生物育种：必然趋势

2024-05-17

原创孙眉农民日报

21世纪被称为生物技术的世纪，各国加强了对生物技术创新的部署，从国家战略层面推动了现代农业的发展。对于中国来说，我们完全有能力领先世界，以产业化应用为主线，加快种类推广应用的完善，确保国家粮食安全和生态安全。

自古以来，中国以农立国，代表国家的“社国”一词原为土地与粮食之神的总称，土神为社，谷神为国。春秋时期，齐桓公选择管道战略，故意抬高丝绸面料的价格，诱惑鲁、梁放弃粮食生产，在全国范围内种植桑葚。结果，短短三年时间，鲁、梁因粮食短缺而发生内战，最终被迫归还齐国。越王勾践将种子煮熟贡献给吴国，趁其粮食绝收一举灭吴。以史为镜，粮稳则天下安，国民温饱难保，政权动荡。真正强大、无弱点的国家，都有能力解决自己的住房问题。

在俄罗斯、加拿大和欧盟的一些国家，美国是世界上最大的粮食出口国，也是粮食强国。这类国家之所以强大，是因为它们与粮食生产能力密切相关。2022年7月，斯里兰卡宣布“国家破产”，真正动摇其基础的是其在粮食产业政策上的重大失误导致的系统性崩溃。同年，乌克兰危机爆发，全球30多个国家限制粮食出口。因此，一些国家的社会动荡甚至政权发生了变化。例如，拉美岛国海地共和国频繁爆发内战，因为粮食严重短缺，贫困人民通过吃土饼干来充饥。

研究人员正在观察转基因玉米组培苗在生物育种研发企业实验室的生长状况。

如何解决人类生存中最基本的粮食问题？全世界都在不约而同地把目光投向生物育种！根据全球咨询机构AgbioInvestor的报告，2022年全球转基因作物种植面积达到2.022亿公顷(30.33亿亩)，是1996年的118倍，约占全球总耕地面积的12%。；1996年，许可种植转基因作物的国家数量迅速增加到29个，如果再加上许可转基因产品进口，已有71个国家和地区在全球范围内进行转基因商业化应用；全球已有32种转基因作物被允许商业化种植。全球73.7%的大豆，32.9%的玉米，80.4%的棉花，23.8%的油菜都是转基因类型，主要是转抗虫和抗灭草剂作物。

人多地少的基本国情没有变化。

根据第三次全国土地调查(以下简称“三调”)的数据，我国耕地面积达到19.18亿亩，比第二次全国土地调查减少1.13亿亩。我国人均耕地面积也在减少，“一调”为1.59亩/人，“二调”为1.52亩/人，“三调”为1.36亩/人，不到世界平均水平的40%，人地矛盾进一步加剧。

他说：“从2009年到2019年，全国总人口从13.35亿增长到14.10亿，增长0.75亿，增长5.7%。中国社会科学院农村发展研究所优势魏后凯表示，工业化和城市化导致耕地面积减少，从“二调”到“三调”，全国城镇村和工矿用地从4.31亿亩增加到5.3亿亩，增加了9850万亩，增加了22.9%，增加了20.3%的交通用地，其中包括部分耕地。

我国粮食安全必须以我为主，人多地少的基本国情决定了我。我们国家14亿人口，每天消耗70万吨粮食，9.8万吨油，192万吨菜，23万吨肉，相当于很多小国一年的总产值，如果用火车运输，需要4.9万多个皮，连接700多公里。从目前的供需情况来看，我国粮食年消费总额约为8.3亿吨，2023年全国粮食产量为13908.2亿斤，进口量为1.6亿吨，已成为全球最大的粮食进口国，2023-2024年全球粮食贸易额预计为4.68亿吨，即使全部购买，也不能满足我国半年的消费，所以要靠进口来解决我国粮食安全问题是不现实的。

我们国家粮食安全面临的另一个重大挑战是资源环境限制日益紧张。在中国的耕地中，中低产地约占三分之二，有些地区和流域的水环境质量较差。在一些地方，由于土地长期不合理使用，包括化肥和农药的不合理使用，以及农业污染，导致土地退化的问题更加突出。因此，土壤问题、质量问题、环境问题日益突出。此外，农业生产中的水、土等生态资源配置存在先天不足，有的地方有水无土，或者没有好土；有些地方没有土壤，没有水，干旱少水。据估计，我国约有60%的耕地缺乏浇水条件，7亿多亩耕地长期受旱灾威胁，5亿亩盐碱土有待改善。农业业和农村经济可持续发展的刚度限制因素日益突出，仅靠扩大生产规模很难满足农产品日益增长的需要。

保证粮食基本自给自足，粮食绝对安全。中国人主要在饭碗里安装中国粮食，必须突破耕地、水、热等资源的约束。根本出路在于提高农业科技的发展水平。以转基因技术为代表的生物技术正在孕育新一轮的农业科技革命，这已经成为各国抢占的制高点和全球赛道的必争之地。

我们国家的饲料需求是粮食的2.5倍，为“人畜争粮”奠定了基础

在过去的一年里，中国人每天至少要消耗200万吨食物。如果这些食物是用中型卡车运输的，它们将在第一辆和第二辆之间连接起来，排列成1000多公里的车龙，相当于从上海到北京的距离。

中国用7%的耕地养活了22%的人口，但实际上，不仅有人需要用耕地养活，还有成千上万的家禽。自20世纪80年代以来，中国人对肉蛋奶的需求迅速增加。资料显示，2023年我国肉类产量达9641万吨，比1980年增长6倍以上；鸡蛋和牛奶产量分别为3563万吨和4197万吨，比40年前增长了3倍和32倍。要生产这么多动物蛋白，就要有相应数量的饲料。生产一公斤鸡肉大概需要3公斤粮食，一公斤猪肉大概需要6公斤粮食，一公斤牛肉大概需要25公斤粮食。简而言之，肉、蛋、奶应该用谷物来代替。农业农村部于2022年9月召开推进豆粕减量取代行动视频会议，提出粮食安全最为突出的分歧在于饲料粮。

中国农业科学院农业经济与发展研究所副研究员韩昕儒表示，近10年来，全球饲料粮需求一直在快速增长。根据联合国粮农组织和联合国粮农组织的最新数据，2012年全球粮食饲用需求从8.3亿吨增长到2021年的10.3亿吨，增长24%，增长11.5。％。对蛋白粕的需求从2.7亿吨增长到3.6亿吨，增长到33.3%。同时，全球人口总量增长7.5亿，人均肉蛋奶需求分别增长2.1%。、9.0%和5.8%。伴随着全球人口的增长和饮食结构的转型升级，畜产品需求迅速增长，促进了饲料粮食需求的快速增长。

我们国家是世界上最大的猪肉消费国。根据USDA(美国农业部)的数据，2019年全球猪肉消费量达到1.009亿吨，我国占全球猪肉消费量的44.5%，即全球近一半的猪肉被中国人消费。一般而言，一头长到250斤左右的肥猪，一生至少需要650斤饲料喂养。如果按照一斤饲料用0.6斤玉米和0.2斤豆粕计算，一头猪一生要消耗390斤玉米和130斤豆粕。到2022年，我国玉米产量达到2.57亿吨，换句话说，一半的玉米被用来养猪；同年，大豆产量只有1600万吨左右，即使全部加工成豆粕养猪，豆粕缺口仍超过3000万吨。据研究估计，如果不进口大豆，就要自己种。根据中国现有的工作条件和技术水平，需要7亿亩耕地来填补这么大的缺口，这必然会与其他农作物发生冲突，导致其他农产品供应短缺。

转基因大豆在生物育种工业化试点地区增产效果显著。

在2010年，中国是世界上最大的饲料生产国，饲料粮食的增长对我国粮食供需平衡的影响越来越大，2.46亿吨粮食缺口几乎全部来自饲料粮。据海关总署公布的数据显示，2022年我国粮食进口量为1.4687亿吨，其中大豆和玉米分别达到9108万吨和2062万吨，总比例高达76%。

目前，我国完全有能力保证稻谷、小麦的粮食供应，但是饲料用粮的安全仍然需要高度重视。为解决“人畜争粮”分歧，减轻居民消费负担，2021年我国启动转基因玉米大豆产业化试点工作，2023年试点范围扩展至河北、内蒙古、吉林、四川、云南5个省(区)20个县。从试点情况来看，与常规类型相比，转基因类型在增产节本增效方面表现良好。

害虫严重制约了农业的发展，“虫口夺粮”不容有失。

自古以来，昆虫灾害一直是农业生产中最重要的灾害，其损失与饥荒、涝害、旱灾等自然灾害相当。在中国，植物病虫害在中国的发病率很高。迁飞性、暴发性、流行性病虫害如草地贪夜蛾、粘虫、大米“两迁”害虫、小麦条锈病、赤霉病、柑橘黄龙病等。正在加剧，严重威胁粮食和重要农产品的生产安全。

记者从中国农业科学院经济作物害虫监测控制创新团队获悉，近10年来，植物害虫造成的粮食损失超过2200亿公斤，约占粮食总产量的15.0%～每年经病虫害综合防治挽回的粮食损失约占总产量的15%，但年平均实际损失仍超过350亿斤，占粮食总产量的2%。～3%。在过去的10年里，小麦年均实际损失55亿斤，大米年均实际损失72亿斤，玉米年均实际损失101亿斤。另外，重大植物病虫害的发生还会导致棉花产量损失10亿斤，油料产量损失18亿斤，其它作物损失220亿斤。

随着生物技术的不断进步，面对历代农业发展的蝗灾，我们现在可以利用基因工程改造的白僵菌、绿僵菌等昆虫寄生性病原菌作为生物农药，通过无人机大规模喷洒，快速有效地进行防控。然而，我们不能放松警惕。虽然蝗灾已经基本得到控制，不再构成巨大威胁，但其他害虫，尤其是鳞翅目害虫造成的作物减产问题仍然严重。

作为我国主要的粮食作物和关键作物，玉米和棉花应用广泛，种植面积大，是农民的重要经济来源。玉米和棉花生长过程中遇到的主要害虫是鳞翅目的玉米和棉铃虫。严重者可导致玉米产量减少三分之一以上，棉花产量减少甚至绝产。鳞翅目害虫食用范围较深，对稻谷、豆类、果蔬也有危害。幸好，苏云金芽孢杆菌是一种（Bacillusthuringiensis,Bt）发现为培养抗虫作物的种类提供了新的思路。科学家们将抗虫基因转移到棉花、玉米等作物中，获得了新的抗虫作物品种。

1990年，美国批准了第一次转基因抗虫棉田间试验；1995年，美国允许商业种植转基因抗虫棉；1996年，美国和加拿大开始商业种植转基因抗虫玉米。中国对抗虫基因的研究始于20世纪90年代。首先，中国农业科学院合成了中国第一个编码Bt-cry1。Ab1994年，中国培育了转基因抗虫棉。1997年，转基因抗虫棉开始商业化应用，中国成为世界上第二个完成抗虫棉种类自主研发的国家。目前，我国已有13种抗虫、抗灭草剂玉米获得生产应用安全证书。

从试点情况来看，转基因玉米对草原腐烂夜蛾等鳞翅目害虫的防治效果在90%以上，优于常规玉米喷洒两次杀虫剂的效果。转基因玉米一般不使用杀虫剂，增强了生物多样性，而不是常规玉米田。

清除田间“钉子户”，转基因为防止田间草害带来新的方法

"锄日当午，汗滴禾下土。谁知盘中餐，粒粒皆辛苦。“每次读唐代诗人李绅的《同情农民》，总会有农民在太阳底下弯腰工作的身影出现在大家的脑海里。“除草”是指去除杂草。在农作物生长的地方，杂草会繁殖。杂草与农作物竞争阳光、水分、营养和生长空间，甚至会带来疾病，危及农作物的生长。野草虽然是“黑户”，但生命力很顽强，懂得“联合作战”。他们利用萌芽期的不同优势，升级为难以咀嚼的田间“钉子户”。农民锄旧草，田间会长出新草。根据全国农业技术推广服务中心的数据，截至2023年，我国长期发生田地野草约14亿亩，形成草害7.65亿亩，导致作物平均产量减少9.7%。

谁能怜民苦，锄禾免当午？

随着科学技术的蓬勃发展，草甘膦除草剂已经成为解决杂草问题的武器。然而，杂草和作物都是植物，在不伤害作物的情况下，很难有选择地消灭杂草。因此，“携手合作”的杂草控制操作模式逐渐产生。

他说：“野草危害是决定大豆生产的一个重要限制因素，限制大豆产量的增加。普通大豆生产一般需要2种或2种以上的灭草剂混合，使用2种。～三次仍然不能完全控制杂草。大豆田里的阔叶杂草是个难题，农民经常过量使用灭草剂，而大豆由于肥害问题一般需要7～缓苗恢复10天，影响大豆产量。草甘膦是一种灭生除草剂，对杂草有广泛的预防谱。它可以在2周左右迅速降解，土壤残留量低，不会影响下茬作物，有利于轮种和土地养护。中国农业科学院农田杂草监测与防控科技创新团队研究员李香菊告诉记者，到目前为止，耐草甘膦的特性仍然是转基因作物的主要特性，世界上14种耐草剂作物(植物)中含有9种具有耐草甘膦特性的作物。2019年，阿根廷政府的种植许可证由北京大北农科技集团有限公司研发培育的转基因大豆，用于抗草甘膦和草铵膦。

根据ISAA(国际农业生物技术应用服务组织)和美国农业科学与技术理事会的核算，3通常用于常规大豆锄草。～5次灭草剂，耐草甘膦大豆1次。～两次草甘膦可以有效地控制野草的危害，锄草的成本比普通大豆低56%。从1996年到2019年，全球范围内种植了643亿、170亿美元和22.5亿美元的抗灭草剂大豆、抗虫抗灭草剂玉米和抗虫抗除草剂棉。仅种植孟山都MON89788大豆的美国、巴西、阿根廷和加拿大的衍生品种就分别创收了173.79亿、84.87亿、8.40亿和9.05亿。

转基因玉米抗虫灭草剂在生物育种工业化试点地区效果稳定，减损增产明显。

从试点情况来看，转基因大豆、转基因玉米耐灭草剂性能稳定，喷洒草甘膦除草剂的除草效果均在95%以上，明显优于常规灭草剂的除草效果。转基因玉米试点环境效益好，土壤中有利动物的数量明显增加，如寄生蜂、蚯蚓等，丰富了生物多样性。

转基因生物通过评估是安全的。

转基因产品的安全评估是世界上常见的做法。国际上建立了科学严谨的评估程序和标准，以确保通过安全评估和批准上市的转基因产品和普通产品一样安全。科学界的长期跟踪和应用实践表明，通过安全评估的转基因产品是安全的。

从原理上讲，转基因育种是一种将复制结构清晰、功能清晰的生物体转移到另一个生物体的技术。就拿玉米来说，一种通过常规繁殖培育出来的玉米，在生长过程中会受到虫子的伤害。针对这种情况，饲养员首先从苏云金芽孢杆菌中复制Bt基因，然后将Bt基因直接插入到玉米的基因组中，这样获得的转基因玉米就具有抗虫的特性。与此同时，还需要从转化体中选择具有良好特性的株系，并借助常规育种方法，通过回交转育获得稳定的遗传品种。

转基因生物安全的关键在于转基因。生物体的每一个组织细胞中所含的染色体都存在基因。举例来说，玉米植物的根、茎、叶等在专业角度被称为“组织”。这些“组织”都是由大量的细胞组成的，植物细胞由细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核组成，染色体位于细胞核中。不同动物、植物细胞中所含的染色体数量不同，例如，玉米是10对染色体，大米有12对，人类有23对。由DNA(脱氧核糖核酸)和蛋白质组成的染色体，一个DNA序列就是一个“基因”。

事实上，基因的变化和重新排列是培养和改进任何优秀特性的背后。可以说，农作物进化史也是基因改造史。比如玉米就是古代农民在培育过程中不断选择大的或者味道好的，或者更容易碾碎种子播种。经过几代人的人工选择，玉米棒变得更大，颗粒更多，逐渐成为现代玉米。

转基因育种和传统育种的相似之处在于基因的交换和重组。不同的是，传统育种是以染色体为单位的“基因组”交换，而转基因育种是单个“基因”的引入。因此，从基因交换和重组的本质特征来看，转基因育种与传统育种一脉相承，但从育种技术的创新来看，转基因育种是传统育种的延伸、发展和新突破。

从科学的角度来看，转基因产品的安全性主要表现在两个方面:食用是否对人有负面影响，大规模种植是否对生态环境有负面影响。转基因产品上市前，需要对基因漂移、生存竞争力、生物多样性等环境生态影响的安全性进行评价，如毒性、致敏性等食品安全性评价，确保人们希望通过安全评价获得政府批准的转基因生物具有抗虫、抗旱等特性，但不会增加过敏原、毒素等额外风险。

中国对转基因农产品的安全评价是在五个阶段进行的，任何阶段发现任何对健康和环境不安全的问题都会立即停止培养。以中国允许生产和应用安全认证的转基因大豆“中黄6106”为例，对其食品安全和环境安全进行了系统全面的评价，评价过程持续了近11年。

许多国际权威部门，如世界卫生组织、欧盟委员会、国际科学理事会等，长期跟踪评估结果表明，上市流通的转基因产品与非转基因产品相同安全。截至目前，已有160多名诺贝尔奖获得者联合签署公开信，呼吁尊重转基因产品安全的科学判断和监管机构的评估结论。

作者：农民日报·中国农网记者孙眉