世界牛种业科技发展现状及其对我们的启示
2015-03-10昝林森王洪宝张莺莺李安宁
昝林森,王洪宝,成 功,张莺莺,李安宁
(1.西北农林科技大学动物科技学院,陕西 杨凌 712100;2.国家肉牛改良中心,陕西 杨凌 712100)
世界牛种业科技发展现状及其对我们的启示
昝林森1,2,王洪宝1,2,成 功1,2,张莺莺1,2,李安宁1,2
(1.西北农林科技大学动物科技学院,陕西 杨凌 712100;2.国家肉牛改良中心,陕西 杨凌 712100)
当前世界牛种业科技发展呈现出肉牛种质产品贸易活跃、种业科技创新迅猛发展、传统育种转向精确育种、种质资源和育种技术产权保护意识加强等特点。本文通过全面分析世界牛种业发展现状,针对我国牛种业存在的问题,探讨了世界牛种业科技发展现状对我们的启示,提出加强政策扶持和投入、重视种业高端人才培育、扶持牛种业龙头企业发展和提高种业科技创新能力是我国牛种业实现健康可持续发展亟待思考和解决的问题。
牛;种业科技;发展现状;启示
近5年来,全球牛业发展迅猛,存栏量稳步增长,世界活牛期货交易及其种质产品贸易活跃,产业比重稳居畜牧业首位。2012年,全球肉、奶、水牛存栏总量达7.51亿头,其中2012年全球肉牛存栏2.95亿头,较2011年增长8%(表1)。此外。随着全球动物种业市场竞争的加剧,世界种业集团并购不断升级,种业垄断不断加强,引发跨国种业集团纷纷斥巨资加大种业科技创新投入,实施人才战略,以提升其在全球的竞争实力,抢占种业发展机遇。这种态势促进了世界牛种业迅速发展,各种育种新技术得以研发和实现生产应用[1,2],以转基因技术、分子标记辅助和分子设计为代表的现代生物技术与包括杂种优势利用技术和常规育种技术的两大育种体系相互结合,促进种业从传统方式向精确育种转变,良种选育的效率与质量得到极大提高,在商业上获得巨大成功[3]。
我国养牛历史悠久,牛种业资源丰富。牛种业不仅是我国战略性和基础性产业之一,也是决定现代牛业发展的核心要素。多年来,我国牛种业的持续发展为我国现代畜牧业建设及畜产品产量的稳步持续增长做出了重要贡献。但我国牛种业仍然存在创新能力不强、市场竞争力低等诸多问题,已经成为制约我国现代牛种业乃至现代农业可持续发展的重要因素,造成我国牛种业与国外发达国家牛种业的发展存在很大的差距[4]。本文回顾了近年来世界牛种业的发展现状,并结合我国牛种业的发展情况和特点讨论了世界牛种业发展现状对我国牛种业发展的启示。
1 世界牛种业科技发展现状
1.1 肉牛产业比重占居养牛业重要地位,活牛及其种质商品全球贸易活跃
在全球范围内,养牛业无论是在数量上,还是从产值上讲,都居畜牧业首位,部分国家养牛业的产值占畜牧业产值的70%[5-8]。联合国粮农组织统计数据表明,2012年,全球肉牛存栏2.95亿头,奶牛存栏2.57亿头,水牛存栏1.99亿头。肉牛产业已经占据了养牛业的重要地位。目前,全球肉牛饲养主要集中在少数几个国家,如巴西、印度、美国、中国、阿根廷、澳大利亚等。除中国外,这些国家的饲养方式主要为大规模、集中化养殖,科学化养殖程度更高。从地域来看,主要集中在亚洲、美洲和非洲等地(见图1)。世界应用较为广泛的良种肉牛品种主要有:夏洛来(产地法国)、利木赞牛(产地法国)、海福特牛(产地英国)、安格斯牛(产地美国)、黑毛和牛(产地日本)等。FAO统计数据结果显示,2012年全球肉牛存栏2.95亿头,较2011年增加约237万头(见表1),发展势头迅猛。
图1 世界各区域牛存栏量
近年来,活牛期货交易一直是排在农产品全球期货交易量前20名,成为与能源、谷物、有色金属等期货比肩的大品种,且活牛期货的交易量大于瘦肉猪的期货交易量。图2显示近5年内活牛期货价格的走势,很清晰的呈现了最近一次价格上涨的情况,也创新了25年来价格新高。从2008年至今,除了2012年出现的一次下跌之外,活牛期货价格一直在持续上涨。随着全球中产阶级人群的扩大,人们的饮食习惯和取向有所变化,开始更频繁地使用肉类产品以及谷物复合产品的价格上涨,使得活牛饲料成本上涨,所以活牛的交易价格在期内将持续上涨。
表1 世界肉牛、奶牛、水牛存栏量统计(2009~2012)
图2 近五年世界活牛期货交易价格
活牛出口的国家主要在欧洲和北美,活牛出口最多的国家是法国、加拿大、澳大利亚,其次是荷兰、德国、美国。活牛出口是澳大利亚农业部门出口创汇的一个重要支柱。2014年澳大利亚活牛出口预计可达90万头,比2013年预估数据82万头高出10%。因此,2013年越南、马来西亚和菲律宾已成为澳洲北部活牛出口的新兴目标市场,极大地促进了澳洲活牛的出口。
1.2 全球动物种业市场和人才竞争加剧,种业科技研发创新迅猛发展
近十年来,全球动物种业市场竞争不断加剧,种业垄断不断加强[9]。发达国家及其跨国种业集团为增强自身竞争实力、抢占动物种业先机,纷纷投入巨资开展动物种业科技创新,促进家畜品种的改良。重要动物基因组测序计划及衍生的各种组学计划最先成为投资热点。如在基因组选择技术方面,美国农业部投资1000万美元用于全基因组选择技术研发,美国的PIC种猪育种公司2010~2012年共投资400万美元;丹麦的DANBRED育种体系,投资200多万欧元,至此全基因组选择已成为国际种业集团投资研究开发的焦点。在干细胞技术研究方面,2008年美国对干细胞研究经费投入高达9.38亿美元,未来两年干细胞研究的资金支持额度将提高至100亿美元;而日本近5年来共投入100亿日元。
分子育种技术已经开始运用于畜禽的育种实践中,特别是标记辅助选择应用更为广泛[10-13]目前,在牛种上至少有6种基因诊断盒实现了商业化应用;而一些曾经依赖于常规育种技术的大型育种公司也纷纷建立了自己的分子育种部。利用动物全基因组的标记信息结合生物信息学的系统,动物分子育种技术平台已经开始建立,并正在育种实践中进行完善。同时,美国、加拿大和其他一些国家在分子水平上通过对候选基因和遗传标记基因的数量性状基因(QTL)图谱,来对后备青年公牛进行遗传标记辅助早期选择(MAS),有效提高了种公牛的后裔测定选择效率。目前,研究较多的是利用单核苷酸多态性(SNP's)标记,可用于青年公牛早期标记辅助选择的DHA遗传标记种类较多[14,15]。在提高种牛繁殖力方面,人工授精业居于领先的ConceptPlus“受胎+”种牛繁殖力评估方法以及Alta Advantage○Rprogram“亚达优势○R”计划,把种牛繁殖力作为市场的标准来选择公牛,成效显著,如亚达种牛的受胎率高于同类型公司15%。
人才是社会经济发展最重要的资源,科学人才的国际开放和流动是赢得生命科学技术竞争的基本保证[16]。以国际动物种业巨头Genus公司为例,其率先在剑桥大学建成了全球第一个动物分子育种实验室。其后,为提高研发效率,该公司合并了原有的三个独立实验室,组建了Genus威斯康星研发中心。该中心覆盖了数量遗传学、生物信息学、基因组学、生殖/繁殖学等学科领域,拥有研发人员100多人,其中,博士50多位。与此同时,该中心还加强与宾夕法尼亚大学、威斯康星大学、剑桥大学、中国农业大学等全球50多所科研院校的合作,如与剑桥大学(Cambridge)和爱丁堡大学(Edinburgh)合作育成了康贝尔系列母猪Camborough。十多年来,不但一直聘请国际著名动物分子遗传学教授Max Rothschild博士(美国猪基因组项目负责人)承担PIC公司委托的系列研究项目,还直接从高校或科研机构引进大量高级人才充实研发和管理队伍,例如,纽卡斯尔大学的遗传学家Maurice Bichard教授全职加盟PIC,负责猪遗传育种。Maurice Bichard教授是Reading大学荣誉首席研究员,连续6年任英国畜牧协会主席,还被评选为德国动物育种学会荣誉会员(每年全球只选一名),获得过欧洲畜牧协会的“杰出服务奖(Distinguish Service Award)”。一系列人才举措,进一步加强了其全球垄断地位和产业核心竞争力。
1.3 分子与常规育种两大育种体系紧密结合推动传统种业向精确育种转变
近10年来,世界种业迅速发展,核心特征体现为育种新技术的研发和利用。各国政府及种业集团制定相关科技计划,将功能基因挖掘、分子育种、转基因、细胞工程、生物反应器等现代生物技术与常规技术有机结合,广泛应用于动植物新品种选育,已经基本确立以杂种优势利用和常规育种为基础,以现代生物技术为关键突破点的技术路线。
利用先进的生物技术手段发现大量与生长、繁殖、肉质、抗性等性状相关的标记基因资源的挖掘,为各物种相关性状自主知识产权分子育种技术及生物反应器的研发利用奠定了基础[17-18]。科技在品种改良及新品种(系)研发方面发挥了重要作用[19]。如动物分子育种直接在DNA水平上对性状的基因型或基因进行选择,其选种的准确性大大提高,克服了传统动物育种方法的缺陷。2006年澳大利亚研究人员发现,利木赞牛体内存在一种被称为Myostain的新基因。这种基因来自牛肌肉生长抑素基因的突变,其功能是加速肌肉的生长,因此与提高肉牛产肉量有密切关系,解释了利木赞品种牛在其产肉性状上所具有的其他肉牛不可比拟的巨大优势;全基因组选择育种技术突破了过去分子标记只有几十个或几百个的局限,DNA分子标记的数量猛增到几万个甚至可能发展到数百万个。该技术不仅节约育种成本,还将极大提高育种效率,是育种技术历史上前所未有的革命。澳大利亚国家奶牛育种中心利用15,000分子标记进行全基因组扫描,评估了37个奶牛生产性状,仅2年时间就将每头牛每年遗传进展从6%提高到10%,不久将可达16.5%。目前,我国全基因组选择育种技术获得重大突破,并成功应用于奶牛育种实践;仔猪腹泻基因MUC13、猪高产仔基因FSHβ等标记已成功应用于品种培育。而现代分子育种技术结合先进的繁殖技术如性成熟前卵母细胞的培养、体外受精、性别鉴定等,可以缩短世代间隔,提高选择强度,加快肉牛新品种选育的效率[20,21]。
1.4 发达国家和种业集团核心种质资源和育种技术产品的贸易壁垒和知识产权保护意识强
育种产业发展中,各国引进种子资源力度在逐年加大[22,23]。尤其是发达国家。比如日本在种质资源上投入非常大,10年前,日本花费两百万美金在加拿大买了两头公牛。欧洲也是这样,欧洲和日本是最高端的种公牛市场。近几年,中国农业部对国外种质资源限制稍微放松了一些。以前每只有三十多万剂的进口配额,2012年有所增长,批准了一百万的配额。各个国家对优质种质资源都会有特殊政策。比如日本和韩国,2003年疯牛病爆发以后很多活畜进口被禁止,日本、韩国对优秀的种公牛开了特例,检疫合格后可以进口。加拿大在冻精上是开放的,因为加拿大经过科学论证后认为,冻精不可能传播人们普遍担心的传染病。贸易技术壁垒将不可避免地成为各个成员国用来抵制外国畜产品进入本国市场的有力武器。对我国来说,在加入WTO后,中国活牛和牛肉出口首先遭遇到的和必须引起我们重视的就是WTO成员国可能对中国实施的各种贸易技术壁垒问题,如食品安全卫生问题等。
发达国家特别重视知识产权保护[24]。以转基因技术为例,1988年美国授予了世界上第一例转基因动物专利,即著名的“哈佛鼠”专利。这是世界生物技术专利保护中的一个里程碑事件。受其影响,日本于1993年在其专利审查指南中也规定可授予动物专利。欧盟在激烈的讨论后于1992年对美国的“哈佛鼠”同样授予了专利。美国专利与商标局于2002年发布了《21世纪战略规划》,以知识产权为手段建立对全球经济的快速反应机制。2002年,美国食品药品管理局(FDA)进行改革,加快了基因生物技术产业特别是基因药品产业的发展。发达国家通过知识产权战略,既促进了生物技术企业的迅速发展,又“跑马圈地”固化了其产业竞争优势,造成相关的贸易和市场垄断。如1999年,美国拥有生物技术公司1273家,到2003年底增至2000多家,其中包含300多家上市公司;1999年市场资本总额为3535亿美元,到2000年,筹集的资本总额比前六年筹集资本的总和还多。
过去20年,生物技术已经成为发达国家高新技术产业发展的核心动力之一 通过实施国家知识产权战略,发达国家不断建构保护本国利益的法律基础,长期积累运用知识产权取得战略优势的经验和能力,为本国政府和企业谋得利益。随着畜禽重要功能基因鉴定和育种技术研发的广泛开展,很多基因和技术都以知识产权的形式被加以保护。由于资金的大量投入和高技术尖端人才的聚集,种业相关的前沿高技术专利主要集中于少数发达国家[27]。以诱导多能干细胞(iPS)为例,截止2012年,共授权177项专利,61%的专利集中在美国马塞诸塞州、美国加州、威斯康辛州及日本。仅马塞诸塞州的专利数量(32项)比整个欧洲(16项)和除日本外亚洲(11项)的总和还多。其中,哈佛大学、麻省理工学院和日本京都大学等以及私人公司正在为动物干细胞技术创新发挥巨大作用。据统计,世界十大种业巨头在全球农业生物技术方面的专利份额达到50%~60%,并因此带来了丰厚的回报。
2 对我国牛种业发展的启示
2.1 加强种业科技创新发展政策扶持和投入是牛种业稳步发展的重要依靠
动物种业是国家战略性和基础性产业之一,抢得动物种业发展先机就是赢得了未来,也是种业发展获得飞跃的关键,牛种业的发展亦是如此[10,28]。近年来,欧盟、美国和日本等发达国家纷纷出台或调整种业相关投入政策,启动相关种业发展计划,种业研发投入力度之大、项目建设速度之快都是前所没有的。就欧盟来说,欧盟第六和第七框架计划分别对生命科学、基因组和生物技术研究投入22.55亿欧元和24.55亿欧元,两个框架均将动物基因组及其相关技术列为7个优先研究领域之一,其中“可持续动物基因组育种研究计划”(ASBRE计划)囊括了英国剑桥大学、法国国家农科院等33个著名的研究机构和育种企业。韩国在不断加大中央财政投入的同时,积极鼓励企业投资。从1994年到2006年,韩国政府在生物技术行业的平均投资费用几乎和企业自身投资相同。2000~2007年,政府生物技术领域投资超过5.2万亿韩元。在2006~2016年间,对生物科技投资总额将达143亿美元。
不同于发达国家,我国种业企业规模普遍较小,几乎没有科技创新投入,主要以国家科技计划投资为主。“十二五”期间,动物育种子领域共投资11.2亿元,约每年投资1.12亿元。发达国家除政府投资外,跨国种业集团也投入较多,例如,英国的Genus种业集团公司每年的研发经费为3400万美元左右,折合人民币约为2.1亿元,约是我们全国动物育种技术投资的1.8倍多。此外,我国动物种业科技创新研究起步较晚,国家科技计划以5年为一个周期,科研项目多以目标导向和自由选题相结合的方式,即便是目标导向类项目,也只有部分项目能够获得连续资助。因此,加强政策扶持和投入是我国肉牛种业健康稳步发展的重要依靠[29]。首先,我们应在牛品种资源保护、群体遗传改良、良种扩繁推广、种牛管理、产业化开发等方面要出台相关政策,并设立专项资金予以长期稳定支持。其次,要确立“育种为主、引种为辅”的工作方略。建立适合我国养牛业实际的牛良种繁育体系,育成具有中国特色的、良好国际竞争能力的肉牛新品种。第三,组织国家肉牛良种重大科研攻关:以牛为重点,编制国家良种重大攻关五年规划;建立国家科技专项支持、社会资本参与的投资机制;开展良种产学研联合攻关,选育高产、优质、抗病、抗逆肉牛新品种,促进品种更新换代。第四,建议国家启动以育种技术创新为目标的“国家肉牛、奶牛育种工程技术创新计划”和以完善国家新品种繁育体系为目标的“国家牛品种繁育体系建设计划”,以及以支撑肉牛育种、数据库建立及全产业化开发的“国家肉牛工程技术研究中心”建设计划。此外,还要加强畜牧业科技工作的总体部署和统筹协调,加大畜牧业科技投入力度,完善多元化投入保障。
2.2 重视种业科技创新高端一线人才培育和储备是保障肉牛种业稳步发展的基础
目前,我国种业科技创新高端人才和一线人才数量均显不足[30]。据不完全统计,我国大学和科研院所共有畜禽种业科技创新人员786人,其中,正高职称264人,副高职称318人;有院士4名,长江学者3人,杰出青年基金获得者6人,百千万人才1人;形成了教育部创新团队7个,农业部创新团队6个,自然基金创新团队1个。这些团队成为我国动物种业科技创新的主力军,正在动物种业科技创新中发挥重要作用,为动物种业培养了大批人才。但是,由于本行业企业规模小,实力弱;一线种业科技人员的待遇较差,工作环境有待提高,公共福利保障措施缺乏,很多本科以上的高学历人员不愿意从事相关工作,使得动物种业企业一线的科技人员严重不足。此外,我国还缺乏类似于国际种业集团Genus威斯康星研发中心这样高创新能力的研发中心,更缺乏类似于 Maurice Bichard教授和 Max Rothschild博士这样致力于提高企业核心竞争力专业技术研发的大师级人才,也缺乏长期投身入动物种业一线的技术人员。
为改变人才短缺的现状,一是应加强基地、人才统筹,推动畜牧业科技创新支撑能力建设。应在现有畜牧业产业示范区、重点实验室、工程(技术)中心、畜禽牧草资源与信息平台的基础上,与国家科技计划项目实施相结合,规划建设一批国家畜牧业科技创新平台、试验平台与服务共享平台;与畜牧业产业技术创新战略联盟结合,规划建设一批现代畜牧业企业国家创新中心。择优引进与自主培养相结合,加大“千人计划”、“青年千人计划”和“杰青”等领军人才、骨干人才的培养和引进,健全完善畜牧业科技团队管理运行机制和人才梯次配置。二是加强国际合作与交流,打造一批中青年首席科学家、科技领军人才和创新型实业家。依托部门、欧盟、IAEA等下设的畜牧业重大科技项目和产业化工程,引进畜牧业国际先进技术和资源,进行利用和再创新。通过与畜牧业发达国家、重要国际组织间的国际合作研究和国际会议等工作,促进畜牧业人才和技术交流,造就一批中青年首席科学家、科技领军人才和创新型实业家。积极参与国际公约、国际标准、国际进程的推动和制定,切实提升我国畜牧业的国际影响力和竞争力。
2.3 培育扶持种业科技市场核心竞争力强的牛种业龙头企业是带动肉牛种业迅速发展的关键
目前,全球范围内领先的牛育种公司主要分布在美国、加拿大等发达国家,包括美国ABS Global公司、美国环球种畜有限公司和加拿大先马士公司等,这些公司拥有世界先进的硬件和软件设施,具备核心种质优势资源,掌握世界一流的育种技术和相关产品,其子公司及分销商、代理商遍布全球多个国家和地区,在世界畜牧业的进程中发挥重要影响。以美国ABS Global公司为例,该公司是世界上最大的牛育种公司,每年进入ABS全球后裔测试程序的青年公牛达400多头,2013年有1800多万剂冻精销售至全球90多个国家。ABS Global,Inc.在美国、加拿大、英国、意大利、法国、澳大利亚、墨西哥、智利、巴西、阿根廷、乌拉圭、德国、爱尔兰、南非等国都有独立和合资子公司。此外,通过遍布全球的分销商和代理商网络,ABS的产品、流程和服务可以满足不断成长的牧场主的需求。此外,其ABS Global GMS(Genetic Management System)服务计划:可以在短时间、低消耗情况下最大化地促进牛群遗传改良和种公畜选择进程。
我国牛种业企业尚在培育成长中,种业企业较多而分散,规模和实力较小,没有形成由市场主导的自由竞争和兼并重组局面,多数企业缺乏种业科技核心竞争力,国家对种业企业的扶持没有重点,尚未形成市场竞争优势。与国外种业巨头相比,我国种业企业存在规模小、多、散,缺乏创新能力和科技含量低等问题[31,32]。2012年,我国具有种畜禽生产经营资质的各类种畜禽场达14600多家,但具有品种培育能力的科技型企业不到70家。此外,我国种业企业长期处于低端市场,养殖的猪、牛、禽等主要是引进品种。国外企业占据了生物种业的上游。国内企业虽然市场大,但始终处于产业下游,科技含量低。我国应加快畜牧业产业创新战略联盟建设,促进产学研紧密结合,积极培育和扶持牛种业龙头企业,不断增强其科技核心竞争力和国际市场竞争力。除了在政策和财政投入方面的扶持外,还应积极支持现代企业与畜牧业科研院所、高校按照互利互惠、利益风险共担的原则,建立多种形式的现代产业技术创新联盟,承担国家项目。鼓励大中型企业建立研发中心,与科研院校在知识流动、人才培养、行业信息与科技资源共享等方面,创新合作与互动机制,逐步形成企业与科研院校、产业与科技互为驱动的良性循环。
2.4 提高种业科技创新能力是我国牛种业可持续发展的基石
国外种业的科研以企业为主体。企业自主研发新品种,形成研发、生产、销售一条龙服务体系的模式,使得研究人员能快速接收到市场反馈的信息,具有极强的竞争力。此外,跨国公司同时注重与科研院所的紧密合作,由科研院校做应用基础研究和技术储备性育种。如目前全球最大的种猪公司及全球最大的种牛公司(包括奶牛和肉牛)Genus公司每年的研发投入约为3400万美元,其中约600万美元用于基础研究,2800万美元用于应用研究;与全球50多所科研院校有合作关系。PIC公司与高校及科研院所合作的形式也是多种多样,但联合申请及合作研究项目是最主要的形式,很好地利用了大学充足的研究资源。
种业是一个高度依赖科技创新的行业,与发达国家相比,我国的动物种业公司规模偏小,科研能力不强,创新方面相对落后,在世界种业市场上是一个追随者,有必要吸取和借鉴世界种业龙头公司的成功经验,加快培育中国自主动物品种、大力发展中国自主动物种业,突破国际种业集团垄断以保障中国养殖产品有效供给和养殖业可持续发展。此外,品种选育协同创新有待加强。发达国家和地区的成功经验表明,政府、协会、企业和科研单位必须上下联动、密切配合、协同攻关,才能促进动物种业的发展。而在我国,科研院校与市场、企业结合松散,绩效评价目标体系不同,培育的相关品种在市场上难以形成国际竞争优势,导致育种企业更愿意直接从国外进口,陷入了“引进-利用-退化-再引进”的恶性循环。
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The Development Situation of Global Cattle Breeding Industry in the World and the Enlightenment to Us
ZAN Lin-sen1,2,WANG Hong-bao1,2,CHENG Gong1,2,ZHANG Ying-ying1,2,LI An-ning1,2
(1.College of Animal Science and Technology,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi,712100,China;2.National Beef Cattle Improvement Center,Northwest A F University,Yangling,Shaanxi,712100,China)
This paper well described the development status of global cattle breed industry and summarized the main outstanding features about it including active trading of cattle breeding product,rapid development of scientific and technological innovation,conventional breeding turning to precise breeding,attaching great importance to the protection of intellectual property rights and so on.These experiences are illuminating for the cattle breed industry in our country.We should try hard to strengthen the polices supporting and funding new model of cattle breeding industry,attaching the great important to cultivate highcaliber personnel,supporting leading enterprises and improving the ability of technological innovation,which were benefits for health and sustainable development to the cattle breeding industry of our country.
cattle;sci-technology of breeding industry;development status;enlistments
S8-1
A
1001-9111(2015)03-0001-07
2015-03-11修改日期:2015-04-11
国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-38),国家863计划(2013AA102505),国家科技支撑计划(2011BAD28B04-03,2012BAD12B07),陕西省科技统筹创新工程计划(2014KTZB02-02-01)。
昝林森(1963-),男,陕西扶风人,教授,博导,主要从事肉牛遗传改良与种质创新等研究。