一個增產基因增加一片耕地，一個耐鹽基因再造一片良田，一個抗旱基因再生一條黃河，一個高效基因還你我一片凈土……
未來的農業是什么樣的？科技型高產農業、集約化高效農業、智能型低碳農業、工廠化基因農業、生物質能源農業、都市型生態農業……
這樣的田園圖景將依靠科技來繪制。其中農業生物技術正孕育著新突破。“生物技術是支撐農業發展、引領農業未來的前沿高技術。”近日，在國際生命科學學會中國辦事處、國家食品安全風險評估中心主辦的農業生物技術發展與挑戰研討會上，中國農業科學院生物技術研究所副所長張春義研究員指出，農業生物科技創新發展迅速，不過其成果轉化能力有待加強。
全球性戰略選擇
“世界農業的變革，從低效益、高污染、高資源依存型傳統農業向高效率、綠色低碳、高科技支撐型現代農業轉變。農業生物技術正進入創新集聚爆發和加速成長時期。”張春義表示。
張春義認為，對全球生態環境而言，農業生物技術可以解決由人口帶來的糧食危機，提高有限土地資源利用率，改善農業生態環境；對農民而言，提高對蟲害、病害以及雜草的控制，減小損失，節省勞力與時間，提高作物產量，降本增收；對消費者而言，可獲得無化學品污染的潔凈食品、富營養食品、功能性食品、低價位農產品等。
當前，我國農業面臨著許多瓶頸問題。僅以糧食生產領域為例，單產量低且生產成本高，我國農戶的平均經營規模大約是歐盟的幾十分之一，更是美國的幾百分之一。
美國中部的一個谷物生產農場，3個勞動力耕作了4.5萬畝土地，還養了幾百頭豬。而目前我國現有農戶約2億戶，戶均耕地10畝左右。多數谷物生產農戶的經營規模在15畝以下，不得不依靠兼作非農產業維持生計。
在張春義看來，我國若將農業生物技術作為農業可持續發展的一個戰略選擇，可通過提高產量、改善品質實現高產優質，來保障糧食安全；通過降低農藥化肥用量、提高水分肥料利用率實現高抗多效，來維護生態安全；通過增強產品功能、提高產品附加值實現多能增值，來增加農民收入；通過自主專利與品種、提高自主創新能力實現技術創新，來提高科技競爭力。
“目前，我國農業生物技術及其產業正處在一個關鍵的戰略機遇期。”張春義表示。從全球格局來看，美國以絕對優勢列入第一梯隊，歐洲和日本為第二梯隊，中國、印度、巴西等國為第三梯隊。
我國在第三梯隊中處于領先地位，已擁有抗病、抗蟲、抗除草劑、抗旱、耐鹽、耐高溫、營養品質/籽粒性狀改善等自主知識產權的重要基因與核心技術，在棉花、水稻、玉米等轉基因植物的基礎與應用研究上也形成了自己的特色，在水稻組學、超級稻和抗蟲棉等領域已經進入國際先進行列。
農業基因組研究也取得了一系列重大突破，如獨立完成了秈稻的全基因組測序，水稻成為第一個完成全基因組測序的模式農作物；完成了家蠶基因組工作框架圖的繪制，構建了世界第一張鱗翅目昆蟲基因組框架圖等。
1980~2014年的批準授權基因專利數量排名，美國以6023個位居第一，中國以2812個名列第二，日本以1439個排名第三。這表明在功能基因開發研究上，我國具有較強的國際競爭力。
事實上，世界各國競相把發展生物技術作為國家戰略的重要內容。如2011年美國創新戰略、歐洲2020高技術戰略、2013年中國《生物產業發展規劃》，印度、巴西等也把農業生物技術等前沿技術創新列入國家科技優先發展戰略。
一個基因一個產業
我國轉基因作物進展顯著，產業蓄勢待發。其中，轉基因棉花研發處于世界領先水平。抗蟲棉的研究開發是我國獨立發展轉基因育種、打破跨國公司壟斷、搶占國際生物技術制高點的范例。
張春義介紹，目前，我國育種家自己培育審定的單價、雙價抗蟲棉品種累計超過200個，推廣面積累計超過4.8億畝，占抗蟲棉總面積的95%以上；累計減少農藥用量超過2.4萬噸，為農民和國家增收減支超過800多億元。
此外，水稻基因組和雜交水稻研究世界領先，轉基因玉米品種培育處于國際先進水平。抗蟲水稻、飼料用植酸酶玉米均于2009年獲得安全證書，2014年需申請再次獲批。不過，轉基因小麥、大豆、油菜研發薄弱，亟待技術突破。
高葉酸玉米分子標記開發及應用是滿足新形勢下農業需求的一個體現。我國科學家以“分子開發標記—品種聯合培育—推廣種植示范—鮮食產品開發”一體化思路，實現了對富含葉酸玉米產品的快速鑒定、跟蹤及新品種選育，在河北廊坊萬莊鎮開展了示范種植，葉酸含量大于0.3mg/100g。
農業外延拓展的一個案例是轉人血清白蛋白水稻。OsrHSA是一種來源于轉基因水稻的重組人血清白蛋白，能為無血清培養基提供更安全的選擇，純度高、批次穩定；在生物醫藥生產中也廣泛用作賦形劑、穩定劑等。
我國動物體細胞克隆和轉基因技術日臻完善。張春義介紹，轉基因動物研發主要涉及了豬、牛、羊、雞、魚、猴、家蠶、果蠅等，主要是動物種質資源的改善，如提高抗病性與繁殖能力，改善肉質，促進生長等，或用于藥物生產、疾病模型、器官移植等。
比如豬，自轉基因專項開展以來，創制轉基因豬育種新材料30余份、基礎群數量4萬余頭；申請專利100余項，獲授權70余項。抗病型，抗藍耳病轉基因豬進入中間試驗階段；節糧高瘦肉型，肌抑制素基因敲除豬進入生產性試驗階段，等等。
生物肥料、農藥和飼料產業發展勢頭良好。如生物飼料業，1000余家企業專業從事生物酶制劑、益生素、植物提取物類飼料添加劑生產，年總產值近500億元，并以年均20%的速度遞增。其中年產值超過2億元的植酸酶，每年可節約飼料原料磷酸氫鈣20萬噸以上，節省飼料成本9億元以上，并使動物糞便中排出的磷減少了約30萬噸。
動物疫苗有效控制了重大疫情發生。仔豬腹瀉大腸桿菌K88/K9二價基因工程疫苗是第一個商業化基因工程疫苗。豬瘟兔化弱毒疫苗、H5N1禽流感疫苗等處于國際領先。偽狂犬病毒三基因缺失和雙基因缺失疫苗、口蹄疫重組亞單位疫苗等即將實現產業化。
此外，農業生物技術還在農業生態環境保護、農產品加工和生物質高效利用中應用，新一代生物技術產品發展潛力大。如有機磷降解酶與傳統化學洗消劑相比，洗消效率高、無腐蝕，無須配比，不會產生二次污染。
搭建多個平臺
“圍繞我國農業生產中的重大科學問題，重點發展農業應用組學技術、合成生物技術、生物信息技術和生物安全關鍵技術等，提升我國農業生物技術原始創新能力。”張春義認為，我國農業生物技術發展重點任務之一是搭建核心關鍵技術創新平臺。
其次，應建立規模化生物資源高效利用平臺，突破生物技術育種的關鍵瓶頸。通過基因資源挖掘、次生代謝物分析、表型組鑒定等，研究高產優質、抗逆、農用蛋白酶、生物固氮等特殊功能基因及相關產物或代謝途徑。
再次，建立農業生物技術集成創新平臺，創制新一代農業生物技術產品，如超級優良品種、新型藥物、功能型食品、生物質能源等。
“光合作用、生物固氮、生物抗逆是長期困擾農業生產的世界性三大科學難題。高效作物設計將突破農業生產效率極限。”張春義表示。
比如，光合作用碳-4型水稻，重新設計和改造水稻的光合作用系統，有可能突破性地提高其對光、肥、水的利用率。非豆科作物人工固氮體系，以根表固氮菌和玉米為底盤，人工設計五個功能模塊和固氮/抗逆兩條路線，構建“新型、高效、智能”的人工固氮體系。
張春義分析，我國鹽堿土壤耕地約2億畝，如果將現有作物的耐鹽水平提高到1.0%水平，可增加有效耕地3000萬畝；轉基因抗旱作物8%~10%的產量增加，卻減少10%~20%的灌溉水量。
一個增產基因增加一片耕地，一個耐鹽基因再造一片良田，一個抗旱基因再生一條黃河，一個高效基因還你我一片凈土……
“農業生物技術是推動新的農業產業革命的重要力量。”張春義指出，我們必須加快發展農業生物技術，推動產業化，為我國打造生物產業等新興戰略產業提供強大科技支撐，引領現代農業發展。
