中國網/中國發展門戶網訊 國以農為本，農以種為先。種業是確保糧食安全乃至國家安全的關鍵。據聯合國糧食及農業組織資料顯示，良種是推動全球作物產量顯著提升的重要因素，良種增產貢獻率在?20?世紀達到了?50%。生物種業是利用各種生物技術培育生物新品種的戰略性和基礎性核心產業，涉及的育種技術主要包括雜交育種、分子標記輔助育種、轉基因育種、基因編輯育種、基因組選擇育種和設計育種等。

近年來，我國生物種業取得長足發展，有力保障了國內糧食和重要農產品的穩定供給，但同時也面臨一系列挑戰。例如，大豆、玉米等飼料糧大量進口且單產水平與發達國家具有較大差距；部分優質果品、高檔蔬菜等種源仍然依賴進口；奶牛、白羽肉雞等畜禽核心種源仍依賴進口。為確保糧食安全，打贏種業翻身仗，我國迫切需要通過科技創新提高生物種業的競爭力。

本文從全產業鏈視角出發，利用情報學研究方法深入研究全球生物種業的發展趨勢，分析全球種業科技創新競爭態勢，重點剖析我國生物種業發展的現狀及瓶頸，為我國生物種業發展戰略研究提供借鑒。

全球生物種業創新發展趨勢

全球種業迎來以基因編輯、合成生物學和人工智能等技術融合發展為標志的智能育種時代

全球種業經歷了原始育種、常規育種、分子育種3?個時代，正進入?4.0?時代——智能育種時代，育種精準性和效率大幅提高。近年來，基因編輯育種、基因組選擇育種、設計育種等重要育種技術快速發展，相關發表論文數量占生物育種領域發表論文總量的比例逐年增加（圖?1）。同時，多國放松基因編輯產品監管。例如，美國和日本已批準多款基因編輯農產品上市，包括高油酸大豆油、富含γ-氨基丁酸番茄、肉量增加的紅鯛魚、生長速度翻倍的河豚及高支鏈淀粉含量的糯玉米。

智能育種成為種業發展新興前沿，育種范式正從“試驗選優”向“計算選優”轉變。近年來，一些發達國家/地區紛紛加強了智能育種前瞻布局。2018—2021?年，日本向智能育種領域投入?11.48?億日元（約?5?800?萬元人民幣），開發基因編輯和數據驅動育種的基礎技術。2021?年，美國投入?2?500?萬美元（約?1.7?億元人民幣）成立可編程植物系統研究中心（CROPPS），促進數字生物學新領域發展。同年，荷蘭投入約?5?000?萬歐元（約?3.6?億元人民幣）開展人工智能育種計劃?Plant-XR。各大育種公司也在大力推進智能育種研發。例如，先正達和巴斯夫等種業巨頭紛紛與基因組大數據公司?NRGene?合作開發智能育種技術。

生物種業發展為高研發投入、高市場集中度產業

隨著生物技術、數字技術與種業的融合發展，生物種業成為研發密集型產業。2018?年，全球前?10?名的種子企業研發投入合計?40?億美元，種業平均研發投入約為銷售額?15%，與制藥業相當。據美國風投平臺?AgFunder?統計，2021?年全球農業生物技術產業吸引了?26?億美元風險投資，資金主要流向基因編輯、合成生物學、數字基因組等領域。國際種業競爭日益激烈，經歷多次兼并后，被拜耳、科迪華、先正達、巴斯夫等大型跨國企業掌控，市場高度集中。2020?年，全球銷售額前?6?名的種子企業全球市場份額高達?58%。其中，拜耳、科迪華以絕對優勢領先，合計銷售額占全球的?40%。

全球生物種業科技競爭力分析

中國和美國處于全球生物種業科技產出第一梯隊

近?30?年來，生物種業科技創新速度加快，全球每年發表論文數量和授權專利數量均呈現增長趨勢。其中，美國和中國發表論文數量和授權專利數量遠高于其他國家，處于第一梯隊（表?1）。中國生物種業領域發表論文數量和授權專利數量分別位居全球第?1?位和第?2?位；科技產出增速明顯，年度發表論文數量和年度授權專利數量分別在?2010?年和?2020?年超越美國，排名全球首位。美國發表論文數量和授權專利數量分別排名全球第?2?位和第?1?位，其中授權專利數量占全球的?51.6%，技術創新能力突出。除了中美兩國，日本、德國、法國等發達國家生物種業科技創新能力較強，發表論文數量和授權專利數量排名全球前?10?位。

美國在育種基礎理論研究和核心技術創新方面表現突出

育種基礎理論研究是種業創新的源泉，其代表性的核心論文將對應用研究和技術研發產生廣泛影響。將育種技術領域中被專利引用次數和被論文引用次數排名均在前?1%?且經過人工篩選的論文作為核心論文，分析后發現，美國發表了全球?62%?的育種核心論文，主要集中在轉基因育種、分子標記輔助選擇育種、基因組選擇育種、基因編輯育種領域；除美國之外，日本、比利時等國家在育種理論創新方面也具有一定優勢，而我國育種領域重大理論創新方面幾乎空白；同時，美國持有全球?80%?的核心專利，在育種技術開發方面具有壟斷地位，中國持有的核心專利僅為美國的?1/28，差距巨大。

全球種業巨頭產業實力和創新能力表現突出

全球種業經過數輪兼并重組，形成了拜耳、科迪華和先正達三大巨頭鼎立的局面。2020?年，拜耳、科迪華和先正達種子銷售額為全球前?3?位，分別占全球種子銷售額的?23%、17%?和?7%。從創新能力來看，3?家企業分別持有全球?41.7%、27.5%?和?3.9%?的核心專利，其中前兩者共持有全球?69.2%?的核心專利，表現非常突出。

我國生物種業發展現狀與問題分析

我國種業競爭力有待提高，企業尚未成為創新主體

種業市場大而不強，市場集中度較低。“十三五”期間，我國年均種子產值?1?200?億元人民幣，是全球第二大種子市場。我國種業企業先正達、隆平高科入選全球營收前?10?名種企榜單。但與發達國家相比，我國產業競爭力仍存在較大差距。①我國農作物種子進出口貿易長期處于逆差地位，2020?年逆差額為?4.93?萬噸，優質飼草種子等仍需大量進口。②我國育種企業小而多，市場競爭力和集中度較低。2020?年，除去被中國化工集團公司收購的瑞士先正達公司，我國生物種業公司實現銷售收入?777?億元人民幣，其中銷售收入超?20?億元人民幣的企業僅?1?家，這些本土企業收入總額約為拜耳?1?家公司的種子銷售額（103?億美元，約?700?億元人民幣）。本土銷售收入前?10?位的企業共占我國市場份額不到?15%，而拜耳、科迪華?2?家種業巨頭共占全球市場份額?40%。

企業尚未發揮創新主體作用，研發投入少，核心競爭力較弱。企業尚未成為我國生物種業創新主體，僅掌握我國?36%?的核心專利，大部分核心專利來自大學和研究機構，創新主體功能錯位導致先進育種技術商業化緩慢。我國企業研發投入較低，2020?年研發投入?56?億元人民幣，占銷售額?7%，而世界三大種業巨頭的研發投入通常占其銷售額的?12%?以上。我國企業技術創新能力不足，其中領軍企業先正達、隆平高科共掌握全球?4%?的核心專利，而歐美巨頭拜耳、科迪華共掌握全球?69.2%?的核心專利。

我國生物種業科技創新核心競爭力不足，基因編輯等育種技術商業化發展相對滯后

生物種業基礎研究缺少源頭創新，技術布局有待進一步優化。生物種業創新高度依賴優異基因挖掘和育種技術創新。我國在優異基因挖掘方面落后于發達國家，缺少自主發現的具有重大產業價值的關鍵基因，作物種質資源利用率僅為?3%—5%，復雜性狀分子調控機理尚未取得突破。我國育種技術理論創新較少，大部分原創技術來自歐美發達國家。我國重要育種技術研究布局落后于美國。截至?2021?年，我國在基因編輯育種、基因組選擇育種、設計育種領域發表的論文數量占本國育種技術相關論文總量的?18%，而美國這一比例高達?34%，尤其是我國基因組選擇育種、設計育種技術論文量占比僅為?2%、5%，遠落后于美國（均為?13%）。

生物種業核心專利數量遠遠落后于美國，關鍵核心專利被國外掌控。我國僅持有全球?7%?的生物種業相關核心專利，而美國占比高達?80%。從專利布局看，歐美發達國家已掌握基因編輯等生物種業底層技術的核心專利，我國僅有少量核心專利布局在底層技術應用研發方面，育種技術研發難以繞開國外核心專利，產品產業化將面臨知識產權方面制約。

缺乏具有重大應用前景的突破性新品種。我國主要農作物自主選育品種面積占比超?95%，但大部分品種缺乏創新和市場競爭力，同質化現象嚴重，缺少能大面積推廣的優勢品種。2020?年，我國推廣面積超?1?000?萬畝的農作物品種僅?9?個，水稻、小麥、玉米和大豆等主要農作物中，排名前?10?位的品種合計推廣面積不超過總推廣面積的?32%。此外，我國基因編輯產品商業化進度落后于美國和日本。美、日兩國共有?5?款基因編輯農產品批準上市，而我國目前僅有?1?款國產高油酸基因編輯大豆下發了首個，也是唯一一個農用基因編輯生物安全證書。據歐盟委員會新基因技術數據平臺預測，未來?5—10?年全球將有?150?余種基因編輯產品投放市場，其中我國可上市產品數量不及美國的?16%。

我國口糧育種科技水平相對較高，其他物種有待進一步提高

水稻和小麥等口糧供應有保障，水稻育種水平較高。從供給情況看，近?5?年我國水稻和小麥平均自給率超?100%，供給總體安全。從單產水平看，我國水稻和小麥單產為全球平均水平的?1.5?倍和?1.6?倍。從育種水平看，水稻方面已達國際領先水平，核心專利數量居全球首位，占全球水稻領域核心專利的?29.6%；小麥方面育種水平有待進一步提高，核心專利數量占全球?4.5%，不足美國的?1/10。

玉米、大豆等飼料糧供需缺口不斷擴大，育種科技水平與美國差距顯著。從供給情況看，近?5?年我國玉米、大豆平均自給率分別為?96%、15%，大豆對外依存度極高，進口量長期保持在?8?000?萬噸以上。從單產水平看，我國玉米、大豆單產是美國的?59%、58%，仍有較大提升空間。從育種科技水平看，我國玉米、大豆核心專利數量均不超過?40?件，不足美國的?1%，而美國持有的玉米、大豆核心專利數量分別占全球?89.0%、93.6%，具有絕對優勢。

大部分畜禽生產基本自足，育種科技水平遠低于美國等主要國家。從供給情況看，近?5?年我國豬肉、牛肉、羊肉、雞肉的平均自給率分別為?95%、80%、94%、99%，除牛肉外其他品種基本自足。從生產水平看，畜禽總體生產水平偏低，尤其是肉牛和奶牛。2020?年，我國豬、肉牛、羊、雞胴體重分別為全球平均水平?81%、65%、104%、85%，奶牛產奶量約為全球平均水平?65%。從育種科技水平看，我國持有全球畜禽育種領域?22.1%?的核心專利，僅次于美國的?36.7%，但專利的海外布局較少，遠低于美國等發達國家。從種源供給來看，我國曾祖代種豬和白羽肉雞祖代種雞等主流畜禽品種核心種源依賴進口，缺乏專用型肉牛和奶牛品種，畜禽部分種源供給有待加強。

蔬菜生產水平較高，但育種科技水平與發達國家存在較大差距。從供給情況看，我國蔬菜產量居全球首位，約占全球總產量?52%。近?5?年，我國蔬菜平均自給率超?100%，是蔬菜出口大國，年度凈出口量約?900?萬噸，約占全球出口貿易總量?15%。從生產水平看，近?5?年我國蔬菜平均單產水平為全球平均水平?1.3?倍。但從育種科技水平看，我國蔬菜領域核心專利數量僅為?14?件，僅占全球的?2.2%，遠低于美國的?263?件和荷蘭的?187?件，差距較大。從種源供給看，我國胡蘿卜、菠菜、洋蔥、高端番茄品種、甜菜等種子進口依賴度超?90%，部分種源供給有待加強。

建議

加強種業頂層設計，優化育種研究布局。確保新時期的糧食安全，我國必須全面優化種業頂層設計。①加強基礎研究布局，提高種質資源鑒定和優異基因挖掘兩方面創新能力，加強生物種業基礎理論研究，確保育種創新源頭活水。②加強重要育種技術研究布局，高度重視基因編輯育種、基因組選擇育種和設計育種等技術開發，爭取在新一輪種業變革中擴大競爭優勢。③加強種源供給研究布局，重點加強飼草、飼料糧、畜禽等需求缺口較大的農產品育種創新，早日實現種源自給自足。

加強生物種業關鍵技術開發，大力發展智能育種技術。我國生物種業科技創新核心競爭力遠遠落后于歐美發達國家。基因編輯等關鍵底層技術主要來自歐美發達國家，我國應加強核心技術研發，開發自主知識產權的新型基因編輯工具和合成生物學技術，避免核心技術知識產權制約。面對即將到來的智能育種時代，歐美主要國家和大型育種企業紛紛加強智能育種技術開發和數據平臺建設。我國在這方面起步較晚，應加快進行計算育種等方面的前瞻布局，建立自主可控的生物數據平臺和核心儀器設備保障體系，推進新興生物技術、大數據、人工智能等在育種中的應用。

進一步優化育種創新鏈，并引導企業發揮創新主體作用。我國生物種業創新鏈各級主體功能錯位，應鼓勵高校及科研院所、農業科研院校、企業等分別主攻原創性基礎研究、應用基礎研究、產品研發，打造分工明確、高效協作的生物種業創新鏈。在企業培育方面，我國應制定差別化扶持政策：一方面加快培育航母型領軍企業，推動種子企業通過兼并重組擴大規模，支持企業建立規模化研發平臺和創新聯合體，推動資源、人才、資本向企業聚集。另一方面加緊孕育一批專業化平臺企業，瞄準前沿核心技術，鼓勵優秀科研人員參與創新，在產業鏈重點環節提供專業化技術或服務。

（作者：遲培娟、謝華玲、趙萍、陳芳，中國科學院文獻情報中心；吳寧，中國科學院大學經濟與管理學院；田志喜、楊維才，中國科學院遺傳與發育生物學研究所；楊艷萍，中國科學院文獻情報中心、中國科學院大學經濟與管理學院；編審：楊柳春，《中國科學院院刊》供稿）