“勤奮基因”、高油酸大豆、含胡蘿卜素的“金米”……這些不是科學(xué)家們的奇思妙想，而是正在逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實，并可能帶來生物產(chǎn)業(yè)的革命性變化。隨著新一代生物技術(shù)的發(fā)展，資源環(huán)境以及農(nóng)民、消費者的利益受到更多的重視，全球生物產(chǎn)業(yè)進入了2.0時代。
《經(jīng)濟參考報》記者就全球生物技術(shù)的發(fā)展前沿專訪植保(中國)協(xié)會、孟山都、杜邦等跨國機構(gòu)和企業(yè)負(fù)責(zé)人，力求為讀者盡可能詳細(xì)地描述一幅生物產(chǎn)業(yè)的藍圖。
各國競爭生物技術(shù)制高點
“盡管時常聽到對轉(zhuǎn)基因有不同的聲音，但現(xiàn)在不管是歐美發(fā)達國家還是發(fā)展中國家，都將生物技術(shù)的研發(fā)放在非常重要的位置，作為戰(zhàn)略制高點�！泵仙蕉贾袊锛夹g(shù)研發(fā)中心總經(jīng)理張蓓接受《經(jīng)濟參考報》記者采訪時說。
國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織(ISAAA)2011年的報告顯示，1996年轉(zhuǎn)基因作物的種植面積為170萬公頃，2011年已達到1.6億公頃，增長94倍，這一增長使得轉(zhuǎn)基因技術(shù)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)史上應(yīng)用最為迅速的作物技術(shù)。
美國是轉(zhuǎn)基因作物的主要種植國，其種植面積為6900萬公頃(占全球43%)。2011年美國轉(zhuǎn)基因玉米和棉花增長尤為迅速，且重新開始種植抗除草劑苜蓿。2011年12月1日，美國的抗病毒番木瓜正式獲批在日本被作為新鮮水果/食品上市銷售。
歐盟轉(zhuǎn)基因抗蟲BT玉米種植面積達到11.45萬公頃，比2010年增加了26%即2.33萬公頃。如獲審批，一種抗晚疫病馬鈴薯“Fortuna”將在2014年上市，這可能成為一種重要產(chǎn)品，以滿足歐盟政策及環(huán)境需求，并且可以通過大量減少殺菌劑應(yīng)用和降低生產(chǎn)損失來實現(xiàn)馬鈴薯的可持續(xù)生產(chǎn)。
巴西成為轉(zhuǎn)基因作物的增長引擎。該國首次批準(zhǔn)了抗蟲和耐除草劑復(fù)合性狀大豆，并將于2012年商業(yè)化 。年預(yù)算為10億
美元的公共機構(gòu)EMBRAPA，獲批商業(yè)化生產(chǎn)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗病毒大豆(水稻和大豆為拉丁美洲的主要產(chǎn)品)。
張蓓介紹說，目前全球農(nóng)業(yè)方面的大公司，對生物技術(shù)的研發(fā)正朝著更多的方向發(fā)展，比如孟山都開始做轉(zhuǎn)基因小麥，先正達和杜邦有轉(zhuǎn)基因水稻。
據(jù)植保(中國)協(xié)會介紹，公共和私人部門的合作正為發(fā)展中國家?guī)頇C遇。比如蔬菜是高價值的作物，但由于種植面積較小，往往不是跨國公司的關(guān)注對象。但對于公共研究機構(gòu)和本地公司來說確是一個好機會，可以研發(fā)出適于本地和區(qū)域市場的產(chǎn)品，其中一個成功的例子是印度Mahyco公司研發(fā)的抗蟲Bt茄子。
生物農(nóng)業(yè)邁向第二代技術(shù)
農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的生物技術(shù)主要應(yīng)用于育種方面，包括轉(zhuǎn)基因技術(shù)、分子育種技術(shù)等。杜邦中國先鋒種子事務(wù)部產(chǎn)業(yè)與業(yè)務(wù)事務(wù)總監(jiān)張孟玉告訴《經(jīng)濟參考報》記者，“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗，一直是作物育種的目標(biāo)，而生物技術(shù)是實現(xiàn)這個目標(biāo)的最好、最快的技術(shù)”。
“高產(chǎn)”是發(fā)展生物農(nóng)業(yè)最重要的任務(wù)之一。張蓓認(rèn)為，怎么能從成千上萬的基因中真正找到提高產(chǎn)量的基因，這本身就是非常具有挑戰(zhàn)性的。孟山都正在研究一種“勤奮基因”，它能夠調(diào)節(jié)大豆的生物鐘。大豆一般要在早上7、8點后才開始生長活動，轉(zhuǎn)入這種基因后6點鐘就可以開始了，更多地利用白天時間，生長周期也更長。
先鋒公司則從制種環(huán)節(jié)入手，原創(chuàng)了一種玉米種子生產(chǎn)技術(shù)(SPT技術(shù))，不僅能夠提高種子產(chǎn)量，降低制種成本，而且能夠使種子純度更好，質(zhì)量更高，從而有利于產(chǎn)量的提升。
提升作物抗逆性是產(chǎn)量的重要保障，這方面國際上已經(jīng)取得了不少新進展。比如，玉米是非洲大陸廣泛種植的主糧作物，而玉米又非常容易受到頻繁的干旱天氣的影響，抗旱作物被認(rèn)為是整個作物改良項目中最重要的目標(biāo)。非洲農(nóng)業(yè)技術(shù)基因會(AATF)領(lǐng)導(dǎo)了一項公共-私人合作的伙伴項目——非洲抗旱玉米項目(WEMA)。該項目通過常規(guī)育種、分子標(biāo)記育種和生物技術(shù)等工具開發(fā)抗旱玉米。
張蓓介紹說，孟山都的第一代抗旱基因是從微生物里分離出來的，能夠更好應(yīng)對環(huán)境變化。把這種基因轉(zhuǎn)入玉米，將幫助植物在干旱的情況下更好地渡過難關(guān)。
為了應(yīng)對病蟲產(chǎn)生抗藥性等問題，復(fù)合性狀日益成為轉(zhuǎn)基因作物的一個重要的特色。國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織的報告稱，2011年，12個國家種植了兩種或更多性狀復(fù)合的轉(zhuǎn)基因作物，其種植面積占到了全球1.6億轉(zhuǎn)基因作物種植面積的四分之一。
張蓓說，孟山都的轉(zhuǎn)基因大豆最初是抗除草劑的，后來疊加兩種性狀，現(xiàn)在則可以做到8個基因、6種性狀疊加。比如抗蟲有兩套基因，具有不同的機制，大大降低抗性產(chǎn)生的可能性。
“第一代生物技術(shù)作物實現(xiàn)了產(chǎn)量的大量增長�！眹H農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織的報告稱，與之相比，第二代生物技術(shù)作物還可以提高產(chǎn)品產(chǎn)量，將為農(nóng)民提供更多新的驚喜。例如，富含維生素A的大米，不含反式脂肪、飽和脂肪含量減少、Omega-3含量豐富的大豆等優(yōu)質(zhì)特性將更加普及，可提供更多吸引消費者的混合特性。
杜邦中國先鋒種子事業(yè)部生物技術(shù)與法規(guī)事務(wù)總監(jiān)王琴芳接受《經(jīng)濟參考報》記者采訪時說，2010年杜邦先鋒利用大豆自身的基因研制成功了轉(zhuǎn)基因高油酸大豆，生產(chǎn)出的豆油中的油酸成分達到75%，不容易被氧化，存放時間更長；成分相當(dāng)于橄欖油，更有利于消費者的健康。
在一些營養(yǎng)匱乏地區(qū)，兒童由于缺乏胡蘿卜素而容易失明。據(jù)了解，2011年，菲律賓水稻研究所對帶有“金米”性狀(含有較高水平的β-胡蘿卜素)的品種展開限制性田間試驗，其結(jié)果和合規(guī)試驗結(jié)果將于2013年被提交給菲律賓當(dāng)局，預(yù)計“金米”將于2013/2014年在菲律賓首次進入市場。
生物能源：二代技術(shù)商業(yè)化在望
“隨著能源需求的增長，農(nóng)業(yè)生物技術(shù)也可以在滿足能源增長方面發(fā)揮作用�！敝脖�(中國)協(xié)會介紹說，比如乙醇來自玉米、甘蔗和其他作物，生物柴油則來自大豆和其他油籽作物的產(chǎn)物。與此同時，研究人員正在開發(fā)新的生物燃料。
據(jù)了解，針對生物燃料應(yīng)用專門設(shè)計的生物技術(shù)作物包括，在2011年在美國通過法規(guī)審批并允許流通和種植的α-淀粉玉米，通過該玉米生產(chǎn)的α-淀粉酶使淀粉轉(zhuǎn)化更加有效，消耗的能源更少，生產(chǎn)的乙醇也更便宜、更環(huán)保。
不過，如果玉米作為能源作物，畢竟存在著“與糧爭地、與人爭糧”的問題。研究人員將更多的目光放在了包括纖維素乙醇在內(nèi)的第二代生物乙醇技術(shù)，或者在鹽堿地上種植改良過的甜高粱、纖維素高粱等能源作物。
杜邦工業(yè)應(yīng)用生物科技事業(yè)部生物燃料亞太區(qū)業(yè)務(wù)總監(jiān)王建平告訴記者，第二代纖維素乙醇技術(shù)是把含有纖維素和半纖維素的秸稈等農(nóng)林廢棄物拿來，通過生物化工的技術(shù)讓其轉(zhuǎn)化成糖，然后發(fā)酵變成酒精，再與汽油混合成為生物燃料。按照吉林省的玉米種植面積，如果把玉米秸稈的50%拿來生產(chǎn)纖維素乙醇，可以建設(shè)25個年產(chǎn)75000噸的纖維素乙醇工廠。如果通過先進的種子技術(shù)將玉米畝產(chǎn)再提高20%，或可以再額外建設(shè)10個工廠。
“纖維素乙醇的研發(fā)和商業(yè)化取得了很大的突破�！蓖踅ㄆ秸f，杜邦兩年前在美國建造了年產(chǎn)758噸的示范工廠，并希望在今年下半年建設(shè)全球第一個商業(yè)化工廠，纖維素乙醇年產(chǎn)將達到82000噸。其他公司在美國、巴西、意大利等國都在推進纖維素乙醇商業(yè)化，美國大概有三到四家商業(yè)化纖維素乙醇工廠正在建設(shè)，到2013年底或者2014年這些工廠都會正式投產(chǎn)。
王建平說，杜邦已經(jīng)在與國內(nèi)一些企業(yè)就纖維素乙醇商業(yè)化項目進行談判，預(yù)計到2015年，中國應(yīng)該也會有1至3家生產(chǎn)纖維素乙醇的商業(yè)化工廠。
王建平同時認(rèn)為，生物燃料應(yīng)該多樣化發(fā)展，比如1.5代乙醇、纖維素乙醇需要并存，還可能發(fā)展第3代海藻生物乙醇技術(shù)，生物丁醇也是未來很好的發(fā)展方向。
以需求為導(dǎo)向的商業(yè)模式
事實上，生物產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新不僅是技術(shù)創(chuàng)新，更是商業(yè)模式的創(chuàng)新。對于孟山都、杜邦等跨國公司來說，“需求和價值”是其構(gòu)建研發(fā)體系和商業(yè)模式的核心取向。
張蓓介紹說，孟山都的研發(fā)體系以“發(fā)現(xiàn)”為起點，即對數(shù)以萬計的基因進行高通量的測試，來篩選需要的性狀，比如是否能夠提高生長速度，是否能夠增加葉綠素含量，是否能夠抗旱等。
一旦找到“有前途”的基因，就進入概念認(rèn)證期，孟山都的研發(fā)線上每年有上千的基因在作物里進行測試，一般一個基因至少要測試兩三年，才能知道是否有商業(yè)價值。
接下來是商業(yè)化的早期開發(fā)期，在大量的轉(zhuǎn)基因材料中篩選出最佳的轉(zhuǎn)化事件，然后將其整合到不同種質(zhì)資源中，看基因表達是不是同樣高效，是不是有穩(wěn)定的性狀，同時進行安全評價，并在全球范圍內(nèi)申請批準(zhǔn)。最后，經(jīng)過營銷準(zhǔn)備，產(chǎn)品投放市場。
張孟玉說，像IPhone這樣的電子產(chǎn)品在全球范圍內(nèi)都可以使用，而農(nóng)作物品種必須根據(jù)不同地區(qū)的氣候、土壤等環(huán)境因素來進行培育。只有以客戶為導(dǎo)向，以當(dāng)?shù)剞r(nóng)民需求為導(dǎo)向，才能培育出最好的品種。
此外，生物技術(shù)的安全性是公眾最為關(guān)注和擔(dān)憂的問題，這就要求生物技術(shù)的商業(yè)化必須堅持科學(xué)謹(jǐn)慎的原則。
張蓓特別強調(diào)說，孟山都的常規(guī)育種和生物育種屬于兩個不同的“平行線”，一旦發(fā)現(xiàn)商業(yè)價值便會很快結(jié)合起來，進行產(chǎn)品的測試和開發(fā)。但科研和商業(yè)化之間有著嚴(yán)格的“防火墻”，保證產(chǎn)品在獲得政府批準(zhǔn)之前不得流入市場。
王琴芳說，為了保證轉(zhuǎn)基因作物對環(huán)境和人類的安全，杜邦先鋒在轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的合規(guī)和安全監(jiān)管方面投入了大量的人力物力，現(xiàn)在對所有的轉(zhuǎn)基因材料和育種材料進行全程跟蹤，每一步都有人監(jiān)管并執(zhí)行最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。