李新海， 路明， 郑军， 谷晓峰， 邱丽娟， 黎裕，马有志， 万建民*
（1.中国农业科学院作物科学研究所，北京 100081；
2.中国农业科学院生物技术研究所，北京 100081；
3.吉林省农业科学院玉米研究所，长春 130033）
作物种业是国家战略性、基础性产业，事关国家粮食安全。党的十八大以来，党中央高度重视种业发展，2020年中央经济工作会议首次将“解决好种子和耕地问题”确定为重点任务，2021年下发了《种业振兴行动方案》[1]。当前，国际作物种业发展呈现出显著的高技术、高投入、集约化发展特点。跨国种业企业利用自身的科技优势、管理优势和资本优势，大力开拓和占领全球市场，并呈现出垄断化特征。面对我国社会经济发展需求和国际竞争挑战，本文深入分析国际作物种业发展现状与趋势，明确我国作物种业发展面临的机遇和挑战，提出新时期我国作物种业发展对策，对提升我国种业国际竞争力和驱动农业生产方式转型发展具有重要意义。
1.1 作物种业稳步发展，生物技术品种成为亮点
全球作物种业经过100余年的发展，已成为典型的高科技产业。近年来，全球种业市场呈现平稳发展趋势。根据IHS Markit数据（https://www.ihsmarkit.com），2021年全球商业种子市值为472.4亿美元，比2020年增长7.1%。从2015年开始，全球种业市值增速放缓，但以转基因作物为代表的农业生物技术种子市场份额快速增长，2021年达到217.3亿美元，较2020年增长11.6%，占商业种子市场销售额的46%，成为全球种业市值的重要增长点。2019年，全球71个国家/地区应用转基因作物，其中29个国家/地区种植了1.904 亿hm2的转基因作物，应用最多的转基因大豆、玉米、棉花的播种面积分别达到9 190万、6 090 万和 2 570 万 hm2，占全球总播种面积的比例分别为74%、31%和79%。转基因作物种植面积自1996年以来增长近112倍[2]，使转基因技术成为全球应用最快速的作物改良技术。
1.2 新一轮科技革命加速发展，引领作物种业深刻变革
当前，世界范围内以“生物技术+信息化”为特征的新一轮科技革命正在发展，种业科技形势正发生深刻变化。转基因、基因编辑、全基因组选择、合成生物学等成为种业最具代表性的前沿技术。转基因育种已从抗虫和耐除草剂等产品，转向改善营养品质和提高抗逆性，以及工业、医药需求导向的新一代产品，具有多基因叠加和多性状复合特点的良种成为研发与应用重点。2021年菲律宾批准转基因“黄金大米”商业化生产，2022年阿根廷批准耐旱和耐除草剂转基因小麦品种HB4产业化。基因编辑技术2018年被美国列为未来十年重点发展的关键技术之一，已创制出高产糯玉米、高油酸大豆等新品种并实现产业化[3]。全基因组选择技术已经在玉米、水稻等作物中得到应用，成为国际作物育种领域的研究热点和跨国公司竞争的焦点。合成生物技术2004年首次被美国MIT出版的《技术评论》评为“将改变世界的10大新技术之一”，将开创人类按照自身需求设计高效智能优良作物品种的新纪元。伴随步入人工智能、大数据、云计算（ABC，Ai/Bigdata/Cloud）“三位一体”的时代，作物育种借助ABC技术正在走向智能化设计时代[4]。
1.3 产业垄断大幅度提升，跨国种业公司加速占领全球市场
近年来，在资本和技术创新的驱动下，国际种业呈现出大型企业寡头化加剧特征，市场集中度大幅提升，大型跨国企业的市场垄断日趋增强[5]。2018年，跨国种业完成了新一轮并购，拜耳收购孟山都，陶氏与杜邦合并后拆分出新的农业板块科迪华公司，中国化工收购先正达，巴斯夫收购拜耳剥离的种子和非选择性除草剂业务。经过并购重组，传统的6大跨国公司（孟山都、杜邦先锋、先正达、陶氏、拜耳、巴斯夫）变成4大集团——新拜耳作物、科迪华、中国化工先正达和巴斯夫。此轮并购后，4大集团的业务构成形成了“种子+农化+精准农业+整体解决方案”的新格局，从而获得更好的业务协同、更强的核心竞争力和更高的市场占有率。拜耳公司、科迪华公司近些年一直是种业的领跑者，合计销售总额占全球Top20企业总销售额的60%[6]。
1.4 种业研发投入逐年增加，政府和企业“双轮驱动”创新格局不断发展
世界各国高度重视作物种业发展，特别是将生物技术研发与产业发展视为种业发展的核心方向，出台国家重大科学研发计划加大支持力度。如美国出台《美国创新战略》，对生物技术和新产业的支持力度提高到前所未有水平，2018年将基因组学与精准育种列为农业发展的五大方向之一；
2021年宣布了超2万亿美元的基础设施计划，提升美国在芯片、生物技术等领域的优势；
2022年发布《关于推进生物技术和生物制造创新保障美国生物经济持续、健康和安全发展的行政令》，尤其关注粮食安全和营养健康等重点领域。欧盟提出“欧盟2020战略”，启动第八个研究框架计划——“地平线2020计划”，预算经费770.28亿欧元；
2021年开始，进一步启动第九个研究框架计划——“地平线欧洲”（Horizon Europe，2021—2027）计划，预算达955.17亿欧元[7]。在政府投入不断加大的同时，领军企业等投入资金逐渐成为种业投资主体，已成为科技创新的重要力量。以美国为例，企业的研发投入约占全国研发资金的70%。拜耳公司常年保持着销售收入10%以上的研发投入规模，2021年研发费用54.12亿欧元，占销售收入的12.27%，为其科技创新领先优势提供了有效保障。
2.1 我国作物种质资源保护与利用成效显著，为种业持续发展提供重要基础
我国已建成较完善的作物种质资源保护、研究与创新利用体系[8]，截至2022年作物种质资源保存总量突破53万份，种质资源创新利用有效支撑了作物育种发展。20世纪50年代发现的籼稻‘矮仔占’‘矮脚南’特等资源实现了水稻从高秆到矮秆的突破；
小麦骨干种质‘繁六’‘矮孟牛’等在国内育种中发挥了重要作用，长穗偃麦草后代育成的‘小偃6号’，已成为国内优质小麦的骨干亲本，为小麦染色体工程育种奠定了基础；
从玉米地方种质‘塘四平头’中选育出的骨干自交系‘黄早四’，奠定了玉米杂种优势群——四平头群。“十三五”期间，我国对约1.7万份水稻、小麦、玉米、大豆、棉花、油菜、蔬菜等种质资源的重要性状进行了精准表型鉴定和全基因组基因型分析，初步解析了种质资源形成与演化规律，促进了我国作物种质资源研究发展。
2.2 作物种业前沿基础研究不断取得新进展，创新能力明显增强
近年来，我国作物育种创新能力明显提升，步入“领跑、并跑和跟跑”并行的新格局。相继完成水稻、小麦、棉花、玉米、大豆等重要作物的全基因组图谱绘制[9-10]，解析水稻自私基因和抗稻瘟病、小麦抗赤霉病、玉米株型和高蛋白、番茄和黄瓜风味、水稻氮高效利用等重要性状形成的分子机制与调控网络。水稻功能基因组研究继续引领国际前沿，小麦、玉米、棉花等作物基因组学研究跻身世界先进行列[11-17]。第三代杂交水稻、无融合生殖固定等杂种优势利用技术正不断深化和拓展[18]；
玉米单倍体育种技术实现规模化应用，并拓展到水稻、小麦、番茄等作物[19]；
转基因技术实现了从局部突破到整体跃升，水稻、棉花遗传转化体系达到国际领先水平；
自主开发Cas12i、Cas12j两把“基因剪刀”，填补我国基因编辑核心工具领域的技术空白，建立主要作物基因编辑技术体系，创制出抗白粉病小麦、耐除草剂水稻等[20]；
开发基因组选择机器学习模型、基因组育种工具等，加速全基因组选择技术应用[21]。我国已建立系统的作物育种技术体系。
2.3 作物新品种培育取得重要进展，有效支撑农业生产
优良品种是农业科技的核心载体，品种的每次突破都推动了农业生产发展。建国以来，随着作物品种选育水平的提升，推动我国实现作物矮秆化、杂交化、优质化的三次跨越，推广了‘汕优63’‘扬麦 158’‘郑单 958’‘中黄 13’等一批重大品种。据统计，自1982年以来推广超亿亩的作物品种有40多个。“十三五”以来，选育出优质食味水稻、优质节水小麦、机收玉米等绿色优质高效新品种。2008年以来，生物技术研发及产业化积极稳妥推进，国产抗虫棉市场份额达99%以上，累计推广5.3亿亩（0.35亿hm2），减少农药使用65万t，并在吉尔吉斯斯坦等中亚国家推广种植；
转基因大豆、玉米产业化有序推进，14个抗虫耐除草剂玉米、耐除草剂大豆获生产应用安全证书，1个耐除草剂大豆获准在阿根廷商业化种植并获国内进口用作加工原料的安全证书[22]；
转基因抗虫水稻、耐旱小麦、抗虫大豆等产品形成一定储备。2004年以来，我国粮食产量实现“十九连丰”，2022年粮食总产达到6.87亿t，良种增产贡献率达45%以上，良种覆盖率达到96%。我国依靠自育良种有效支撑了农业生产[23]。
2.4 种业企业发展不断壮大，领军企业成为我国种子市场的重要力量
自2000年《中华人民共和国种子法》实施后，我国种子市场化进程开始起步，经过10年的市场培育阶段，我国种子企业数量持续增加，2010年全国种子企业发展到8 700多家。为发展现代种业，国务院先后出台2011年国发8号、2012年国办发59号、2013年国办发109号等种业工作文件，我国基本形成了种业发展的“四梁八柱”[24]。2011年以来，我国开始作物种业兼并重组浪潮。全国种业企业由2011年的8 700多家下降到2016年的4 500多家，前10强企业市场集中度由15%提高到18%，前50强市场集中度由30%提高到35%。2017年以来，受粮食收储制度改革和农业供给侧结构性改革等国家政策变动影响，兼并重组浪潮势头放缓并呈现反弹倾向。截止到2020年，全国持有效种子生产经营许可证企业7 372家，前5、前10和前50家企业商品种子销售额分别占全国的10.62%、15.28%和29.55%[25]。“育繁推”一体化种子企业98家，前50强的市场份额占到35%以上。2018年我国2家企业已跻身全球种业前十强，20多家企业在境外设立研发机构，正成为推动我国种业发展的重要力量。
当前，全球科技创新突飞猛进，新一轮科技革命和产业变革正在推进。我国经济高质量发展对作物种业提出了新需求，我国作物种业发展既有新机遇也面临挑战。
3.1 全球科技创新突飞猛进和国内经济社会发展，为我国作物种业发展带来新机遇
全球范围生命科学不断向纵深发展，生命科学与数据科学、制造科学的结合越来越紧密，未来育种向智能化方向迭代，作物育种的内涵与外延正在发生深刻变化。需要立足国际发展趋势与国内发展需求，在精准智能设计育种等原创基础理论，以及基因编辑、全基因组选择、合成生物技术等战略必争领域抢占种业科技制高点，确保作物种业创新整体实力跃升，夯实种业原始创新基础。根据预测，2030年我国总人口数量达到14.5亿左右，需再增加20%的粮食产量才能满足基本需求。联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）预测，未来国际粮食总产增长的20%依靠面积增加，而80%将依赖于单产水平的提高，其中单产提高的60%～80%来源于良种的科技进步。发达国家良种对增产的贡献率超过60%，我国为45%左右，意味着我国农业种业发展尚有巨大潜力。作物种业发展已逐渐从满足数量的需求，向注重质量、健康和绿色转变，优质专用、抗病抗逆、资源高效、适宜机械化等未来农业技术领域均有巨大发展空间。
3.2 我国作物种业核心科技的原始创新能力尚不足
目前，我国保存的作物种质资源中近80%来自国内，其多样性显著低于发达国家保存的种质资源；
迄今为止完成精准鉴定的种质资源数量总体不到库存资源的10%，远不能满足未来育种需求；
库存种质资源中的野生近缘种和地方品种占比60%以上，如何从中高效挖掘优异种质和优异基因，并应用于新种质创制，已成为种质资源工作的重点和难点。我国获得了一批具有育种价值的新基因，在部分重要作物杂种优势利用、分子育种等领域的研究达到国际先进水平[26]。但是，我国种业科技研究原始创新能力与美国等发达国家还有较大差距。除水稻外，大部分物种的基础研究尚在跟跑，育种性状形成的遗传基础与调控网络研究不系统，基因编辑、全基因组选择、合成生物等核心技术源头创新不足，生物技术与信息技术交叉融合不够，基础研究与育种应用脱节现象较为严重[6]。我国生物育种产品以抗虫耐除草剂的单基因单性状产品为主，缺乏多基因叠加多性状复合产品，优质、抗逆等基因编辑产品还未有凸显。美国推广和利用主要是抗虫兼抗除草剂或多个抗虫聚合的转基因作物新品种，如拜耳公司的第三代转基因大豆可以抗麦草畏和草甘膦除草剂，并含有3种抗虫蛋白，可以抵抗部分鳞翅目害虫的危害。在美国等发达国家，高产优质高效的新品种培育效率大幅度提升、产品迭代升级加速、新型产品陆续进入市场，转基因玉米、大豆等作物的大规模产业化已有近30年历史，显著增强了农产品生产能力和竞争力。
3.3 我国作物种业全链条创新体系尚不健全
发达国家和大型跨国公司经过长期积累，形成了创新链与产业链高度融合的集成式创新体系。长期以来我国作物育种由科研单位和高等院校承担、品种推广由行业部门组织的体制束缚了种业创新活力，“育成好品种难”与“好品种推广难”并存。同时育种科技成果评价体制中论文导向与市场导向脱节，以及科技成果转化政策中“创新与转化脱节、成果与市场脱节、科技与经济脱节”等问题，都不同程度阻碍了育种机制从公益性向商业化转型。由于产学研脱节和种业企业创新能力弱等，造成了我国“点片式”创新突出，集成式创新能力不足。以市场为导向的应用基础研究与技术创新体系尚未有效建立，企业参与种业科技创新的力度不足，科企结合推进的产学研融合模式有待进一步发展。
4.1 强化创新链产业链有效分工与融合，构建有中国特色的作物种业创新体系
新时期我国种业创新将进一步向市场导向、企业主体、产学研协同方向发展，构建满足中国式现代化需求的作物种业创新体系对加快建设农业强国、全方位夯实粮食安全根基具有重要战略意义。一是进一步明确科研院校基础性、公益性研究职责，提升基础性、公益性创新支撑能力，筑牢我国种业创新发展基础；
二是强化企业科技创新能力提升，支持有实力的企业建立全产业链的科技创新体系；
三是打破科研院校和企业界限，联合优势研发力量，加强企业主导的产学研深度融合。采用企科和科企模式，以企业为主导、一条龙整合科研机构的“基础研究-技术创新-品种创制-产业化”等创新资源，建立成果共享、收益按比例分享的创新联合体。加快实施种源关键核心技术和农业生物育种重大项目，建立高效生物育种创新体系，共同解决种业产业全链条的科技问题，加快培育重大突破性新品种，高质量助力现代农业发展。
4.2 产出引领性的高价值知识产权，抢占作物种业竞争的制高点
当前，新一轮种业科技革命正不断向纵深、向全球扩张，推动种业研发、生产、经营和管理发生深刻变革，高质量的知识产权已成为激励种业创新发展的基本手段，是参与国际竞争的重要条件。拜耳、科迪华等5大跨国公司利用其基因专利及衍生品种，控制着国际种业市场70%以上的份额。我国要在这一轮种业科技革命浪潮中赢得主动，必需在关键基因、核心技术、重大新品种等领域，产出一批自主高价值的核心知识产权，抢占种业科技创新制高点[27]，成为我国种业核心竞争力的重要支撑。
4.3 培育壮大一流企业，形成我国作物种业竞争力的骨干力量
按照“完善中国特色现代企业制度”的要求完善现代企业制度，鼓励种业各环节、各领域的企业按照世界一流目标不断壮大发展。推动建立更加紧密的具有强约束力的利益联结新机制，加快育种创新资源、人才、技术向企业聚集。围绕企业做大做强、做专做精，在财政、金融、税收、投资等方面，进一步破除机制体制障碍，出台含金量高的政策措施，用好上交所等证券市场倾斜支持生物育种企业上市的优惠政策，支持一批优势种业企业到资本市场融资。推进企业差异化发展，既要坚持育繁推一体化发展方向，加快形成若干具有国际视野、全球布局的领军企业，也要立足资源禀赋和自身优势，打造具有科技内涵、技术专长、独特模式等核心竞争力的一流创新型企业，形成布局结构合理、大中小各具特色、上下游相互补充的种业发展新局面。
4.4 健全服务机制和营商环境，保驾护航作物种业健康发展
提升种业竞争力，促进种业健康发展，需要推动种业机制变革，构建新的种业服务机制和营商环境。一是推进依法治种。加快转变思想观念，深入推进种业“放管服”改革，制订权力清单、责任清单和负面清单，推动由事前审批更多向事中事后监管转移。二是转变管理方式。进一步完善种业大数据平台，加强种业信息监测预警，提升种业管理服务的数字化、智能化水平。三是完善我国生物育种产业化政策。稳步推进转基因育种产业化试点，总结经验、完善模式；
科学评估，完善程序，推进基因编辑等生物技术产品的产业应用。四是进一步强化知识产权保护。推进《中华人民共和国植物新品种保护条例》修订，分物种适时建立实质性派生品种制度，破解维权举证难题，提升品种权保护水平；
加强部门联动，加大对侵犯知识产权行为的执法力度，为种业营商环境优化提供有力支撑。