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危中有機,大豆能否成為中國農業崛起的支點?談基因科技助力大豆振興計劃

2019-06-11 10:52

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近一年來,中美貿易暗潮涌動,不僅是制造業,農業領域也因貿易爭端而動蕩不已。在中美貿易爭端的多番磋商中,大豆進口問題成為雙方博弈的利益點。

為何看似普通的大豆,能走上中美貿易的談判桌?要了解這個問題,還得從大豆的歷史說起。

中國產變美國造

大豆原產于中國,在古代被稱為“菽”,《詩經》中多有記載。先民馴化、栽培野生大豆的開端,可以追溯到4000—5000年前。據統計資料顯示,包括陜西、山西、河南北部、內蒙古東南部、山東中部地區的11處考古遺址均發現了栽培大豆的遺跡,最早可追溯到商周時期。

1995年以前,中國還是世界上最主要的大豆生產國和出口國,1995年之后,受到美國大豆的沖擊,中國大豆的產量逐漸由世界第一退居第四。同時,源于國內對食用豆油和養殖業所用飼料中的豆粕的需要,中國大豆需求量不斷增長

中國產業信息網的5年統計數據顯示,中國83%的大豆都用于壓榨大豆油,來源于美國、巴西等國的進口大豆出油率高,抗病性好,單產也高,且由于種植模式相對先進,生產人力成本相對更低,與國產大豆相比價格優勢明顯,因此成為中國長期依賴的大豆進口來源。以2018年數據為例,中國大豆進口量為8803萬噸,而年自產大豆總量僅為1600萬噸,不及年消費需求的1/6。

19世紀末,美國才開始從中國引進并種植大豆,21世紀初便成為大豆出口量世界第一的大國,而中國卻變成大豆進口量世界第一的國家。大豆進出口量變化的背后,究竟有著什么樣的故事?

歷史上缺失種質資源保護意識

我國擁有逾五千份野生大豆資源,占全球野生大豆種質的90%以上。野生大豆是寶貴的資源種質。上世紀50年代,當美國大豆產業被孢囊線蟲病侵襲時,科學家基于我國北京小黑豆的獨特抗病基因,培育出了讓美國大豆產業復蘇的新品種,這份種質資源仍存在美國。

2000年4月,美國育種公司孟山都的一份專利申請曝光,舉世嘩然。在這份申請中,孟山都向101個國家提出關于改良大豆的64項專利訴求。更令人驚訝的是,這項專利涉及的大豆品種最早的高產基因來源于中國上海的野生大豆,至于孟山都是否通過合法途徑獲得這份種質資源的,在很長時間里都有爭議。據報道稱,截至2002年6月30日,美國從中國引進的大豆種質資源達6000多份。

中國是世界上生物遺傳資源最豐富的國家之一,在這場基因資源“圈地運動”中,大豆專利事件只是一個開始。

中國大豆陷入困境

由于種質資源保護意識的匱乏以及育種技術的落后,我國在這場大豆育種競賽中,早已失去先機。

育種公司孟山都通過獲得農作物種質的一系列核心、關鍵技術和重要品種并對其申請技術和專利保護,在全球占據了多種農作物種子70%~100%的市場份額,進而一步步控制了多個國家的農業。其中大豆種子收入占其種子產品總收入的18.4%。相比于進口大豆,國產大豆在產量、出油率、抗病性等方面確實不具備優勢,中國長期依靠進口大豆維持供需平衡,成為了孟山都公司的二級消費市場。

處于大豆產業鏈和供應鏈下游的中國,正顯露出受制于人的困窘。雖然中國大豆進口量巨大,但目前中國對于大豆價格的國際話語權不夠,大豆實際成交價格容易受遠洋國際貿易中的基差、運費、匯率、稅費變化等諸多因素的影響;此外,依賴于少數農業發達國家,導致大豆進口價格極易受制于出口國政策、產量的影響。2018年,巴西出現貨運危機,阿根廷大豆也因干旱減產,導致國內大豆價格在2018年水漲船高,出現了兩輪上漲。

要從根本上解決大豆危機,利用新技術進行育種改良迫在眉睫。

補齊國產大豆短板

科技部部長徐冠華曾評價中國信息產業“缺芯少魂”,“芯”是芯片,“魂”是操作系統。反觀農業,也需正視自主資源這一重要問題。正如農業農村部種子管理局局長張延秋所言:“如果說種業是農業的‘芯片’,核心種質資源就是種業的‘芯片’。”除了種質資源,高新技術育種平臺作為農業的“魂”,也亟待引起重視。

從新技術育種的角度來分析,國產大豆當前之所以在種植單產、品種品質、產業效益等方面都還暫時未取得突破性進展,原因主要包括三點:基因資源缺乏、育種技術落后、缺乏規模化的新技術育種平臺。基因資源缺乏,其深層次原因,是我們對野生資源的收集保護和利用的重視度不夠,從而導致野生資源匱乏,育成品種的遺傳基礎狹窄,遺傳性狀不穩定且環境適應性差。

育種技術落后成因比較復雜,其中最集中地體現在大豆傳統雜交育種及三系配套育種方面,存在選擇效率低、育種周期長、人工成本高以及缺少高配組合不育系等問題。在已經找到一些大豆重要農藝性狀的標記或基因的情況下,規模化的新技術育種平臺是進行高效育種實踐必備的,平臺的缺失大大限制了大豆基因資源在育種中的高效利用。

“大豆回家”公益計劃

2019年,中央一號文件提出“實施大豆振興計劃,多途徑擴大種植面積。”專家認為,提高大豆單產水平和品質才是提高農民種植收益從而調動農民種植大豆積極性的根本舉措。

早在2010年,香港中文大學聯合華大基因等團隊,首次對中國野生大豆和栽培大豆全基因組進行了大規模遺傳多態性分析,論文發表在國際著名雜志《自然遺傳學》(Nature Genetics)。2014年研究團隊又在《自然通訊》(Nature Communications)發表野生大豆W05的全基因組測序,同時發現基因GmCHX1與野生大豆耐鹽性相關。這些研究都為其他大豆研究者解析野生大豆的優良性狀提供了良好助力,并為育種專家的品種改良實驗提供了寶貴的數據資源。

2017年6月20日 ,國家大豆改良中心和深圳國家基因庫、華大基因等單位共同發起的“大豆回家”公益專項計劃啟動。華大基因汪建等項目組成員自籌1000萬科研經費,為大豆能夠如期“回家”提供了寶貴的啟動經費。科研團隊有信心全面提升大豆育種水平和育種效率,培育高產、穩產、優質、抗逆性強的新品種,擺脫受制于人的困境。

“大豆回家”計劃的具體實現路徑主要分為以下三條:一是保護種質資源,開展資源調查搜集與開發利用,進行表型鑒評并建立表型庫;二是加大對大豆科技創新的投入,完成對種質資源的數字化,構建中國大豆基因型數據庫;三是整合中國大豆表型數據與基因型數據構建中國大豆分子育種與數據庫資源支撐平臺,通過非轉基因手段,加快選育突破性品種;最終通過優化調整種植結構、推進農業供給側結構性改革,堅持市場導向,強化政策扶持,實現大豆產業振興。

截至目前,在該計劃框架下已完成3500份野生大豆的種質資源數字化,并將于未來2-3年內完成4500份涵蓋野生和栽培大豆的種質資源雜交組合及完成在南方、東北、黃淮三個生態區的表型數據采集,當前已啟動600個組合的測序與分析。

糧食安全問題預警

在黨的十九大報告中強調:“確保國家糧食安全,把中國人的飯碗牢牢端在自己手中。”中國人口眾多,耕地有限,糧食安全問題對我國來說不容有一絲閃失。

曾經在世界銀行工作過的拉吉·帕特爾博士在2008年出版的《糧食戰爭》一書中列舉了這樣一些數據:全球70%的小麥控制在6家農業公司手里;世界最大的10家公司控制著世界上一半種子的供應;世界80%的糧食交易量都壟斷性地控制在ABCD這四大糧商中,A是ADM,B是Bunge(邦吉),C是Cargill(嘉吉)和D則是Louis Dreyfus(路易達孚)。結合大豆事件分析,無論是保護我國糧食安全,還是謀求在世界農業市場中的話語權,中國既要保障種質資源的“人無我有”,也要做到技術上的“人有我精”。

《中國農業農村科技發展報告(2012-2017)》顯示,中國農業科技進步貢獻率由2012年的53.5%提高到2017年的57.5%,取得了超級稻、抗蟲棉、禽流感疫苗等一批突破性成果。其中,生物技術發揮了重要作用。

如今,科學家們通過基因組測序技術了解作物優良性狀與基因之間的關系,提高育種效率,發掘產量高、品質好的作物品種;國家基因庫、種質庫平臺充分保存和保護物種資源和生物多樣性,幫助全球科學家培育出適應環境變化和人口增長的新作物,有助于保障糧食安全。

通過科技手段豐富農業的“芯”和“魂”,我們不僅要讓大豆“回家”,還要讓中國科技走出國門,引領世界。

參考資料:

1. 大豆基因組重測序表明:野生大豆遺傳多樣性更高

http://www.cas.cn/xw/kjsm/gndt/201011/t20101116_3012095.shtml

2. 守護好我們的種質資源

https://new.qq.com/omn/20190522/20190522A025Y000

3. 種中國豆侵美國權

http://www.china.com.cn/chinese/2001/Nov/71824.htm

4. 孟山都對中國野生大豆種子主張64項專利或成歷史

https://www.guancha.cn/Science/2016_08_11_370876.shtml

5. 中國依靠科技應對農業發展挑戰

http://www.xinhuanet.com/politics/2018-10/22/c_1123596469.htm

6. 新時期國家糧食安全必須應對新挑戰

http://epaper.gmw.cn/gmrb/html/2013-05/25/nw.D110000gmrb_20130525_1-07.htm?div=-1

7. 中國基因庫成世界農業作物“保育園”

http://www.agrogene.cn/info-3395.shtml

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