農(nóng)業(yè)生物育種技術(shù)的發(fā)展歷程及產(chǎn)業(yè)化對策

林敏

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)基因組學(xué)重點實驗室，北京100081

伴隨千百年來自然物種進(jìn)化與人類科技進(jìn)步，世界農(nóng)業(yè)育種經(jīng)歷了原始育種、傳統(tǒng)育種和分子育種三個時代的跨越，形成了具有典型時代特征的各種技術(shù)版本，即從最初人工馴化1.0版和雜交育種2.0版，逐步迭代升級到分子育種時代的轉(zhuǎn)基因育種3.0版和智能設(shè)計育種4.0版。

原始育種大約始于1 萬年前的新石器時代，由于缺乏育種理論與方法，人類根據(jù)經(jīng)驗積累和肉眼觀察，選擇基因自然變異的農(nóng)業(yè)生物，經(jīng)長期人工馴化獲得性狀改良的品種，標(biāo)志著原始農(nóng)業(yè)興起。19世紀(jì)中葉到20世紀(jì)初，遺傳學(xué)三大定律的創(chuàng)立，奠定了雜交育種技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的理論基礎(chǔ)，其后隨著矮稈、耐肥、抗倒伏和高產(chǎn)作物新品種的培育與應(yīng)用，引發(fā)了全球第一次農(nóng)業(yè)綠色革命[1-3]。20世紀(jì)中后期到21世紀(jì)初，生命科學(xué)與生物技術(shù)的飛速發(fā)展，推動了農(nóng)業(yè)育種由“耗時低效的傳統(tǒng)育種”向“高效精準(zhǔn)的分子育種”的革命性轉(zhuǎn)變（圖1）[4-6]。

圖1 世界農(nóng)業(yè)育種技術(shù)發(fā)展趨勢Fig.1 The developing trend of agricultural breeding technology in the world

轉(zhuǎn)基因育種屬于第一代分子育種技術(shù)，誕生于20 世紀(jì)70 年代，以分子生物學(xué)理論為基礎(chǔ)，以重組DNA 技術(shù)為核心，將高產(chǎn)、抗逆、抗病蟲、提高營養(yǎng)品質(zhì)等功能基因轉(zhuǎn)入受體生物中，獲得穩(wěn)定遺傳的新性狀并培育新品種。轉(zhuǎn)基因技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用20 余年，被譽為人類科技史上應(yīng)用速度最快的高新技術(shù)，同時也是當(dāng)今世界爭論最大的育種技術(shù)[7-8]。在人類對農(nóng)業(yè)生物馴化和改良過程中，基因起著決定性的作用，基因功能變異決定了農(nóng)藝性狀演化。數(shù)千年農(nóng)業(yè)歷史，就是人類篩選基因和改造基因的歷史。20 世紀(jì)興起的轉(zhuǎn)基因技術(shù)與傳統(tǒng)雜交方法在本質(zhì)上一脈相承，都是通過改變基因及其組成獲得優(yōu)良性狀。轉(zhuǎn)基因育種的優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)跨物種的已知功能基因的定向高效轉(zhuǎn)移，能夠解決傳統(tǒng)雜交方法不能解決的重大育種問題，是傳統(tǒng)育種方法的重要補充和創(chuàng)新發(fā)展。

生物育種是生物技術(shù)育種的簡稱，屬于從轉(zhuǎn)基因育種3.0 版跨入智能設(shè)計育種4.0 版、集各種前沿技術(shù)大成的分子育種技術(shù)。20 世紀(jì)末到21世紀(jì)初，隨著組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、合成生物學(xué)和計算生物學(xué)等前沿科學(xué)交叉融合，培育革命性和顛覆性重大品種的現(xiàn)代生物育種技術(shù)應(yīng)運而生，其中最具代表性的技術(shù)包括全基因組選擇、基因編輯和合成生物技術(shù)[6]。全基因組選擇技術(shù)顛覆了以往表型選擇測定的育種理念和技術(shù)路線，能夠在個體全基因水平上對其育種值進(jìn)行評估，大幅度提高育種效率[9-10]?；蚓庉嫾夹g(shù)為快速精準(zhǔn)改良動植物重要性狀提供了強(qiáng)大的技術(shù)工具，培育出的一大批農(nóng)業(yè)新品種正逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[11-12]。合成生物技術(shù)作為改變世界的十大顛覆性技術(shù)之一，將開創(chuàng)人工設(shè)計和從頭合成農(nóng)業(yè)生物品種的新紀(jì)元[13]。

轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)是20 世紀(jì)生命科技不斷進(jìn)步的產(chǎn)物，其產(chǎn)業(yè)化在激烈爭論中飛速發(fā)展，進(jìn)入21 世紀(jì)后，又被新興的生物育種技術(shù)所逐步涵蓋并迭代升級，這也是當(dāng)代農(nóng)業(yè)科技不斷交叉融合和創(chuàng)新發(fā)展的必然趨勢。

1 轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)的由來

1.1 國際發(fā)展歷程

20世紀(jì)40年代，科學(xué)家開啟了從認(rèn)識基因到改造和應(yīng)用基因的科技探索之旅。20 世紀(jì)初到中葉，生命科學(xué)一系列重大的理論突破，為基因轉(zhuǎn)化重組實現(xiàn)和轉(zhuǎn)基因育種應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1944 年，艾弗里等[14]通過肺炎雙球菌的體內(nèi)和體外轉(zhuǎn)化實驗，證明生命遺傳物質(zhì)是DNA 而非蛋白質(zhì)。1950 年，查加夫等[15]發(fā)現(xiàn)，不同生物DNA 中腺嘌呤(A)總是與胸腺嘧啶(T)含量一致，鳥嘌呤(G)總是與胞嘧啶(C)一致，為遺傳信息解碼和DNA 結(jié)構(gòu)解析奠定了重要生化基礎(chǔ)。1953年沃森和克里克[16]根據(jù)堿基互補配對原則和X-射線衍射數(shù)據(jù)，建立了DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，在分子水平上完美闡明了DNA 儲存遺傳信息規(guī)律和DNA 半保留復(fù)制機(jī)制，充分體現(xiàn)了基因復(fù)制的高度精確性及其變異的無窮多樣性，生命科學(xué)進(jìn)入了分子生物學(xué)時代。其后，三聯(lián)密碼子的破譯，證明所有生物擁有共同一致的遺傳信息傳遞基礎(chǔ)[17]；質(zhì)粒有自我復(fù)制能力的證明，為基因轉(zhuǎn)移提供了天然運載工具；同時多種限制酶和DNA 連接酶等工具酶的應(yīng)用，實現(xiàn)了DNA 體外切割、連接和重組[18]。1974 年，科恩等選用僅含單一EcoRⅠ酶切位點的載體質(zhì)粒pSC101，實現(xiàn)了非洲爪蟾核糖體蛋白質(zhì)基因的體外重組，并在大腸桿菌中復(fù)制和表達(dá)，標(biāo)志著以基因重組技術(shù)為代表的基因工程時代來臨[19]。

20世紀(jì)80年代初，基因重組技術(shù)在動物細(xì)胞分化研究中應(yīng)用并取得了重要進(jìn)展，《自然》雜志發(fā)表相關(guān)綜述文章，首次提出轉(zhuǎn)基因生物（transgenic organism）一詞，并將其定義為一種采用DNA 重組技術(shù)獲得、攜帶外源DNA 的生物[20-21]。1982 年，采用顯微注射法培育出世界上首例表達(dá)人生長激素、生長迅速的轉(zhuǎn)基因小鼠[22]。轉(zhuǎn)基因植物的研究始于20世紀(jì)70年代,并在80年代初取得技術(shù)突破，如采用根瘤農(nóng)桿菌的Ti 質(zhì)粒，實現(xiàn)把外源DNA 整合進(jìn)植物細(xì)胞染色體中并穩(wěn)定遺傳[23-24]。1983 年，攜帶抵抗細(xì)菌抗生素卡拉霉素基因的轉(zhuǎn)基因煙草和矮牽?；ǎ词桌D(zhuǎn)基因植物在美國誕生[25]。其后一個來自單子葉植物小麥的葉綠素a 結(jié)合蛋白（Cab）編碼基因被成功轉(zhuǎn)入雙子葉植物(煙草)中[26]。

轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)業(yè)化在20 世紀(jì)90 年代初拉開序幕。1993 年，Cagene 公司研發(fā)的延熟保鮮轉(zhuǎn)基因番茄在美國獲準(zhǔn)上市；1994 年，Cagene 公司研發(fā)的耐苯腈類除草劑轉(zhuǎn)基因棉花和孟山都公司研發(fā)的耐草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆在美國獲準(zhǔn)商業(yè)化種植許可；1995 年，先正達(dá)公司研發(fā)的抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米和拜耳公司研發(fā)的耐除草劑轉(zhuǎn)基因玉米在美國獲準(zhǔn)商業(yè)化種植許可；1996 年，先正達(dá)公司研發(fā)的抗蟲耐除草劑復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因玉米在美國獲準(zhǔn)商業(yè)化種植許可[6]。

1996 年被稱為轉(zhuǎn)基因作物大規(guī)模種植元年，美國是當(dāng)時全球唯一種植轉(zhuǎn)基因作物的國家，種植面積為170 萬hm2。自1983 年第一例轉(zhuǎn)基因植物問世至1996 年轉(zhuǎn)基因作物大面積推廣僅僅用了13年，其后23年轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物種植面積在激烈爭論中快速增長。2019年，全球29個國家種植了1.904 億hm2的轉(zhuǎn)基因作物，比商業(yè)化之初的1996年增加約112 倍。此外另有42 個國家/地區(qū)進(jìn)口了用于養(yǎng)殖飼料和食品加工的轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品。1996—2018 年間，轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用為全球提供農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量6.576 億t，價值2 250 億美元，同時提升耕地生產(chǎn)力，節(jié)省1.83億hm2土地，減少全球8.6%的農(nóng)藥使用量和0.271 億t 二氧化碳排放量，為應(yīng)對全球性的氣候變化、環(huán)境污染和資源短缺，保障全球食品、飼料和纖維的供應(yīng)做出巨大貢獻(xiàn)[27]。

目前，國內(nèi)外大規(guī)模商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物主要是第一代轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品，涉及耐除草劑、抗蟲、抗病毒和抗旱等目標(biāo)性狀。同時，為了滿足種植、生產(chǎn)、加工或消費的多樣化需求，正在研發(fā)的轉(zhuǎn)基因作物的目標(biāo)性狀不斷擴(kuò)展，包括耐除草劑性狀如耐草丁膦和耐麥草畏等，抗病性狀有抗晚疫病和抗黃瓜花葉病等，抗蟲性狀如抗馬鈴薯甲蟲和抗水稻褐飛虱等，抗逆性狀有耐鹽堿和養(yǎng)分高效利用等；品質(zhì)改良性狀如高賴氨酸、高不飽和脂肪酸、延熟耐貯和防褐變等。近年來，利用基因沉默技術(shù)培育的直接食用轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化加速，防褐變和抗晚疫病轉(zhuǎn)基因馬鈴薯、防褐變轉(zhuǎn)基因蘋果、番茄紅素轉(zhuǎn)基因菠蘿以及快速生長轉(zhuǎn)基因三文魚相繼在美國批準(zhǔn)上市，農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用從最初非食用的棉花和飼料用作物，拓展到直接食用的糧食作物、水果和養(yǎng)殖動物[6]。

1.2 國內(nèi)發(fā)展歷程

自20世紀(jì)80年代中期以來，我國設(shè)立了高技術(shù)研究發(fā)展計劃(簡稱863 計劃)和科技攻關(guān)計劃等國家重大研發(fā)計劃，對轉(zhuǎn)基因技術(shù)研發(fā)給予了大力支持，使我國轉(zhuǎn)基因研發(fā)及其育種應(yīng)用取得了巨大成就[28-29]。我國轉(zhuǎn)基因技術(shù)研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化經(jīng)歷了以下兩個發(fā)展階段。

第一個階段從1986 年我國啟動了國家高技術(shù)發(fā)展計劃，到2008 年我國啟動了國家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項。

為應(yīng)對世界高技術(shù)蓬勃發(fā)展和國際競爭日趨激烈的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，從跟蹤世界科技前沿和國家戰(zhàn)略需求出發(fā)，1986年我國啟動了863計劃，在生物技術(shù)領(lǐng)域設(shè)立“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗逆動植物新品種”主題，重點支持水稻基因圖譜、兩系法雜交水稻和轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物研發(fā)。1999 年，我國首次啟動了以轉(zhuǎn)基因研究為主的“國家轉(zhuǎn)基因植物研究與產(chǎn)業(yè)化專項”，重點支持水稻、玉米、棉花、大豆等主要農(nóng)作物和園藝植物的轉(zhuǎn)基因研究與產(chǎn)業(yè)化。這一時期，我國研究的轉(zhuǎn)基因植物達(dá)數(shù)十種，其中5種獲得商業(yè)化生產(chǎn)許可，包括抗蟲棉花、改變花色的矮牽牛、抗病毒番茄、耐儲存番茄和抗病毒甜椒等。尤其是在抗蟲棉研究方面，成功研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的Bt 抗蟲轉(zhuǎn)基因棉花，使我國成為世界上第二個擁有抗蟲棉研究開發(fā)整套技術(shù)的國家。

進(jìn)入21 世紀(jì)后，發(fā)展轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)成為我國增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)核心競爭力、把握未來發(fā)展主動權(quán)的基本國策。在國家863 計劃和轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ椀闹С窒?，我國在基因克隆、基因轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)基因新品種培育等方面取得重要進(jìn)展。截至2006 年8 月31 日，我國共批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因生物中間試驗495 項，環(huán)境釋放237 項，生產(chǎn)性試驗194 項，發(fā)放安全證書475項。2006 年，國務(wù)院發(fā)布《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020）》，把轉(zhuǎn)基因生物新品種培育列為16 個國家科技重大專項之一。2008 年，轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項正式啟動，以培育一批抗病蟲、抗逆、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的轉(zhuǎn)基因動植物新品種、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化為主要目標(biāo)。

這一時期，我國轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、抗蟲水稻的研發(fā)處于世界領(lǐng)先水平，轉(zhuǎn)基因高賴氨酸玉米、抗蟲玉米、抗穗發(fā)芽小麥、抗病毒小麥等轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)業(yè)化蓄勢待發(fā)。培育出轉(zhuǎn)基因棉花新品種55 個，轉(zhuǎn)基因抗蟲楊樹新品種3 個，各類具有優(yōu)異性狀的水稻、玉米、小麥、棉花、油菜、大豆等轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物新品系415 個；獲得了轉(zhuǎn)生長激素和類胰島素生長因子的瘦肉型轉(zhuǎn)基因豬，乳腺中表達(dá)人凝血因子Ⅳ的轉(zhuǎn)基因羊，表達(dá)人血清蛋白的轉(zhuǎn)基因奶牛以及攜帶雞法氏囊免疫基因的轉(zhuǎn)基因綿羊等。2008 年，我國轉(zhuǎn)基因作物種植面積達(dá)380 萬hm2，位居世界第六位。國產(chǎn)抗蟲棉種植面積已達(dá)近200萬hm2，占全國棉花種植面積的70%[7]。

第二個階段從2009 年我國批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻和飼用轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米安全證書，到2020年批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因抗蟲耐除草劑玉米和耐除草劑大豆安全證書。

縱觀世界科技發(fā)展史，新的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)突破往往會伴隨激烈的爭論，但從沒有因爭論而止步，而是在爭論中不斷完善，最后服務(wù)社會，造福人類，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在中國也不例外?！稗D(zhuǎn)基因”一詞在20 世紀(jì)80 年代初已出現(xiàn)在中文期刊上，其英文“transgene”的諧音為“創(chuàng)世紀(jì)”，在20世紀(jì)90 年代成為高科技的代名詞而一度被神化。1999 年我國首次啟動了以轉(zhuǎn)基因研究為主的國家轉(zhuǎn)基因植物研究與產(chǎn)業(yè)化專項，當(dāng)時全社會對轉(zhuǎn)基因技術(shù)毫無爭議并寄予厚望。但2008 年我國啟動國家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項時，“轉(zhuǎn)基因”一詞已逐漸被妖魔化，其中一個重要原因是“轉(zhuǎn)基因”被誤導(dǎo)為食用轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品后人體可能被轉(zhuǎn)基因甚至斷子絕孫，引起國內(nèi)公眾的巨大恐慌。2009 年，農(nóng)業(yè)部頒發(fā)抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻和飼用轉(zhuǎn)基因玉米的安全證書，引發(fā)了全社會對轉(zhuǎn)基因安全的空前關(guān)注，“挺轉(zhuǎn)”和“反轉(zhuǎn)”兩方在轉(zhuǎn)基因食用安全、環(huán)境風(fēng)險、產(chǎn)品標(biāo)識、政策法規(guī)和生物倫理等方方面面展開激烈論戰(zhàn)[30-31]。

盡管面臨巨大爭議，我國轉(zhuǎn)基因重大專項仍然順利實施并取得顯著成效，帶動我國農(nóng)業(yè)生物技術(shù)實現(xiàn)了總體跨越，在重要農(nóng)藝性狀基因鑒定、克隆，以及植物基因組學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科方面取得了突破性進(jìn)展，水稻轉(zhuǎn)基因育種等領(lǐng)域已處于世界領(lǐng)先水平。我國已成為繼美國之后第二個轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品研發(fā)大國。轉(zhuǎn)基因品種研發(fā)由專項實施之初的少數(shù)農(nóng)產(chǎn)品擴(kuò)展到糧食和重要畜產(chǎn)品，一批自主克隆的重要性狀基因開始應(yīng)用于育種，轉(zhuǎn)基因品種遺傳轉(zhuǎn)化效率達(dá)到國際先進(jìn)水平，建立了完備的轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)產(chǎn)業(yè)化體系和生物安全技術(shù)保障體系；國產(chǎn)抗蟲棉在印度、巴基斯坦等國大面積推廣種植，抗蟲水稻在美國獲準(zhǔn)上市，耐除草劑大豆在阿根廷獲準(zhǔn)種植；優(yōu)質(zhì)功能稻、抗旱節(jié)水小麥、抗旱玉米、抗蟲大豆、耐鹽堿棉花、抗藍(lán)耳病豬等產(chǎn)品研發(fā)取得重要進(jìn)展；育成新型抗蟲棉188 個，國內(nèi)市場份額占99%以上，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益500 億元。特別是2019—2020 年，我國自主研發(fā)的3 個轉(zhuǎn)基因玉米和2 個轉(zhuǎn)基因大豆獲得生產(chǎn)應(yīng)用安全證書[6,32-34]。

轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)是20 世紀(jì)生命科技不斷進(jìn)步的產(chǎn)物，其產(chǎn)業(yè)化在激烈爭論中飛速發(fā)展。在新的歷史時期，我國加強(qiáng)生物育種技術(shù)研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化，是當(dāng)代科技不斷交叉融合和不斷創(chuàng)新發(fā)展的必然趨勢，也必將為我國未來農(nóng)業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)大的科技支撐。

2 生物育種技術(shù)的興起

2.1 發(fā)展歷程

如前所述，生物育種屬于從轉(zhuǎn)基因育種3.0版跨入精準(zhǔn)智能育種4.0 版的新一代分子育種技術(shù)。21 世紀(jì)初，由于結(jié)構(gòu)解析、定向突變、計算機(jī)模擬等技術(shù)的不斷突破，使分子水平上對生命及其大分子的人工設(shè)計和改造成為可能，農(nóng)業(yè)生物育種進(jìn)入分子育種的新階段。

“分子育種”一詞首先出現(xiàn)在蛋白質(zhì)設(shè)計研究文獻(xiàn)中，主要針對自然界中存在的許多物種來源不同、基因序列有所差異但功能相似的基因家族，采用DNA洗牌（DNA shuffling）等體外定向分子進(jìn)化技術(shù)，合成具有新結(jié)構(gòu)和新功能的人工融合蛋白，譬如2001年Mepherson 等采用分子育種技術(shù)，獲得一系列豇豆胰蛋白酶抑制劑（CpTI)）基因突變體，其蛋白產(chǎn)物具有線蟲廣譜抗性[35-36]。其后，隨著高精度遺傳作圖、高分辨率染色體單倍型和高通量表型分析等方法不斷完善，一種利用分子標(biāo)記與決定目標(biāo)性狀基因緊密連鎖特點、快速準(zhǔn)確選擇目標(biāo)性狀的育種新技術(shù)，即分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)誕生[37]。組學(xué)和基因芯片技術(shù)的飛速發(fā)展，讓作物育種技術(shù)進(jìn)入基于組學(xué)的分子育種新時代[4,38-39]。我國科學(xué)家相繼提出將品種資源、基因組和分子育種技術(shù)緊密結(jié)合的“綠色超級稻”計劃和利用智能不育雜交育種技術(shù)實現(xiàn)隱性雄性核不育材料在雜交水稻中應(yīng)用的新策略，并獲得國家863計劃重點項目支持[40-42]。

這一時期，各種新興的生物技術(shù)迅猛發(fā)展并廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)育種，同時面對當(dāng)時歐盟等國現(xiàn)行的轉(zhuǎn)基因作物管理法規(guī)，科學(xué)界出現(xiàn)了各種質(zhì)疑，認(rèn)為歐盟在所定義的轉(zhuǎn)基因作物與所謂非轉(zhuǎn)基因的新生物技術(shù)作物方面存在缺陷與矛盾，因為二者均攜帶非自然發(fā)生的遺傳變異[43]。由于當(dāng)時已有的轉(zhuǎn)基因安全管理法規(guī)并不完全適用于生物育種新技術(shù)，特別是面對生物技術(shù)作物新品種的不斷涌現(xiàn)，由此帶來的各種問題受到科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。2007 年，《自然》系列雜志發(fā)文，針對當(dāng)時生物育種及生物技術(shù)作物商業(yè)化及其管理法規(guī)現(xiàn)狀，通過分析新型生物技術(shù)農(nóng)作物的注冊審批業(yè)務(wù)成本，得出結(jié)論：現(xiàn)行轉(zhuǎn)基因管理法規(guī)對于生物育種和生物技術(shù)作物商業(yè)化而言，審批時間緩慢、研發(fā)成本昂貴，已成為生物育種發(fā)展的最主要障礙[44-45]。

鑒于上述背景，“生物技術(shù)育種”（簡稱生物育種）這樣一個涵蓋了“轉(zhuǎn)基因”，同時技術(shù)內(nèi)涵更為科學(xué)的概念在國際上被逐步接受。2008 年，一篇綜述文章在總結(jié)植物生物技術(shù)發(fā)展25 年歷史時特別強(qiáng)調(diào)：分子育種正在成為植物改良和生物技術(shù)（轉(zhuǎn)基因）作物育種的重要而有效的工具[1]。2010 年，國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織(International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications,ISAAA)主席詹姆士博士發(fā)表綜述文章指出，國際上轉(zhuǎn)基因育種逐步被歸類到現(xiàn)代生物育種的范疇[46]。2012 年，由巴斯夫、先正達(dá)、拜耳、先鋒、杜邦等種業(yè)跨國公司聯(lián)合發(fā)文，總結(jié)了農(nóng)業(yè)生物育種從發(fā)現(xiàn)到產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)流程和安全評價過程，認(rèn)為生物技術(shù)作物可以減少農(nóng)藥使用、水土流失、霉菌毒素污染和化石能源消耗，增加生物多樣性，同時指出利用生物技術(shù)研發(fā)的作物品種是人類科技史上研究最為透徹的食物，與傳統(tǒng)作物一樣安全[47]。這一時期，美國等西方發(fā)達(dá)國家從商業(yè)化角度出發(fā)，為避免無謂的轉(zhuǎn)基因爭議，在農(nóng)業(yè)育種領(lǐng)域已逐步采用生物育種概念替代轉(zhuǎn)基因育種，采用生物技術(shù)作物替代轉(zhuǎn)基因作物。

進(jìn)入21 世紀(jì)以來，為緩解全球氣候變暖趨勢，應(yīng)對日趨嚴(yán)峻的環(huán)境污染和資源短缺等全球性問題，綠色低碳已成為未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的潮流。農(nóng)業(yè)是重要的溫室氣體排放源，同時具有巨大的碳匯潛力[48]。生物育種技術(shù)作為農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域中最具引領(lǐng)性和顛覆性的戰(zhàn)略高技術(shù)，可以通過創(chuàng)制高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效新品種和開發(fā)節(jié)能減排安全新工藝，培育細(xì)胞農(nóng)業(yè)、低碳農(nóng)業(yè)和智能農(nóng)業(yè)等新業(yè)態(tài)和新動能，為世界農(nóng)業(yè)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)提供不可替代的科技支撐（表1）[49-50]。

表1 有助于碳減排和碳增匯的生物育種技術(shù)及其產(chǎn)品Table 1 Biological breeding techniques and their products for carbon emission reduction and carbon sink increase

2.2 發(fā)展趨勢

當(dāng)前，新興學(xué)科高度交叉，前沿技術(shù)深度融合，重大理論與技術(shù)創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，生物育種的技術(shù)內(nèi)涵不斷擴(kuò)展，其關(guān)鍵核心技術(shù)如全基因組選擇、基因編輯和合成生物等前沿新興技術(shù)發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，正在孕育和催生新一輪農(nóng)業(yè)科技與新興產(chǎn)業(yè)革命[51-52]。2020 年，《自然-通訊》雜志發(fā)文，把人造肉漢堡、高效固氮工程菌肥和基因編輯高油酸大豆列為正在改變世界并已面向市場的高科技產(chǎn)品[53]。

2.2.1 全基因組選擇育種技術(shù)應(yīng)用廣泛 全基因組選擇育種技術(shù)通過計算生物學(xué)模型預(yù)測和高通量基因型分析，在全基因組水平上聚合優(yōu)良基因型，改良重要農(nóng)藝性狀。與傳統(tǒng)分子標(biāo)記輔助選擇相比，全基因組選擇育種技術(shù)有兩大優(yōu)勢，一是基因組定位的雙親群體可以直接應(yīng)用于育種；二是更適合于改良由效應(yīng)較小的多基因控制的數(shù)量性狀。特別是隨著高通量測序、組學(xué)大數(shù)據(jù)和基因芯片技術(shù)的突飛猛進(jìn)，全基因組選擇育種技術(shù)越來越多地被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生物品種育種實踐中。目前，全基因組選擇技術(shù)已經(jīng)給動植物育種帶來了革命性的變化，使動植物育種效率大幅提高，成為國際動植物育種領(lǐng)域的研究熱點和跨國公司競爭的焦點[9-10]。

2001 年，繆維森等[54]首次提出基因組選擇的概念，預(yù)見在整個基因組中海量遺傳標(biāo)記可用于準(zhǔn)確預(yù)測個體的遺傳優(yōu)勢。2009 年，美國和加拿大率先向全球發(fā)布了奶牛基因組選擇成果。截至2017 年，美國采用基因組芯片，對主要奶牛品種累計檢測200 萬頭。從2010 年起，英國PIC 豬育種公司每年育種群芯片檢測已達(dá)10 萬頭。目前，全球主要發(fā)達(dá)國家都已實現(xiàn)了奶牛、肉牛、豬、羊、雞等的全基因組選擇，選擇進(jìn)程大大加快，選育成本也大幅減少。在作物育種領(lǐng)域，國際研究機(jī)構(gòu)和跨國公司率先開展了玉米、小麥等作物的全基因組選擇研究，形成了針對于特定育種資源的全基因組選擇數(shù)據(jù)、預(yù)測模型和育種方案，譬如結(jié)合高效表型技術(shù)和作物生長模型對玉米雜交種進(jìn)行工業(yè)級的評估結(jié)果表明，利用全基因組選擇技術(shù)選育出的玉米品種能夠顯著提升玉米品種在缺水條件下的穩(wěn)產(chǎn)特性。

我國已經(jīng)初步建立了奶牛、玉米、小麥等動植物全基因組選擇技術(shù)體系，譬如系統(tǒng)研究了奶?；蚪M選擇理論和方法，建立了中國荷斯坦?；蚪M選擇技術(shù)體系，并實現(xiàn)了大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，使我國奶牛育種技術(shù)躋身于國際先進(jìn)行列。我國先后設(shè)計出“中芯一號豬育種芯片”“鳳芯一號蛋雞芯片”“京芯一號肉雞芯片”，有望打破跨國公司對該行業(yè)的壟斷。國家重點研發(fā)計劃“七大農(nóng)作物育種”項目對17 000 多份重要種質(zhì)材料進(jìn)行了全基因組水平的基因型鑒定，獲得了海量基因型數(shù)據(jù)。初步建立了以育種芯片為核心的水稻全基因組選擇育種技術(shù)體系，包括利用高通量SSR 標(biāo)記技術(shù)鑒定篩選目標(biāo)基因、利用Open Array 芯片技術(shù)鑒定篩選染色體區(qū)段單倍型、利用全基因組育種芯片技術(shù)鑒定篩選遺傳背景等[33]。

2.2.2 基因編輯育種技術(shù)日新月異 基因編輯技術(shù)特別是CRISPR/Cas9 介導(dǎo)的基因組編輯系統(tǒng)，以其定向精確、簡易高效和多樣化等特點，成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域最為有效的育種工具，近年來其發(fā)展日新月異并不斷升級換代[11-12,55-56]?；贑RISPR-Cas系統(tǒng)開發(fā)的單堿基編輯技術(shù)(base editing) 是快速、高效且精準(zhǔn)的新一代基因編輯技術(shù)，利用胞嘧啶脫氨酶或人工進(jìn)化的腺嘌呤脫氨酶對靶位點上一定范圍的胞嘧啶(C)或腺嘌呤(A)進(jìn)行脫氨基反應(yīng)，實現(xiàn) C-T 或 A-G 的精準(zhǔn)替換[57-58]。2020 年，我國科學(xué)家利用胞嘧啶和腺嘌呤雙堿基編輯器對水稻基因進(jìn)行定向或隨機(jī)誘變，C＞T 單堿基誘變效率高達(dá)61.61%，C＞T 和A＞G 雙堿基誘變效率也高達(dá)15.10%[59]。近幾年開發(fā)的另一種全新的引導(dǎo)編輯系統(tǒng)，無需依賴DNA 模板便可實現(xiàn)任意類型的堿基替換、小片段的精準(zhǔn)插入與刪除，并在水稻和小麥上成功應(yīng)用[60-63]。此外，將CRISPR-dCas9系統(tǒng)融合到目標(biāo)修飾酶中，可以產(chǎn)生一套完整的植物表觀遺傳編輯工具[64]。2021 年，一種名為CRISPRoff 的升級版表觀遺傳編輯系統(tǒng)被報道可以在不改變DNA 序列的情況下，以高特異性甲基化導(dǎo)致目標(biāo)基因沉默，可用于作物育種和植物保護(hù)[65]。

雙單倍體技術(shù)在加速作物育種進(jìn)程上具有極大的應(yīng)用價值。2020 年，先正達(dá)公司在小麥中通過篩選基因編輯著絲粒特異組蛋白CENH3 基因的TaCENH3α-雜種等位基因組合，鑒定出在商業(yè)上可操作、單倍體誘導(dǎo)率約為7%的父系單倍體誘導(dǎo)系，可大大減少三系小麥雜交制種成本[66]。我國科學(xué)家采用基于單倍體誘導(dǎo)介導(dǎo)的基因組編輯策略，對玉米骨干自交系B73中的ZmLG1（控制葉夾角）和UB2（控制雄穗分枝數(shù)）兩個基因進(jìn)行成功編輯，獲得這兩個位點改造成功的單倍體，并通過自然染色體加倍，獲得編輯成功的雙單倍體[67]。結(jié)合高質(zhì)量基因組和泛基因組海量數(shù)據(jù)，采用基因組編輯技術(shù)對野生種進(jìn)行從頭馴化，是一個非常有前景的育種策略。2018 年，高彩霞等[68]選擇4 種野生番茄，利用基因編輯技術(shù)，根據(jù)人們的需求，重新“馴化”出了一種同時具有天然抗性（野性）和高、優(yōu)質(zhì)的新型番茄。2021 年，李家洋等[69]在篩選異源四倍體野生稻資源基礎(chǔ)上，建立了野生稻快速從頭馴化技術(shù)體系，包括高質(zhì)量參考基因組的繪制和基因功能注釋、高效遺傳轉(zhuǎn)化體系和高效基因組編輯技術(shù)體系，成功創(chuàng)制了落粒性降低、芒長變短、株高降低、粒長變長、莖稈變粗、抽穗時間不同程度縮短的各種基因編輯材料，為未來四倍體水稻新品種培育提供了一種新的可行策略。

基因編輯技術(shù)已廣泛應(yīng)用于主要農(nóng)作物、農(nóng)業(yè)動物以及林木種質(zhì)資源創(chuàng)制與性狀改良。目前，已獲得抗旱玉米、抗病小麥和水稻、油分品質(zhì)改良的大豆、存儲質(zhì)量改良的馬鈴薯、抗腹瀉豬、抗藍(lán)耳病豬、雙肌臀豬牛羊、基因編輯無角牛等基因編輯動植物。2016 年，美國農(nóng)業(yè)部宣布利用基因組編輯技術(shù)研發(fā)出的具有抗褐變能力的雙孢菇品種可以直接用于種植和銷售，成為全球第一例獲得監(jiān)管豁免的商品化基因編輯品種。2020 年，美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)Revivicor 醫(yī)療公司研發(fā)的基因編輯豬用于生產(chǎn)食品和器官移植。2021 年，日本厚生勞動省批準(zhǔn)由日本筑波大學(xué)和企業(yè)共同研發(fā)的基因編輯西紅柿銷售申請，其所含γ-氨基丁酸含量比天然品種高4～5倍。基因編輯技術(shù)已經(jīng)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?，預(yù)計3～5 年內(nèi)會有一大批基因編輯品種逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。我國在農(nóng)業(yè)生物基因編輯應(yīng)用研究領(lǐng)域已達(dá)到國際先進(jìn)水平，先后培育出了抗除草劑基因編輯水稻、小麥、油菜，具有抗褐飛虱、抗螟蟲、耐鎘富集或耐干旱等特殊性能的基因編輯水稻等一批優(yōu)良新材料和新品種，率先獲得抗結(jié)核病牛、β 乳球蛋白基因敲除牛、抗布病羊、藍(lán)耳病和流行性胃腸炎雙抗豬新品種，大多數(shù)均屬于國際首創(chuàng)，具備良好的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)[6,33,55-56]。

2.2.3 合成生物育種技術(shù)引領(lǐng)未來 合成生物技術(shù)采用工程學(xué)的模塊化概念和系統(tǒng)設(shè)計理論，改造和優(yōu)化現(xiàn)有自然生物體系，或者從頭合成具有預(yù)定功能的全新人工生物體系，不斷突破生命的自然遺傳法則，標(biāo)志著現(xiàn)代生命科學(xué)已從認(rèn)識生命進(jìn)入設(shè)計和改造生命的新階段[70]。合成生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，為光合作用（高光效固碳）、生物固氮（節(jié)肥增效）、生物抗逆（節(jié)水耐旱）、生物轉(zhuǎn)化（生物質(zhì)資源化）和未來合成食品（人造肉奶）等世界性農(nóng)業(yè)生產(chǎn)難題提供了革命性解決方案[13,71-72]。

目前，利用合成生物技術(shù)提高作物光合效率的策略主要包括提高Rubisco酶活性、引入碳濃縮機(jī)制和減少碳損耗,以及提高光能利用效率等，以C4光合途徑導(dǎo)入C3水稻為例，理論上C4水稻光合效率和產(chǎn)量能夠提高50%，同時水和氮利用效率顯著增強(qiáng)[73-76]。2017 年，比爾蓋茨基金會、美國糧食與農(nóng)業(yè)研究基金會和英國政府國際發(fā)展部聯(lián)合資助實現(xiàn)提高光合效率項目（Realizing Increased Photosynthetic Efficiency,https://ripe.illinois.edu/），旨在全方位提高光合效率，大幅提高主要糧食作物產(chǎn)量。目前,超過80%的農(nóng)業(yè)用地種植的是缺乏CO2濃縮機(jī)制的C3植物，在C3植物中引入CO2濃縮機(jī)制,有望提高光合固碳效率。譬如向水稻中引入5 個外源酶,在水稻中構(gòu)建了新的生化合成途徑，使得CO2以C4途徑的方式被富集[77]；或在植物葉綠體中引入藻類或藍(lán)細(xì)菌中的碳濃縮機(jī)制，抑制Rubisco 加氧酶活性，提高光合固碳效率[78]。2019 年，美國科學(xué)家人工設(shè)計出3 條額外的光呼吸替代路徑，大大縮短了光呼吸原本迂回復(fù)雜的反應(yīng)路徑，培育的高光效煙草生長更快、更高、莖部更粗大，生物量比對照植株增加40%[79]。

國際上，高效人工固氮體系的設(shè)計思路包括：①改造根際固氮微生物及其宿主植物底盤，構(gòu)建人工高效抗逆固氮體系；②擴(kuò)大根瘤菌的寄主范圍，構(gòu)建非豆科作物結(jié)瘤固氮體系；③人工設(shè)計最簡固氮裝置，創(chuàng)建作物自主固氮體系[80-82]。英國科學(xué)家借助菌根共生體系的部分信號通路并將其引入非豆科植物體,人工構(gòu)建非豆科作物結(jié)瘤固氮體系,實現(xiàn)非豆科植物自主固氮[83]。此外，通過定位突變銨同化、銨轉(zhuǎn)運或固氮負(fù)調(diào)節(jié)基因或通過人工設(shè)計固氮激活蛋白NifA 功能模塊和人工小RNA 模塊，構(gòu)建耐銨泌銨固氮工程菌[84-85]。我國科學(xué)家首次在聯(lián)合固氮菌中鑒定了直接參與固氮基因表達(dá)調(diào)控的非編碼RNA，首次解析了光依賴型原葉綠素酸酯氧化還原酶LPOR（類固氮酶）的結(jié)構(gòu)及催化機(jī)制，為生物固氮智能調(diào)控和新型固氮酶合成設(shè)計提供了理論依據(jù)[86-87]；通過人工設(shè)計超簡固氮基因組或重構(gòu)植物靶細(xì)胞器電子傳遞鏈模塊，證明植物源電子傳遞鏈模塊與人工固氮系統(tǒng)功能適配，向構(gòu)建自主固氮植物，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)肥增產(chǎn)增效的目標(biāo)邁出里程碑意義的一步[88-89]。

利用合成生物技術(shù)等顛覆性創(chuàng)新技術(shù)手段，構(gòu)建具有特定合成能力的細(xì)胞工廠，生產(chǎn)人類所需的淀粉、蛋白質(zhì)、油脂、糖、奶、肉等各類農(nóng)產(chǎn)品，近年來已取得重要進(jìn)展。人造肉、人造奶的生物合成工藝具備顯著的低碳環(huán)保優(yōu)勢，其生產(chǎn)過程無需養(yǎng)殖動物，可以有效節(jié)約資源與能源，譬如能夠減少98%的用水量、91%的土地需求、84%溫室氣體排放和節(jié)約65%的能源，是一種顛覆傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)的未來食品生產(chǎn)新模式，將引領(lǐng)未來食品產(chǎn)業(yè)和細(xì)胞農(nóng)業(yè)發(fā)展方向[90-91]。美國Perfect Day、Beyond Meat和Impossible Food等科技初創(chuàng)公司已開啟人造肉、人造奶等產(chǎn)品的車間量產(chǎn)模式，所研發(fā)的人造肉三明治和人造奶冰淇淋等合成食品已上市銷售。根據(jù)2021 年波士頓咨詢公司等聯(lián)合發(fā)布的研究報告，由于動物蛋白資源短缺和生物技術(shù)創(chuàng)新推動，未來十五年內(nèi)動植物或微生物的替代蛋白產(chǎn)品將占據(jù)全球22%的食用蛋白市場份額，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到2 900 億美元，預(yù)示著以人造肉奶為代表的未來食品將逐步占據(jù)餐桌，引發(fā)更加激烈的國際競爭[53,92]。

3 產(chǎn)業(yè)化對策

當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革突飛猛進(jìn)，科學(xué)研究范式正在發(fā)生深刻變革，學(xué)科交叉融合不斷發(fā)展，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革重塑全球經(jīng)濟(jì)格局，國際力量對比深刻調(diào)整，新冠肺炎疫情影響廣泛深遠(yuǎn)，國際環(huán)境日趨復(fù)雜。當(dāng)前和今后一個時期，我國農(nóng)業(yè)科技發(fā)展處于重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，同時為應(yīng)對全球氣候變化、人口增長、環(huán)境污染和資源匱乏等問題以及確保碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)實現(xiàn)，所面臨的挑戰(zhàn)將更加嚴(yán)峻。

我國新制定的“十四五”規(guī)劃將生物育種列入需要強(qiáng)化國家戰(zhàn)略科技力量的八大前沿領(lǐng)域，2020 年中央經(jīng)濟(jì)工作會議明確提出“尊重科學(xué)、嚴(yán)格監(jiān)管，有序推進(jìn)生物育種產(chǎn)業(yè)化”，同時指出“要開展種源卡脖子技術(shù)攻關(guān)，立志打一場種業(yè)翻身仗”，表明我國農(nóng)業(yè)生物育種技術(shù)研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展已進(jìn)入自立自強(qiáng)、跨越發(fā)展的新階段。但另一方面，我國生物育種研發(fā)面臨一系列制約因素，在政策層面包括法律法規(guī)不完善、產(chǎn)業(yè)化政策不配套和體制機(jī)制不適應(yīng)等；在技術(shù)層面包括原始創(chuàng)新薄弱、關(guān)鍵技術(shù)缺乏和創(chuàng)新鏈條脫節(jié)等；在產(chǎn)業(yè)化環(huán)境方面存在知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)乏力、科學(xué)普及有待加強(qiáng)和生物倫理管理缺位等。只有克服上述制約因素，才能加快我國生物育種技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，增強(qiáng)我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)核心競爭力，實現(xiàn)科技自立自強(qiáng)，保障國家糧食安全、生態(tài)安全與國民營養(yǎng)健康（圖2）。

圖2 我國農(nóng)業(yè)生物育種技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展策略Fig.2 Technological innovation and industrialization development strategy of agricultural biological breeding in China

3.1 確立國家生物育種優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略

生物育種是農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域中最具引領(lǐng)性和顛覆性的戰(zhàn)略高新技術(shù)，世界各國均將其作為國家優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略給予重點支持。美國2018 年出臺《美國創(chuàng)新戰(zhàn)略》，并發(fā)布“2030 年農(nóng)業(yè)研究科學(xué)突破預(yù)測”，將基因組學(xué)和生物育種列為未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要突破方向，并對其進(jìn)行了戰(zhàn)略部署；2020 年通過《無盡的前沿法案》，擬在未來5 年內(nèi)向包括生物技術(shù)、基因組學(xué)和合成生物學(xué)在內(nèi)的十大關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域投資1 000 億美元。歐盟委員會2018 年頒布最新版本的生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略《歐洲可持續(xù)生物經(jīng)濟(jì)：加強(qiáng)生物與經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境之間的聯(lián)系》；2021 年啟動“地平線歐洲”第九個研究框架計劃，將農(nóng)業(yè)生物育種研發(fā)列為重要方向。世界新興國家如印度和巴西等，紛紛把生物育種等前沿技術(shù)創(chuàng)新列入國家科技優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略。近年來，美國等發(fā)達(dá)國家和國際跨國公司加快推進(jìn)生物育種基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新，以搶占未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的主動權(quán)和技術(shù)制高點，生物育種領(lǐng)域的國際競爭日趨白熱化。中國作為一個傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國，為應(yīng)對全球生物技術(shù)迭代升級、生物種業(yè)競爭加劇以及實現(xiàn)碳達(dá)峰及碳中和目標(biāo)面臨的一系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，應(yīng)該充分發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢，加快生物育種重大科技計劃實施和生物育種國家實驗室建設(shè)，打造我國農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略科技力量，在基礎(chǔ)理論創(chuàng)新、關(guān)鍵技術(shù)突破、重大產(chǎn)品創(chuàng)制、生物安全評價和條件能力建設(shè)等方面增強(qiáng)我國生物育種核心競爭力，完善國家生物育種創(chuàng)新體系，推動我國由生物育種產(chǎn)業(yè)大國向科技強(qiáng)國轉(zhuǎn)變。

3.2 加強(qiáng)原始創(chuàng)新與知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)

當(dāng)前，科技創(chuàng)新成為國際戰(zhàn)略博弈的主要戰(zhàn)場，圍繞科技制高點的競爭空前激烈。在世界范圍內(nèi)，美國、歐盟和日本等發(fā)達(dá)國家極其重視科技領(lǐng)域的原始創(chuàng)新與知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，并通過專利保護(hù)的全球布局，確保其在科技競爭中的優(yōu)勢地位和全球經(jīng)濟(jì)中的壟斷地位。與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國生物育種基礎(chǔ)理論研究整體薄弱，新基因、新機(jī)制和新概念相關(guān)的原始創(chuàng)新缺乏，基因編輯和合成生物等顛覆性技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)鍵基因、關(guān)鍵酶和關(guān)鍵元器件等相關(guān)原創(chuàng)技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)基本掌握在國外公司手里，我國生物育種產(chǎn)業(yè)化發(fā)展面臨極其嚴(yán)峻的功能基因知識產(chǎn)權(quán)制約與核心技術(shù)“卡脖子”問題。另一方面，長期以來我國知識產(chǎn)權(quán)意識淡薄，知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)法律法規(guī)不健全，市場競爭不規(guī)范，不利于營造良好的科技創(chuàng)新環(huán)境，是造成我國原始創(chuàng)新動力不足、科技與產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)、創(chuàng)新鏈條產(chǎn)業(yè)鏈脫節(jié)的重要因素?，F(xiàn)行的《中華人民共和國植物新品種保護(hù)條例》參照的是國際植物新品種保護(hù)公約1978 年文本，而非目前國際上通行的1991 年文本，審定新品種的標(biāo)準(zhǔn)偏低，新品種知識產(chǎn)權(quán)難以得到有效保護(hù)。建議盡快修訂我國植物新品種保護(hù)條例等相關(guān)法律法規(guī)，以基因和品種的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)為抓手，系統(tǒng)設(shè)計與整體布局知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的全球化戰(zhàn)略，建立和完善知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)與轉(zhuǎn)化新機(jī)制，加快構(gòu)建龍頭企業(yè)牽頭、高校院所支撐、各創(chuàng)新主體相互協(xié)同的創(chuàng)新聯(lián)合體，確保關(guān)鍵共性技術(shù)自主可控，“中國碗裝中國糧”。

3.3 加快共性平臺和大科學(xué)裝置建設(shè)

重大共性技術(shù)平臺和大科學(xué)裝置是世界科技強(qiáng)國技術(shù)水平、創(chuàng)新能力和綜合實力的集中體現(xiàn)，是彰顯世界大國形象與科技強(qiáng)國地位的重要標(biāo)志。隨著以基因編輯、合成生物等為核心的前沿農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的興起，美國等發(fā)達(dá)國家和國際跨國公司加強(qiáng)高通量、大型化、規(guī)?；?、自動化的重大共性平臺和科學(xué)大裝置建設(shè)，譬如在生物育種領(lǐng)域相繼建立了專業(yè)化遺傳轉(zhuǎn)化體系，高通量表型組和人工智能決策等技術(shù)平臺，以確保其在全球生物產(chǎn)業(yè)競爭中的領(lǐng)先地位。與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國生物育種重大科技平臺建設(shè)與發(fā)展水平仍然存在較大差距，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心關(guān)鍵技術(shù)缺乏、人工智能和大數(shù)據(jù)等前沿先進(jìn)技術(shù)相對落后。建議在生物育種戰(zhàn)略性、關(guān)鍵性領(lǐng)域前瞻部署一批具有國際一流水平、多學(xué)科交叉集成、提供服務(wù)支撐的科技平臺，建設(shè)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)人工智能和農(nóng)業(yè)細(xì)胞工廠等重要共性技術(shù)平臺以及農(nóng)業(yè)基因資源庫、農(nóng)業(yè)表型組和農(nóng)業(yè)風(fēng)洞等大科學(xué)裝置，為建設(shè)世界科技強(qiáng)國，保障國家糧食安全、生態(tài)安全和產(chǎn)業(yè)安全提供不可替代的科技平臺支撐。

3.4 完善我國生物育種管理法規(guī)體系

目前，我國已建立了一整套與國際接軌、科學(xué)規(guī)范的基因工程相關(guān)法律法規(guī)制度，無需針對生物育種技術(shù)及其產(chǎn)品管理建立新的法律法規(guī)體系。此外，針對基因編輯、合成生物和智能設(shè)計等前沿育種新技術(shù)，需要在現(xiàn)有管理條例基礎(chǔ)上，盡快制定和完善相關(guān)安全評價的技術(shù)指南和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的管理規(guī)程。我國轉(zhuǎn)基因作物育種研究幾乎與國際同步，已獲得一批達(dá)到國際先進(jìn)水平并能與國外公司抗衡的研發(fā)成果，但產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)緩慢，其中一個主要制約因素是轉(zhuǎn)基因產(chǎn)業(yè)化相關(guān)配套法規(guī)滯后。譬如農(nóng)業(yè)農(nóng)村部已發(fā)布安全評價、進(jìn)口管理、標(biāo)識管理、加工審批等4 個配套規(guī)章，但缺乏相關(guān)可操作性的轉(zhuǎn)基因種子生產(chǎn)管理辦法?，F(xiàn)行《主要農(nóng)作物品種審定辦法》第四十四條規(guī)定：“轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物（不含轉(zhuǎn)基因棉花）品種審定辦法另行制定”，但到目前為止具體細(xì)則尚未出臺。此外，我國轉(zhuǎn)基因作物一旦大規(guī)模種植，在生產(chǎn)、運輸、加工和銷售環(huán)節(jié)如何監(jiān)管，尚缺乏相應(yīng)的管理制度，建議盡快針對轉(zhuǎn)基因衍生品種審批程序簡化、轉(zhuǎn)基因標(biāo)識修訂、除草劑殘留限量標(biāo)準(zhǔn)、抗性治理庇護(hù)所制度以及轉(zhuǎn)基因成分低水平混雜赦免等問題，研究制定和完善科學(xué)規(guī)范的法律法規(guī)和相關(guān)配套措施，確保我國生物育種產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

3.5 注重生物安全與生物倫理監(jiān)管

當(dāng)前，全球科技創(chuàng)新速度顯著加快，基因編輯、合成生物和人工智能等新興科技發(fā)展日新月異，對生物大分子、基因功能和作用機(jī)制的研究進(jìn)入精準(zhǔn)調(diào)控階段，從認(rèn)識生命、改造生命走向合成生命、設(shè)計生命，不斷孕育農(nóng)業(yè)新動能和新業(yè)態(tài)。生物育種是一項具有顛覆性、交叉性和不確定性等技術(shù)特征的新興科技，涉及元器件人工設(shè)計、人工基因線路、細(xì)胞工廠創(chuàng)制以及未來食品合成等顛覆性技術(shù)和新興科技產(chǎn)品，在給人類帶來福祉的同時，也可能引發(fā)生物安全與生物倫理的新風(fēng)險與新挑戰(zhàn)。目前，我國已建立了基于前沿科學(xué)的分子特征識別、非靶標(biāo)生物檢測和生物多樣性評價技術(shù)體系，以及針對毒理、致敏、營養(yǎng)等全方位的生物技術(shù)產(chǎn)品食用安全評價體系，形成了高精度、高通量和高效率轉(zhuǎn)基因生物安全評價和檢測監(jiān)測系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，需要采用代謝組和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)手段，建立新的檢測技術(shù)體系和新的生物安全評價標(biāo)準(zhǔn)，針對可能產(chǎn)生的食用和環(huán)境安全新風(fēng)險開展系統(tǒng)理論研究，同時要加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)品前瞻性、關(guān)鍵共性風(fēng)險識別與預(yù)警、安全評價及監(jiān)測檢測技術(shù)研發(fā)，為應(yīng)對新發(fā)和潛在的生物育種安全問題提供有力的技術(shù)保障。中國農(nóng)業(yè)科技倫理的研究還處于起步階段，尚未形成科學(xué)規(guī)范的理論與監(jiān)管體系。建議加強(qiáng)農(nóng)業(yè)科技倫理的相關(guān)理論研究，前瞻研判科技發(fā)展帶來的規(guī)則沖突、社會風(fēng)險和倫理挑戰(zhàn)，完善相關(guān)法律法規(guī)、倫理審查規(guī)則及監(jiān)管框架，建立健全與國際接軌的農(nóng)業(yè)生物育種研發(fā)、應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的倫理審查制度。