我国生物农业发展的现实基础与路径选择

2017-10-10季凯文钟静婧

江苏农业科学 2017年14期

季凯文　钟静婧

摘要：经过多年发展，我国生物农业发展总体呈现出积极推进、多元发展的良好态势，但与世界先进水平相比，农业生物技术研发及产业化水平还比较低，不同类型的生物农业发展层次、竞争实力和推广应用效果不一。因此，在当前全社会高度关注生物农业发展的背景下，应立足现代农业发展需求，发挥农业特色和比较优势，针对处于不同类型和发展水平的生物农业，在培育优良品种、强化产学研结合、推进产品多样化、拓展市场需求、深化资源整合等方面探索符合实际、各具特色的发展路径。

关键词：生物农业；农业生物技术；现实基础；路径选择

中图分类号： F323.3文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）14-0001-03

近年来，农业生物技术的科技成果转化和产业化进程不断加快，生物农业日益成为现代农业发展的必然选择和国际农业竞争的战略重点。我国政府也高度重视发展农业生物技术和生物农业。2010年10月，国务院印发《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，生物产业被确定为国家七大战略性新兴产业之一，并把生物农业列为生物产业发展的重点领域。2011年11月，国家科技部制定的《“十二五”生物技术发展规划》明确提出，要大力开展生物安全、有害生物控制以及农产品安全等农业优质、高产、高效、抗病研究。2012年12月，国务院印发的《生物产业发展规划》进一步指出，要大力实施生物育种和农用生物制品创新发展行动计划，不断增强生物农业竞争力。由此可见，当前生物农业发展迎来了千载难逢的历史机遇和政策机遇。大力发展生物农业，不仅可以大幅减少传统农药、化肥对耕地资源和生态环境的污染，维护和保障粮食安全，加快推动传统农业向现代农业的转变，而且可以在经济发展“新常态”下为推动我国经济持续健康发展提供强劲的动力支撑。

1生物农业的概念界定及其与传统农业的区别

1.1生物农业的界定

生物农业作为农业生物技术产业化的结果，是现代生物技术与传统农业的深度融合，国内外学者对生物农业的概念还未形成一个统一的认识。生物农业这一名词最早由瑞典学者Mueller于1940年提出，他认为生物农业是一个采用生物学的方法维持土壤肥力、抑制病虫害，进而促进农业生产和生态环境平衡的系统。中国环境科学出版社1991年出版的《环境科学大辞典》中指出，生物农业即通过采取生物学的手段和方式对传统农业进行改造，提升和拓展农业系统功能，并维持系统最佳生产力和保持良好环境。随后，国内一些学者从农业生物技术产业化的角度對生物农业的概念进行了界定，认为生物农业是随着农业生物技术的加快突破并不断应用到农业领域中，由农业生物技术与传统农业相融合而形成的一种新兴产业[1-4]。目前，关于生物农业较为权威的定义由中国农业科学院万建民院士于2010年提出，他认为生物农业是按照生物学规律，综合运用现代生物技术手段，培育品质更优、产量更高的农业新品种，以生产高效、生态、安全的农产品，并维持系统最佳生产力的现代农业发展模式[5]。结合上述观点，本文将生物农业定义为以生命科学和遗传学理论为基础，以农业应用为目的，运用基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程等现代生物工程技术，围绕改良动植物及微生物品种生产性状、培育动植物及微生物新品种形成的同类生产经营活动的集合。

1.2生物农业与传统农业的区别

从生物农业的本质特征看，与传统农业主要存在以下区别：（1）生物农业符合现代农业发展的重要方向。作为农业新一轮科技革命的核心内容，农业生物技术在农业现代化进程中发挥着越来越重要的作用，生物农业已成为现代农业发展的重要方向。（2）生物农业是传统农业和现代生物技术的融合体。从生物农业发展进程来看，以基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程等为主体的现代生物技术的飞速发展和深度应用，推动了生物技术产业化进程的加快。（3）生物农业集生产、生活和生态功能于一体。生物农业既可为社会提供所需要的产品和服务，又有助于减少农业面源污染，还具备提高人类健康水平、使人们回归大自然、关注生物多样性等功能。（4）生物[JP2]农业的内涵和外延呈现不断拓展的趋势。按照功能层次的不同，生物农业可划分为生物育种、生物兽药及疫苗、生物农药、生物肥料和生物饲料五大类别。随着现代生物技术的加速突破，生物农业的延伸范围将得到进一步拓展[6]。[JP]

2我国生物农业发展现状及存在的问题

2.1生物育种产业化成效显著，但跨国种业的渗透威胁增大

在植物育种方面，在水稻、玉米、大豆、小麦、油菜、棉花等领域，我国已经培育出400多个品质优良并具备抗病虫、抗除草剂等特征的转基因新品种，自主研发的Bt棉及Bt+CpTI棉、转基因番茄、转基因甜椒、抗病毒木瓜、超级杂交水稻已在国内大面积应用推广[7]。国际农业生物技术应用服务组织发布的报告显示，2013年我国转基因作物种植面积约为420万hm2，以转基因抗虫棉为主，种植面积位居世界第6位，排在美国、巴西、阿根廷、印度、加拿大之后。在动物育种方面，全球首例转基因鱼在我国诞生，家畜育种中大量分子标记得到验证，以转基因奶牛为代表的全基因组选择技术研发取得重要进展，中国对虾黄海一号、中国美利奴羊、中国荷斯坦牛等一大批动物育种重大成果相继诞生。但是，我国正式批准商业化生产的作物只有转基因棉花、番茄、甜椒和木瓜，且大多数转基因育种技术掌握在高校和科研院所手中，真正实现商业化应用的只有转基因抗虫棉，此外生物育种企业的规模和竞争力偏弱[8-9]。根据国际侵蚀、技术和集聚行动小组（Action Hroup on Erosion，Technology and Concentration，简称ETC Group）的数据，1996年世界前十大种子公司的销售额占商品种子销售总额的37%，到2011年提高到52.9%，其中孟山都、杜邦-先锋、先正达3家种子公司的市场份额达402%，而中国尚未有种业公司的市场份额超过10%，整体上企业规模小、研发能力低、市场集中度低。以2011年为例，我国前10家种子公司的销售额为90.6亿元，仅相当于全球前十大种子公司的5.9%，相当于美国孟山都公司的16.3%。endprint

2.2生物肥料形成较大生产规模，但推广应用难度依然较大

作为世界上较早开发利用生物肥料的国家之一，经过多年的发展，我国生物肥料产业已形成较大规模，并开发出根瘤菌以及解磷、溶磷、解钾、促生磷细菌等一批生物肥料产品。例如，我国率先研制了高效固氮耐氮工程菌，并实现了产业化；通过微生物功能基因组研发，建立了世界覆盖率最高的植物病原细菌突变体库。从1995年到2010年，我国微生物肥料生产企业数量年均增长率达13.2%，微生物肥料产量年均增长率则达31.5%。截至2013年年底，我国从事新型肥料生产的企业数达2 000家以上，占全国各类肥料生产企业总数的比重达25%，企业总产值约为164亿元，资产规模约为500亿元。但是，由于生物肥料的反应时间和反应效率低于传统化学肥料，加上生物肥料的宣传推广不到位以及农民对生物肥料的接纳度也不高，因此在当前农业追求单位面积产量的目标导向下，生物肥料在全国肥料市场中所占的比例仍然偏低，传统肥料的使用占据主导地位[10]。目前，在我国农业生产中，传统化肥使用量占比达90%以上，而生物肥料的使用量占比不到10%，在实际使用过程中，农民往往还会选择在生物肥料中添加一些养分，以提升生物肥料的速效性、扩大肥效的可见度。

2.3兽用生物制品市场潜力较大，但总体处于产业化初期

目前，我国已开发出猪伪狂犬病活疫苗、猪口蹄疫基因工程疫苗、幼畜腹泻疫苗、禽流感系列疫苗、双价大肠杆菌疫苗等一批獸用生物制品，并实现了不同程度的产业化发展。据中国动物保健品协会统计，2013年通过兽药生产质量管理规范（good manufacture practice，简称GMP）认证的兽用生物制品生产企业已达到72家，兽用生物制品产业年产值达到104.6亿元，市场销售额达到99.3亿元，其中猪用生物制品的销售额为48.2亿元，占兽用生物制品销售总额的48.5%，禽用生物制品的销售额为35.7亿元，占兽用生物制品销售总额的36.0%。另外，根据中国兽药协会的统计数据，2013年我国抗菌肽生物兽药产量已达到3 120 t，较2009年增长200%，年均增长达18.9%。但是，从技术研发领域来看，我国兽用生物制品多为仿制产品或工艺改进型产品，而基因重组技术、基因工程技术、中药提取分离技术等新技术应用较少，在悬浮培养、抗原浓缩等一些关键技术领域尚未取得实质性突破[11]。从产品剂型来看，在我国兽用生物制品中，产量最高为分散剂、预混剂等传统剂型，而靶向制剂、透皮吸收剂等一些高科技剂型则十分缺乏，主要是由于我国兽用生物制品企业的生产规模普遍偏小，生产分散剂、预混剂所需的技术标准较低，对于技术标准较高、设备投入较大的剂型，尚有待进一步的开发。2013年，在72家生物制品企业中，中小型企业为54家，所占比重为75%，且单个兽药产品批准文号超过800个的就有16个品种，说明很多企业都在生产同质的低端产品。

2.4生物农药创制实现重要突破，但取代化学农药任重道远

经过60多年的发展，我国生物农药产品的生产已经形成了一定规模，如年产值超过亿元的品种已经有4个（分别为井冈霉素、赤霉素、阿维菌素和Bt杀虫剂），特别是在井冈霉素、阿维菌素和赤霉素方面，我国已成为世界上最大的生产国。近些年来，我国在菌种引进、资源筛选、新品种开发等方面也取得了较大进展，每年生产的生物农药制剂约为 1.2亿～1.3亿kg，占市场上各类农药产量的比重约为12%。截至2012年年底，我国使用的生物农药按照登记类别共有90种，登记产品3 095个，其中常见的共有86种，每年新研制和登记注册的生物农药品种仍在不断增加。从品种分类来看，2012年我国微生物农药有27种，生物化学农药有21种，植物源性农药有19种，抗生素农药有21种。但是，由于国家重视程度和各项扶持力度不够，加上生物农药产品在活性或毒性方面也有一定的缺陷，生物农药的市场接纳度明显不如传统农药，存在“叫好不叫座”的困境。截至2012年年底，我国生物农药企业年产值仅为10亿～20亿元，平均每个等级品种的年产值仅为200多万元，大部分生产企业生产生物农药的同时，也生产化学农药，生物农药取代化学农药依然任重而道远。在Bt杀虫剂、植物生长调节剂、植物源农药、农用抗生素、真菌类农药、病毒类农药等品种中，井冈霉素和Bt杀虫剂2大品种占据主导，但是无论是在品种、数量还是剂型、质量方面，与发达国家相比仍存在较大差距，且无法满足国内市场的需求。

2.5生物饲料呈现快速发展态势，但与国外相比差距较大

20世纪90年代末，我国开展了饲用氨基酸和维生素的研发并在产业化方面取得了重大进展，如今已拥有北京大北农集团、浙江新昌制药、长春大成实业集团等一批国际化的氨基酸、维生素生产企业。目前，我国饲料添加剂特别是酶添加剂的研发水平已经跻身国际前列，饲料用植酸酶生产技术也处于国际领先水平，并得到了大规模产业化应用；开发出木聚糖酶、β-甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶等一批饲用酶制剂，为饲料用生物制品的推广应用和产业化发展提供了重要支撑。截至2012年年底，我国生物饲料添加剂总产量达76.8亿kg，总产值突破500亿元并以年均20%的速度递增，生产生物酶制剂、益生素、植物提取物类饲料添加剂企业已经超过1 000家。但是，由于生物饲料产业投入有限、源头创新能力不足，导致生物饲料研发的关键共性技术缺乏，许多关键生物饲料的生产严重依赖国外先进技术，缺乏自主知识产权。有些生物饲料的生产技术虽然达到国际领先水平，但其产业化水平与发达国家相比还存在一定的差距，这在一定程度上直接导致生物饲料产品品种少，产品结构不合理。2012年，我国酶制剂、微生物制剂产量分别仅为0.80亿、1.02亿kg，而同期氨基酸、维生素的产量分别达到13.34亿、7.93亿kg。

3我国生物农业发展的路径选择与推进策略

3.1生物育种：以保护培育优良品种为核心endprint

强化现有优良品种保护并继续培育，通过搜集整理优质种质资源、建立种质资源数据库、引进国内外优良品种、改良和更新核心种质资源、对名特优品种进行保种等手段，丰富优质种质资源品种和内容，促进种质资源高效开发利用。集中资源开发具备高产、优质、安全、多抗特征的动植物新品种，发展壮大粮食、果蔬、畜禽、水产、林木等生物育种产业群，大力推进动植物新品种选育、扩繁和产业化。加快建立农作物种质资源管理和技术系统，积极开展优质种质资源的引进、分类、鉴定、保存、更新等环节的技术、标准的制定，进一步强化种质资源培育和开发利用研究。着眼于保护和培育优良品种，根据畜禽良种选育需求，从国外引入优质的肉猪、奶牛、肉鸭、蛋鸡等活体动物以及冻精、胚胎等育种过程中使用的材料，着力提升畜禽良种选育水平。

3.2生物兽药及疫苗：强化技术创新及产业化发展

针对特定动物、某种阶段、某些疾病，大力开发生物兽药及疫苗专用制剂，使其向高效、专一的方向发展。强化益生菌和益生元在生物兽药领域的联合应用，使生物兽药在畜禽肠道内产生针对流行性疫病的免疫保护蛋白[12]。注重利用拟杆菌、优杆菌、双歧杆菌、消化球菌等优势菌群，大力开发能够促进动物成长的新型生物兽药，避免畜禽受到某种传染病病原的侵袭。运用基因工程技术对一些优良菌种进行遗传改造，植入抗体、抗原等有用基因，开发容易培养、保存时间长、繁殖速度快的工程菌制剂，使其作用更加突出、效能更加显著。大力开发亚单位疫苗、基因缺失疫苗、DNA疫苗和重组活载体疫苗等第二代动物疫苗，加大细胞疫苗、蛋白质/多肽疫苗、核酸疫苗等第三代动物疫苗的研发力度，进一步强化动物疫病新型疫苗和诊断试剂的研制。

3.3生物农药：推进产品多元化和规模化发展

立足国家生物产业的整体布局及长期发展的战略需求，优化生物农药制剂加工产品，将多抗霉素、春雷霉素、白僵菌、多杀霉素、赤霉素等适应当前市场需求和发展方向的生物农药产品逐步纳入到企业技术研发以及生产计划中，推动形成杀虫剂、杀菌剂和植物生长调节剂组合的“产品网”。以促进农业高效、生态、可持续发展为目标，加强企业创新能力和产业竞争力的培育，借助基因工程技术对天然菌株进行改造或者对高效工程菌株进行重组，开发防治效果更加稳定的植物源和微生物农药，促进产品由短效向缓释高效、由不稳定向稳定、由单一剂型向多种剂型发展。积极开展生物农药的药理、病理、代谢研究，积极挖掘新的生物农药资源，拓展和丰富针对同一靶标的生物农药品种，有效遏制使用过程中植物易形成的抗药性。例如，可以从植物、海洋微生物或极端环境微生物中筛选并获得新型高效生物农药。

3.4生物肥料：以产品提升拓展市场需求

围绕提升生物肥料高品质、低成本、无污染特性，进一步强化生物技术制造，提升动、植物组织和细胞等生物体和活体肥料有效利用率，大力开发生物有机肥、微生物接种剂、乳酸菌有机肥、复合微生物肥料、光合细菌肥料等生物肥料。规范政府政策管理，完善生物肥料企业发展的相关政策，通过行业标准、市场准入规范等政策措施，优化现有生物肥料产品的生产工艺，提升生物肥料产品质量。采取兼并重组等方式，淘汰规模较小、工艺落后的生物肥料企业，形成一批龙头示范企业，促进生物肥料产业做大做强。加强生物肥料在水稻、玉米、大豆等作物上的示范应用，生物有机肥在番茄、瓜果等作物上的示范应用以及复合微生物肥料在蔬菜等作物上的示范推广。在巩固国内市场地位的基础上，积极拓展国际市场，扩大生物肥料产品出口地区和规模，进一步发展为生物肥料重要供应地。

3.5生物饲料：以资源整合突破关键核心技术

围绕保障畜禽水产品安全和改善畜禽水产品品质，整合科研创新资源，大力开发饲料用寡聚糖、植物提取添加剂、饲用氨基酸添加剂等新型饲料添加剂，开发植酸酶、木聚糖酶、纤维素酶、复合酶等新型饲料酶制剂，利用微生物工程发酵技术开发高活性生物发酵饲料和酵母源生物饲料。根据国家的重大需求，积极开展国际合作，充分利用我国丰富的微生物资源、微生物学领域的研究力量和我国在生物技术领域多年积淀的技術成果，加快发展基因工程、蛋白质重组技术、微生物发酵与后处理工艺、生物提取技术、生物饲料评价等，对饲用酶基因资源的高通量筛选技术、酶蛋白的分子改良技术、饲用酶的高效表达技术、新型发酵技术和产品加工技术、饲用酶的应用效果快速评估技术和配套应用技术、DNA重组技术等重大关键技术率先实现研发技术突破[13-14]。

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