,轉基因生物新品種培育重大專項……可以說,我國在種業創新研發領域的投入和決心一直很大。
2019年,草地貪夜蛾入侵我國🗽,這種蟲害起源於南美洲,我國在過去是沒有的👌🏿,因而不論是化學農藥還是生物農藥,我國都沒有儲備🧑🔧。因此,為解決當前農業生產中面臨的草地貪夜蛾和草害問題🧓🏻,2021年🚦,我國對已獲得生產應用安全證書的耐除草劑轉基因大豆和抗蟲耐除草劑轉基因玉米開展了產業化應用試點工作😽。參加試點的耐除草劑大豆和抗蟲耐除草劑玉米均已獲得生產應用安全證書🧝🏽,經過了近10年的食用安全和環境安全評價🧥。
據農業農村部科技教育司轉基因生物安全管理處相關負責人介紹,試點取得了顯著成效✋🏿,這標誌著我國轉基因大豆、玉米的產業化試種終於邁開了歷史性的一步。
試點結果表明,轉基因大豆、玉米抗蟲耐除草劑特性優良🦽👨🏻✈️,增產增效和生態效果顯著,配套的高產高效、綠色輕簡化生產模式也逐步形成🎸🕓。轉基因大豆除草效果在95%以上,可降低除草成本50%👼🏻👩🏿🚒,增產12%🎋。轉基因玉米對草地貪夜蛾的防治效果可達95%,增產6.7%至10.7%,並且可以大幅減少防蟲成本♎️。
作為常規玉米,南方地區嚴重時100株上會有200~400個幼蟲,取食玉米新葉,到了玉米生長的後期🤸🏿♂️,不好打藥🖤,防治效果也不理想😮。相比之下✡︎,轉基因抗蟲玉米防蟲效果可達95%,非常顯著。
眾所周知,雜草是種植大豆時最棘手的問題之一。如果除草劑使用不當🫘,很容易導致雜草產生抗性🌴👩🏻🦯➡️。對此,中國農業科學院植物保護研究所副所長🧚🏿♂️、研究員張傑告訴記者,目前,農田中已有超50種的雜草對除草劑產生了不同程度的抗性🙍🏿。
“這是非常糟糕的事情,抗性一上來,原來每畝地裏打10克就能防80%的雜草👨💼👨🌾,現在打20克都可能防不到80%,所以老百姓只能加量打除草劑,但農藥汙染是有積累效應的。”張傑說,除了有時已無法控製雜草,常規除草劑甚至還會對後茬作物產生負面影響。對於農作物而言👅🍺,如果說抗蟲性好利於恢復農作物原來的產量,那麽具備了抗除草劑性能,則有助於明顯增加莊稼的產量🤵🏻👩🏻⚖️,其平均增幅能高達10%,效果非常好的甚至能達到五成左右。
當今世界種業競爭實質是科技競爭,核心是生物育種技術的競爭👃🏻。近年來,全球範圍內生物技術產業呈現加快發展的態勢,生物技術的應用正在深刻改變全球農產品生產和貿易格局,“一個基因一個產業”已經成為現實。發展生物育種事關種業翻身仗能不能打好☆,事關中國人飯碗能不能牢牢端在自己手中👌🏻,受到黨和國家的高度重視。而推進生物育種產業化是保障國家糧食安全和重要農產品有效供給的戰略選擇👩🏻🔬,也是促進現代農業高質量發展的現實需要。
據了解,在國家系列科技計劃的支持下,我國生物育種的技術水平已經進入國際第二方陣的前列,初步形成了自主基因、自主技術、自主品種的創新格局,育種研發取得重大進展,實現了由跟蹤國際先進水平到自主創新的跨越式轉變🚠。目前,國產抗蟲棉市場占有率從1999年的10%提升到99%以上。自主研發的轉基因大豆玉米性狀優良🤳🏽,具備了與國外同類產品競爭的能力。目前已有4個抗蟲耐除草劑轉基因玉米和3個耐除草劑轉基因大豆獲得生產應用安全證書。
在監管方面👸🏿⬛️,中國遵循國際公認的、權威的安全評價標準與規範✅,借鑒了美國、歐盟等國家的一些做法,註重中國國情農情🥩🎧,製定了一系列的法律法規🧖🏼♂️、技術規程和管理體系,涵蓋研究、生產、加工😯、進口和標識等全過程全鏈條。建立了分級分階段的安全評價管理製度👵🏻,按照實驗研究🦸、中間試驗🧒🏼、環境釋放👨🏻🔬、生產性試驗和申請安全證書5個階段進行4個等級的安全評價,在任何一個階段發現任何一個對健康和環境不安全的問題後👨🏻🍳,都會立即終止。
隨著研發水平🤷、管理手段的不斷完善提升和輿論環境逐步向好,生物育種產業化應用的基礎條件已基本成熟,而推進生物育種產業化是保障國家糧食安全和重要農產品有效供給的戰略選擇👨👩👧👧,也是促進現代農業高質量發展的現實需要。
數據顯示🏄🏿,自1996年轉基因作物商業化種植以來,全球種植面積已達28.6億畝🫲🏽,農作物平均單產提高21.6%🪙🤎。美國通過轉基因技術的應用,玉米🏌️、大豆平均單產比我國高40%左右💫,而玉米與大豆也是近年來中國進口量最大的兩種農產品,其中大豆進口量在2020年已超過1億噸🧐。
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