“糧食安全是國家重大戰(zhàn)略需求，生物育種是支撐這一戰(zhàn)略的核心科技。”
“我們國家2024年糧食產(chǎn)量超過1.4萬億斤，但糧食進口量卻遠超1.58億噸，對外依存度達19%。”
“只有構(gòu)建起產(chǎn)學(xué)研用深度融合、上中下游無縫銜接的創(chuàng)新生態(tài)，才能將我國在基礎(chǔ)研究和基因挖掘上的領(lǐng)先優(yōu)勢，徹底轉(zhuǎn)化為保障國家糧食安全的產(chǎn)業(yè)勝勢，最終實現(xiàn)種業(yè)科技自立自強。”
日前，在第十七屆中國國際種業(yè)博覽會暨第二十二屆全國種子信息交流與產(chǎn)品交易會上，中國工程院院士萬建民作報告剖析我國糧食生產(chǎn)現(xiàn)狀，從需求與挑戰(zhàn)、最新科研進展、未來發(fā)展方向三大方面，系統(tǒng)梳理了我國生物育種的現(xiàn)狀與前景。
需求與挑戰(zhàn)
糧食安全面臨三重壓力
萬建民指出，目前我國糧食安全仍面臨數(shù)量、質(zhì)量、營養(yǎng)三重保障的挑戰(zhàn)。
在“量”的層面，盡管產(chǎn)量穩(wěn)定在1.4萬億斤以上，但需求持續(xù)增長，進口依賴度居高不下。
在“質(zhì)”的層面，我國農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)率僅約30%，“隱性饑餓”如缺鐵性貧血、高血壓、微量元素缺乏等問題，正對國民健康構(gòu)成嚴峻挑戰(zhàn)。
在“資源與環(huán)境”層面，我國化肥農(nóng)藥使用量遠超發(fā)達國家，推動育種向“減投減損”方向轉(zhuǎn)型迫在眉睫。
此外，國際競爭態(tài)勢也不容樂觀。萬建民指出，全球前五大種業(yè)公司占據(jù)60%以上市場份額，其中拜爾、科迪華等企業(yè)控制著全球90%的轉(zhuǎn)基因知識產(chǎn)權(quán)。“我國在基因編輯等核心技術(shù)的核心專利上，仍受制于人。”
最新進展
資源鑒定、品種培育等多項技術(shù)實現(xiàn)突破
面對挑戰(zhàn)，我國在生物育種領(lǐng)域持續(xù)攻關(guān)。
種質(zhì)資源精準鑒定已完成36萬份基因型鑒定。
“十三五”期間，我國完成1.7萬份種質(zhì)資源精準鑒定；“十四五”至今已完成1.8萬份。在全國庫存的58萬份資源中，已有36萬份完成全基因組基因型鑒定，玉米庫存資源已全部完成。
“表型鑒定雖難度更大，但也已完成8.5萬份。這些資源已通過各類展示會向企業(yè)和科研單位開放，推動了一批抗病、抗逆、優(yōu)質(zhì)資源的廣泛應(yīng)用。”萬建民介紹，種植密度是大豆單產(chǎn)提升的關(guān)鍵限制因素。目前，團隊已篩選出“合豆118”“蒙豆228”等耐密植資源，為提升國產(chǎn)大豆單產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
基因資源挖掘從“逐個克隆”到“智能規(guī)?；?rdquo;。
從孟德爾遺傳學(xué)，到分子標記定位，再到全基因組關(guān)聯(lián)分析、泛基因組學(xué)，基因挖掘技術(shù)如今已進入“AI+大數(shù)據(jù)”驅(qū)動的高效時代。
“以往一個科學(xué)家一輩子可能只克隆一個基因，如今一個研究生在攻讀學(xué)位期間就能克隆1-2個基因。”萬建民表示，目前我國在產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病、耐逆、資源高效利用等方面已克隆大量基因，基礎(chǔ)研究水平已躍居世界前列。
基因編輯、全基因組選擇、AI設(shè)計并進。
育種技術(shù)體系不斷完善。在基因編輯方面，我國已突破遺傳轉(zhuǎn)化體系依賴，建立了不依賴組培的遺傳轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，并在底盤工具酶如CRISPR-Cas12j等方向取得系列突破，其中基于DNA邊界工具酶的發(fā)現(xiàn)處于國際領(lǐng)先位置。
在全基因組選擇方面，我國雖與跨國企業(yè)仍有差距，但算法已取得突破，工程化育種體系初步建成。
在人工智能育種方面，我國正迎頭趕上。中國科學(xué)院徐超團隊開發(fā)的G2智能育種機器人系統(tǒng)，相關(guān)工作已在《Science》發(fā)表，代表我國在AI設(shè)計育種領(lǐng)域取得重要突破。
一批突破性品種已進入示范推廣階段。
水稻：超高產(chǎn)綠色水稻、耐鹽堿水稻、早熟水稻；
小麥：揚麥53聚合4個抗赤霉病基因，實現(xiàn)高抗與高產(chǎn)兼顧；
玉米：東科1188、中單1130等新品種，以及抗蟲耐除草劑品種如鐵391K、京科968D等；
大豆：中黃203、鐵豆124等品種單產(chǎn)提升10%以上，含油量達22%，“大豆單產(chǎn)提升已進入黎明前夕”；
油菜：中油雜501、華油雜158R等品種在含油量與產(chǎn)量上同步提升。
未來展望
構(gòu)建全鏈條創(chuàng)新體系，推動生物育種產(chǎn)業(yè)化
“我國生物育種正邁向一個多學(xué)科深度融合、智能化技術(shù)主導(dǎo)、全鏈條系統(tǒng)整合的新階段。”萬建民系統(tǒng)性地展望了四大發(fā)展趨勢與一項核心任務(wù)，為行業(yè)發(fā)展描繪出清晰的路線圖。
基礎(chǔ)研究的應(yīng)用導(dǎo)向?qū)⒏鼮橥怀?。以往存在?ldquo;做基礎(chǔ)研究的不關(guān)心育種，做育種的不關(guān)注基礎(chǔ)研究”的脫節(jié)現(xiàn)象正在被打破。未來，基礎(chǔ)研究將更加緊密地面向育種實踐中的關(guān)鍵難題展開。其中，對中央信號通路（如光周期、激素調(diào)控）的解析，以及作物如何響應(yīng)高溫、干旱、病蟲害等環(huán)境脅迫的分子機制，將成為重點研究方向，為設(shè)計更具韌性的智能品種提供理論基石。
多學(xué)科交叉融合將引領(lǐng)育種技術(shù)的快速迭代。 “生物技術(shù)（BT）+信息技術(shù)（IT）+人工智能（AI）”的深度融合，正催生數(shù)字化、智能化的育種新范式。AI不僅用于基因挖掘和表型預(yù)測，更將驅(qū)動智能設(shè)計育種，通過對株型、抗性、品質(zhì)等性狀進行數(shù)字化建模與全局優(yōu)化，實現(xiàn)“定制化”品種的精準、高效培育，這將是未來種業(yè)競爭的核心高地。
生物育種產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用將明顯提速。隨著政策環(huán)境的逐步完善與技術(shù)成熟度的提升，一批聚合了多個優(yōu)良基因的重大產(chǎn)品正從實驗室走向田野。萬院士特別提到，聚合了10個以上抗蟲基因的新一代玉米、聚合了5個以上抗蟲基因的大豆等產(chǎn)品已進入生產(chǎn)性試驗階段。此外，通過基因編輯技術(shù)創(chuàng)制的耐除草劑大豆、高抗白粉病小麥等新品種，也亟待通過審定政策“綠色通道” 加快產(chǎn)業(yè)化進程，從而快速形成生產(chǎn)力。
萬建民強調(diào)，實現(xiàn)愿景的根本保障在于構(gòu)建“資源—基因—技術(shù)—產(chǎn)品—產(chǎn)業(yè)化”的全鏈條創(chuàng)新體系。這是一個系統(tǒng)工程，任何單一的科研機構(gòu)或企業(yè)都無法獨立承擔(dān)。必須打破界限，通過 “雙輪驅(qū)動” 機制，即國家戰(zhàn)略科技力量與企業(yè)市場化創(chuàng)新主體的緊密協(xié)同，形成合力。國家實驗室、科研院所應(yīng)聚焦前沿技術(shù)與共性關(guān)鍵技術(shù)的突破，而企業(yè)則需緊密對接市場需求，負責(zé)品種的測試、推廣與市場應(yīng)用。
編輯丨農(nóng)財君
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