【視頻】張啓發：作物育種的主要發展趨勢_風聞

（本文根據張啓發院士在10月19日黃金大米品嚐會上的報告錄音整理，未經本人審閲。）首先想跟大家交流一下關於糧食安全的問題。我們在報紙上看到，第一部分就是不斷增長的總需求，這是在網絡媒體上經常看到的數字，就是今年世界人口過了70億，2050年到90億，大家都在折騰90億人口如何吃飯的問題；另外一個需求生活水平不斷提高，對糧食是不斷需求的，但同時我們還應該關注甚至更應該關注就是糧食生產的資源以及環境的可持續性。這方面我們關注得不太夠，尤其是在媒體，甚至是在政府政策制定上，對這個問題關注不太夠。

我們來看看過去50年裏三大糧食，玉米、水稻、小麥，它們生產發生了什麼樣的變化。總體來説，過去50年，這幾大作物產量基本上是按照每年1%的速度遞增，就是每年增產1%。國際水稻所做了一個技術預測，要實現糧食安全的目標，起碼是做到1.2%，最好能達到1.5%，如果我們要做到1.2%、1.5%，我們要做什麼呢？無論是中期、短期還是長期，都是要提高品種的潛力，這就是關鍵，也就是説要做作物育種。我要跟大家分享的就是作物育種的新趨勢，我一共列了八大趨勢，今天想跟大家討論其中五個趨勢。

第一個趨勢就是轉基因作物大規模產業化。這是最近二十年當中，作物育種當中發生最重要的事情，就是轉基因作物大規模產業化。過去二三十年有里程碑的事情，從轉基因作物培育成功，到1994年批准上市，到2006年達到1億公頃,。1983年首例轉基因植物培育成功，也就是説轉基因技術成為作物育種發展的主要引擎之一。

這是大家最近經常聽到一個數字，2012年全世界一共種植了1.7億公頃的轉基因作物，遠遠超過了中國要力保的耕地紅線。英國有一家研究所做了效益的評估，列了六個方面的效益，少用殺蟲劑、除草劑；有效控制害蟲和雜草；能夠做到免耕、保護土壤；減少二氧化碳排放；增加食品安全性、有益於健康；提高產量，增加農民的收入。

轉基因作物在種植的地區，正在推動農業方式的變革，什麼樣的變革？一個是不用除草劑，甚至是免耕，這是一個很大的事情，種田免去了耕種，這是多好的事情。抗病蟲作物減少了病蟲害之憂，不擔心病蟲害危害，所以美國種植轉基因的農民説你需要做的就是播種，有種就有收。我看了這個方式，按照我們中國的需求，我上次説一個傻瓜相機式的種田方式，傻瓜相機就是很簡單、很容易，但有人説手機比傻瓜相機更好，手機拿起來打電話、也可以照相，希望這樣一種方式發生，一顆種子扔到田裏，你就不用管了，這就是它的事了，也就是説種子要有足夠的技術含量，就像我們現在的手機一樣。

有媒體朋友説要加強管理，要立法，我們國家在農業轉基因生物安全方面是有法的，而且還挺早。而我本人又正好是早期的主要推動者之一，我們現行的農業轉基因生物安全性評價最早第一版就是我起草的，就是打伊拉克戰爭的這一天（具體時間我不記得）。其實還是一波科學家主動在推動這個事，世界範圍內對這個東西都很關注，我們也應該有關注，這才有了1993年國家科委出了基因工程安全管理辦法，才到農業部出了農業生物基因工程安全管理實施辦法，1997年成立了辦公室授予轉基因安全性評價，批准了很多轉基因的好多產品，包括番茄、棉花等等。但非常遺憾的是1997年到現在沒有增加任何的品種。2006年法規等級上升，變成了國務院條例，2001年5月23日發佈的國務院條例。大家比較過國內國外的法規，認為中國的法規管理程度非常嚴謹，這個不多説。

中國推廣轉基因最大的一件事就是轉基因棉花，轉基因棉花獲得了大面積推廣。2008年啓動轉基因專項的時候，有380萬公頃，以後也沒有大的增加，就這380萬公頃，減少了農藥用量約80餘萬噸，增加了農民效益，而且農民中毒的事故大大減少。還有一個附帶效應，可能在座的未必知道，就是中國農科院做的一個研究結果，記得2007年在討論轉基因抗蟲棉批准生產以後出現了什麼呢，因為棉鈴蟲什麼都吃，只要是綠色植物都吃，推廣抗蟲棉是不是意味着別的作物要受更大的損失，但是種下來實際結果並不是這樣的，在推廣抗蟲棉的地區，不僅棉花沒有遭殃，而且其他作物也得到了很好的保護。後來他們有一個解釋，第一代棉鈴蟲下田的時候，就是第一代蟲卵非靠棉花不可，但是你第一代棉花抗蟲了，使得蟲卵大大減少，也就是説使其他農作物都受到了非常好的保護。這意味着以後種其他的作物也會發生其他的事情。

下面説水稻。水稻也有跟棉鈴蟲相似的蟲叫螟蟲，水稻二化螟、三化螟造成的損失是115億元的人民幣，這是2002年所做的統計。意義還不僅僅在於此，還在於少用了很多農藥。今年湖北省農業廳發了一個公告，説不打農藥糧食收成僅有20%，也就是説今天吃的稻米，80%是靠農藥來的。現狀就是這樣的。這是2008年生產的轉基因稻米——轉基因抗蟲水稻，這是08年7月份所拍攝的照片，大家看非轉基因的稻米，在不打農藥的情況下，被螟蟲吃得乾乾淨淨。然後我們在湖北做生產性的實驗，北京來了一個專家，到湖北仙桃做農户調查，這是調查的實際結果，每畝少投入八九十元的人民幣，少打農藥、少用工、少灌水，減少中毒中暑的危險。

也做過一些實驗，十幾年安全性評估也在探索中度過。剛開始做的時候，國家也沒有具體的規定，評估應該怎麼做？我們就找到湖北省疾病預防控制中心，他們就做了這麼一些實驗。急性毒性、三項致癌突變、傳統致畸實驗、三代繁殖（每代6-7個月）、慢性毒性（200只大鼠，106周）、致瘤試驗等等。後來農業部説你做的不算，我們按照新的法規、新的標準做新的試驗，而且需獨立做，你們只提供稻米，這就是得到的結果：TT51（華恢1號）摻入飼料喂飼大鼠90天，動物活動、生長未見異常，被毛濃密有光澤；與親本稻米（明恢63）比較，未發現TT51（華恢1號）對試驗大鼠體重、食物利用率、血液學指標、血生化指標、臟器重量、髒體比以及組織病理學觀察有生物學意義的改變。

另外農業部農產品質量監督檢驗測試中心（北京），即中國農業大學食品科學院做的試驗。得到的結論是什麼呢？轉基因抗蟲水稻與非轉基因水稻具有同樣的實用安全性。這是2009年農業部頒發轉基因水稻安全證書。那個時候拿到安全證書的時候，我就説，我們還需要品種的審定，還需要生產許可證，還需要經營許可證。在沒有這些證書之前，安全證書就等於這些證書，做棉花的都是這樣過的，但到水稻這裏，這些證書每一個都是一個門檻，而且這些門檻的高度很深，今天你看它可能是一尺，明天就是二尺，當初我估計產業化至少四年，到今天正好是四年。但今天跟2009年相比，不是更近了，而是更遠了。但我們並沒有很悲傷，在過去四年當中做了很多事情，拿到了安全證書的華恢1號培育出大批抗蟲衍生品系，包括不育系、恢復系，以及優良的雜交稻組合，其中有20個組合進行了生產性試驗，也就是説只等批准產業化那一天了。

另外還可以做雙價基因的抗蟲水稻，把一個抗蟲基因水稻種到田裏，推到生產當中以後，害蟲會產生抗性，可能不會有太長的時間，抗蟲基因就不管用了，所以昆蟲學家推薦是用兩個抗性基因同時推出。按照大家説的概率，如果説一個抗蟲基因發生突變的概念是十的負六次方，兩個抗蟲基因的概率就大大變低，如果一個基因可以管十年，兩個基因原則上就可以管一百年，所以這一輩子就不用擔心，所以我們就努力做雙價基因。

還有一種做法就是組織特異性表達，抗蟲蛋白只在害蟲進食的綠色組織部分表達，人吃的部分不表達，就是稻米當中沒有這個東西。所以轉基因水稻已經具備了大規模產業化的條件和技術儲備，當前的困境是國家轉基因產業化的發展停止，無法實現轉基因水稻的產業化。我個人認為，錯失重大機遇。

簡單介紹一下轉基因技術的新趨勢。包括無標記轉基因技術（進一步降低安全性風險）、質體轉化（轉基因不隨花粉傳播）、多基因轉化（多性狀同步改良）、時空特異性表達（在食用部分無轉基因產物）、精確定點轉化、無外源DNA序列載體（做水稻就用水稻做載體）、轉基因技術培育非轉基因作物、不需組織培養。這是新的技術趨勢。

轉基因作物可以培育出一些其他的產品，能源作物以及營養健康食品，以及環境污染治理的植物，以及植物反應器，生產別的一些代用品，用植物來做。

發展趨勢二，就是基因組研究的迅猛發展。

因在水稻育種方面的突出貢獻，張啓發於2016、2018年連續兩屆國家最高科學技術獎二等獎

水稻是率先完成基因測序，接下來是要做功能基因組研究。功能基因組做什麼？把DNA測序測出來，然後把基因進行改良。功能基因組研究有這麼一種意義，大家都在説我們關注基因的知識產權，基因的知識產權是有數量的，比如説水稻，現在數字説是有五萬個基因，成了全世界搶奪的目標。一個塘裏有多少魚，大家都去撈，撈完之後，下一波就沒有了，所謂的功能基因組就是做這個。國家願意做就是看重了這個東西。我們也在搶這幾條“魚”。

舉個例子，Ghd7：控制每穗粒數、株高和抽穗期的多效性基因，是管產量的基因，一個基因可以改變產量，通過轉基因技術或者其他技術，我們看到基因的效果非常大，他的株高可以差一尺，開花時間差一個月，產量差70%，甚至一倍。GS3，決定籽粒大小的主效QTL，是粒子大小的基因，這也很重要，因為粒子大小，不管是產量還是品質，都很重要。pms3, lncRNA調控光敏不育，是光敏不育基因，經過了25年漫長曆程，到2012年才克隆出這個基因。還有S5，秈粳不育/廣親和基因，秈稻、粳稻兩個結合了，生的小孩很大，但不育，所以我們下一步做的目標就是秈粳稻優勢的利用。以及抗蟲的基因、抗旱的基因，這是最近十幾年克隆水稻基因的數量。我們看到2000年以前沒有什麼基因，到現在不僅克隆基因質量增加，數量也在增加。按照類型來分，有產量類型、抗蟲類型、營養高效類型、品質類型、開花類型等等，現在全世界範圍內克隆了1800多個基因。

水稻功能基因組長遠目標，確定全部基因生物學功能，這是我們發起的一個計劃，全世界有一個比較鬆散的合作，做水稻功能基因組的研究，提出了一個目標，到2020年我們希望基本弄清楚水稻全部基因的功能，同時做育種。

趨勢三就是基因組做育種。我們全部都有基因組的信息，用它來做選擇，關注農業的朋友大家都知道，過去做做育種是一個勞動密集型產業，科學成分不是很多，現在利用基因組做技術，有可能改變這個狀況，可以極大地提高育種選擇效率和精確性。我們研究出來一個水稻育種的芯片，用芯片做全基因組選擇育種。同時針對我們關注的一個現狀，比如説抗蟲、抗旱，也可以進行選擇。水稻基因組育種的時代已經到來，基因組技術跟轉基因技術應該構成將來若干年的兩大支柱技術，支撐作物育種不斷前進。

趨勢四，育種目標的發展。我開篇就談到了食品安全的問題，接下來要問作物育種何處去？作物育種向哪裏走，回應的應該是整個社會的需求，就是社會發展對作物育種有什麼樣的需求？或者説需求是怎樣變化的？它決定了作物育種向何處去。

傳統的育種目標，小時候我們天天關注一件事情，即產量，一直到90年代，育種目標還是產量，後來加了“品質”，但在國家品種審定辦法裏成不成為品種就是看你有沒有產量的增加，所以產量還是唯一目標。我認為正在轉型當中的育種目標就是可持續發展與兩型農業，就是資源節約型和環境友好型建設，導致目標不斷轉型，這就是關注可持續發展。進一步還要關注就是消費者營養與健康、生產者效應、農民福祉，都是我們應該關注的，也就是説農業生產不僅要關注產量還要關注更多事情。也就是説社會進步對品種需求是不斷發展的。

我國作物生產的主要問題有什麼？剛才已經講了農業生產就是病蟲危害、農藥、化學肥料等等，過去三十年，農藥化肥跟水稻產量的關係，大家看一下，農藥、化肥都是不斷增加的，儘管如此，水污染、水短缺已然是重要的問題，非點源污染控制方面面臨日益嚴峻的挑戰，包括化肥農藥的不當使用所帶來的污染以及大規模畜牧業生產設施的排放等。我最近關注南方稻米重金屬超標的問題，大家以為沒有什麼別的説法，就是重工業的污染，但仔細分析下來，有它的原因，第一大原因就是土壤偏酸，偏酸原因是過多地施氮肥，部分稻田受周圍的工礦污染，罪魁禍首就是氮肥的使用。我們把環境搞得一團糟，去年糧食自給率降到90%以下，肉類進口也是快速增加了，這個問題是比較嚴峻的，我們提出來“呼喚第二次綠色革命”，這個命題我們已經提了十多年了。我們認為第二次綠色革命不再是提高產量，僅僅提高產量的技術不再成為是第二次綠色革命，第二次綠色革命就是“少投入、多產出、保護環境”，十個字缺一不可。我們提出來要做綠色超級稻，少打農藥、少施化肥，節水抗旱，保護環境。這是我們的技術路線圖。

綠色超級稻在科技部成為重大項目，也由農業部培育了一段時間，科技部列為863項目，現在正在啓動新一輪的綠色超級稻，同時也作為國際農業合作的模式動員大家合作。中國科學家主導，非洲以及東南亞國家都來參加，利用中國技術提高他們的水稻生產力。

以上這是關於環境和資源的可持續發展。

袁隆平與張啓發合作推進轉基因研發

作物育種與人類營養和健康關係非常密切，我以前做學生的時候，健康就是吃飽肚子，鍛鍊身體，有病找醫生，三要素就夠了。但我現在不這樣認為，通過學習我認識到健康取決於營養，營養來自於食品，營養在健康當中的作用跟找醫生、鍛鍊身體作用一樣。

有一個項目叫生物強化，這是糧農組織支持的重大項目，這是幾十年的計劃，主要做三個東西，一個是鐵、一個是鋅，一個是維生素A。現在做法是通過作物育種增加食品當中這幾個東西的含量，進展不錯。其中有一個很有代表性的東西就是維生素A，夜盲症是缺乏維生素A的典型症狀，以及人體免疫力下降等等。有統計顯示，全世界有1.9億的學齡前兒童，跟1900萬孕婦都是缺乏維生素A的，這是一個數字，67萬小孩因為缺乏維生素A而死亡，有35萬兒童失明，重症地區就是東南亞地區以及非洲國家。

這是β—胡蘿蔔素合成途徑培育金稻米，2005年改進之後，使得金稻米β—胡蘿蔔素含量提高，一個小孩、一個孕婦只要吃夠該吃的稻米量，就不再缺乏維生素A。國際上檢測了一下轉化效率，應該是説很有用的。

另外從研發技術上講，在穀物裏還關注一個抗性澱粉的含量，凡是有點肥胖的人，都可以吃這個東西得到改進，比如説糖尿病、心腦血管病，這個還在研發當中。還有一個要特別推薦給大家的，你看看轉基因的西紅柿，紅顏色變成紫顏色，增加的是什麼？花青素。小白鼠添加了紫西紅柿之後壽命大大增加，達到30%。所以説你本來活80歲的，憑紫番茄可以達到100歲。

趨勢五，育種市場化和集約化，導致國內有一個新的説法叫生物種業。生物技術與信息技術對育種的全副武裝、高度的技術集約和整合、全球化的育種體系以及國際化的種業市場導致了生物種業的發展。這是主要國家種子市場佔全球市場的份額，我們看到美國是最大的，但並不是一成不變的。這是美國的育種程序，基本上都是一半在實驗室，一半在田業，大的種業公司都有全球化的研發基地，全球化的育種基地，材料在全世界到處都有種，所以一個東西好不好，全世界都有反應，東方不亮西方亮。

2008年，國家説要出台新型戰略產業計劃，在那一年國家要啓動轉基因專項，我做了很多的調研，用了很多的數據，收了很多的資料。我國的生命科學研發實力應能支撐農業生物技術種業，問題就是體制機制的問題，嚴重存在生命科學研究、育種、產業化相互脱節的三張皮現象；種子公司多（8752家）而亂、規模小，效益低、競爭力差，基本無研發；生產上品種數量多、雷同度高、技術含量低，單品種覆蓋面積小；國家對育種的建設投入過於分散，低水平重複；以目前機制，國家投入越多，分散重複現象將越嚴重。

我認為要做強大的企業，尤其是要做國家企業來抗衡國際巨頭，其他途徑也不是絕對不可以，但在當前形勢下速度還是慢了。我個人認為，轉基因水稻產業化可以提供一個重大的機遇，可以催生非常大的企業，並可以開拓國際市場，增加國際競爭力。感到欣慰的是，經過了一段時間折騰之後，中華人民共和國國務院出台了加快推進現代農作物種業發展的規劃，在這樣一些大的背景下，中國種子集團打造中國種子生命科學技術中心，希望成為我國種業大型生物技術研發基地，希望它能夠與國際大的公司、農業生物巨頭抗衡。希望通過八到十年的努力，發展成為世界一流的生物技術種子企業，目前落户武漢國家生物產業基地。希望組建的是交響樂隊式的育種合作模式，有指揮有團隊，配有最好的音樂與品種，推動育種範式的革命，這個革命能夠成為領導潮流的綠色超級品種，建立在學術思想、建立在品種支援，建立在生命科學技術，建立在育種選擇策略上，努力為國家糧食安全提供很好的保障。這是我要跟大家分享的內容，謝謝！

2018年，李家洋、袁隆平、張啓發三位中國科學家因系統性地研究水稻特定性狀的分子機制和採用新技術選育高產優質水稻新品種中的開創性貢獻摘得“生命科學獎”。

提問者：我替很多媒體朋友問一個問題，希望張先生給予回答。到目前為止，我們國家高層包括農業部和國務院，以及政治局這個高度，他們對轉基因技術在中國的發展究竟是持怎樣的一種態度。其次從去年開始，我知道張先生也參加了一些科學家給國家高層的上書，這些上書到目前有怎樣的結果？謝謝！

張啓發：我也不是官員，當的最大官就是華中農業大學生命科學技術學院的院長，這個院長而且也只有最後兩個月了，馬上要下了（注：張啓發已經60歲，主動要求換年輕的學者來當院長）。所以國家高層是怎麼理解的，實在不是特別清楚，儘管參加過一些座談或者是當面的接觸。但是，我們一直在努力，大家可能知道，2001年10月31日的時候，應該説十幾年前，朱鎔基做總理的時候，我去講過一次，今天的PPT有幾張還有那個時候的痕跡，也就是説一直在努力推動。後來我們看到的一個成果就是，講完了之後，一些生物技術的專家以及農業部領導們，大家回頭合計了一下，覺得還是需要推動一下，後來就寫了一個諮詢報告，2004年送上去，也有批覆下來，我們看到比較大的動作就是後來啓動了一個重大專項。

最近我們也一直在努力，包括我們跟總理座談的時候，有機會也去進言一下，前年胡錦濤同志視察湖北，給我們指定的內容就是彙報轉基因水稻，但彙報完了之後，新華社發的稿子裏面就沒有發轉基因水稻，説有一些環節還是有問題。但我們一直在努力，這些專家們一直在努力，我比較欣慰的是海外也有一波專家，大家也有相當高的共識，最近49位做生物醫藥的專家，這些都是在海外學有所成，寫了一個給我國的建議，希望推動轉基因農作物產業化，據我瞭解，得到我國領導人非常正面的積極的回應。

國內61位院士也向習近平主席以及李克強總理也上了一個進言，也建議要推動轉基因的產業化，就是我剛才講的，我們再這樣做下去，研發是在投入，知識產權的比例越來越大，但產業老是不動，這是對我國來説非常不利的，比不做的國家還要糟糕。於是61位專家寫了一個建議，據説也引起了領導的高度關注，我們一直在做這些事，能夠做到什麼程度，我很難説。謝謝！

提問者：轉基因產品在中國產業化推廣方面，就算國家馬上批准的話，多快可以在全國進行全面產業化推廣？

張啓發：現在遇到的困難還很多，我剛才説了一個東西，過去幾年來，培育了很大量的新品種，雜交稻都有了抗蟲基因，但現在企業還是比較弱小，企業不夠強大，我估計企業對推動這個東西的興趣是非常之強大的。很多企業興趣很強大，但還存在着要理順關係的問題。無論是需求還是供給的能力，都足以使他比如説五年內可以做到很大面積的推廣，推廣到品種可以覆蓋的地方，推廣到螟蟲會大面積發生的地方，我估計都可以，大概就是五年左右的時間。但有一條請你理解，即便是有需求的都覆蓋了，但在中國所佔的面積不會特別大，棉花、水稻發蟲的季節不會那麼大，長江流域為界、黃河流域為界，大概只有這個需求，不會做到全中國都會種轉基因品種。