关于美国农作物种业的考察报告

1、关于美国农作物种业的考察报告关于美国农作物种业的考察报告中国种子协会赴美考察团2011年9月20日至30日，中国种子协会考察团赴美国衣阿华、密苏里等地考察该国农作物种业及跨国种子企业，先后访问了美国种子贸易协会（ASTA）及孟山都、杜邦先锋、先正达等跨国公司和部分中小企业，了解美国种业科研最新进展，参观跨国公司商业化育种实验室、生物技术研发中心、种子生产加工机械及田间品种展示，并与种子企业及其育种科研人员进行了座谈交流，取得了一些考察成果和体会。1.美国农作物种业基本情况美国农业自然资源丰富，生产条件优越，种植业规模化、区域化、专业化、现代化水平高，有著名的玉米、小麦、大豆、棉花等作物生产带，

2、产业集中度，优势明显，农产品出口贸易量长期位居世界第一，在世界农业及国际农产品市场的地位举足轻重，这与其拥有发达的现代化种业密不可分。1.1种业发展历程美国种业有200多年历史。早在十八世纪末期，北美第一家经营蔬菜种子的公司在费城成立，到1850年全美有种子公司40多家，主要经营蔬菜、花卉和牧草种子。1883年美国种子贸易协会（ASTA）成立，将种子企业和经销商联系起来，开始关注种子进出口关税、邮寄收费等具体问题，并在其后的100多年中不断呼吁美国政府制定相关法规政策，积极推动科技进步，参与开拓国际市场，对促进美国种业发展发挥了重要作用，在世界种业乃至农业发展中发挥着重要作用。二十世纪初，随着

3、杂交育种及杂种优势利用成功应用于农作物育种，1926年华莱士创办了世界第一家杂交玉米种子公司（即先锋公司），一批私营种子企业也应运而生，并陆续由蔬菜、花卉种子拓展到粮油作物。这些种子企业多数是规模较小的家庭经营企业，鲜有育种研究，品种选育主要由公共科研机构、农业大学承担。随着美国植物专利法（1930年）、联邦种子法（1939年）、植物品种保护法（1970年）等法律的颁布，很多种子公司开始增加育种投资，随之引发了多次企业兼并扩张的热潮。进入九十年代以来，美国种业市场不断增值，私营种子公司育种投入持续增加，并超过公共科研机构研发投入。特别是一些农化、制药跨国企业涉足种业，展开了新一轮整合并购，先后

4、形成了杜邦先锋、孟山都、先正达等一批跨国种业集团，在运作资本、经营规模、研发能力、市场营销等方面积累了雄厚的实力，加速了美国种业市场向几大跨国企业聚集。与此同时，过去几十年里美国种业技术进步和发展，有力推动了美国农作物产量成倍增长。1.2种业市场与企业现状美国是世界种业第一大市场。据ISF统计，全美种子市场价值120亿美元，占全球种子市场价值（420亿美元）29%以上，位居世界第一。美国种子市场主要覆盖玉米、大豆、棉花、蔬菜等作物。近十多年来，美国转基因作物种子快速发展，目前全美90%以上的大豆、85%以上的玉米和棉花都是转基因种子，但小麦、马铃薯、水稻等作物转基因种子尚未释放。商品种子基因专

5、利技术费占种子市值的30%-60%。以玉米种子为例，每袋8万粒的种子售价从100至350美元不等，售价350美元的种子基因专利费（含8种专利抗性基因）为200美元，约占种子价格60%（普通种子的基因专利费也在30%以上）。可见，美国种业市场增值主要源于基因等专利技术的应用。据了解，目前全美涉及种子业务的企业有700多家，其中种子公司500多家，既有孟山都、杜邦先锋、先正达、陶氏等跨国公司，也有从事专业化经营的小公司或家庭企业，此外，还有种子包衣、加工机械等关联产业企业200多家。前几位跨国公司在美国的种子市场份额基本稳定在75%左右，许多中小企业利用大公司授权自交系或将授权基因转入自有品种，以

6、其专业化、个性化、差异化优势，为一些农民客户提供长期服务，也占有25%市场份额。2010年，孟山都销售收入105亿美元，其中种子及生物技术专利业务76亿美元，除草剂业务29亿美元；杜邦先锋销售收入315亿美元，其中种子业务53亿美元；先正达销售收入116亿美元，其中种子业务销售收入28亿美元。先正在的种子业务中，玉米和大豆约占58%，其他大田作物种子占23%，蔬菜种子占10%，花卉种子种苗占9%左右。1.3种业研发投入与分工二十世纪七十年代以前，美国种业以中小企业、家庭型公司为主，经营规模小，总体实力弱，加上品种保护不力，这些企业无力投资育种研发。随着实用专利、植物专利、品种保护三重知识产权保

7、护体系的逐步建立，激励了私人企业投资，美国政府对育种投入也做出相应调整。1980年Stevebson-Wydler技术创新法规定，联邦政府负责转化国家投入形成的科技成果并推动向地方政府和企业转移。从七十年代到九十年代，私人企业育种研发投入增长220%以上，从1976年开始就一直超过公共机构研究投入，占全美种业研发投入的60%以上。随着先锋、孟山都等跨国公司不断兼并整合，企业育种研发投资占其销售收入的比重提升到10%以上，种子企业在育种应用研究领域已经占主导地位。2010年，孟山都育种研发经费达到12亿美元，其中育种研究和生物技术各6亿美元；先锋公司育种研发投入10亿美元；先正达育种研发投入4亿

8、美元以上。不仅各大公司积极投资常规育种、生物技术研发，许多中小企业也纷纷增加投资，将授权专利技术转入自有品种或利用授权自交系配组选育新品种。美国公立科研机构、大学以及农业部所属试验站体系逐步转向基础和公益研究领域，主要从事种质资源收集保护、种质扩增及鉴定等基础性工作，大学重点开展遗传育种方法、基因及基因组学、生物信息学等前沿研究，种质资源和技术成果一经成熟，便逐步向种子企业转移，服务于企业商业化研发，同时为企业培养研发人才。如隶属于美国农业部的中西部农业试验站（NCRPIS，）与衣阿华州立大学长期合作，建立了玉米、葵花、油菜等异花授粉植物种质库，通过实施玉米种质扩增计划，其玉米种质2万多个种群

9、，可向全世界育种者免费提供。2011年，曾是美国乃至世界玉米育种中心的衣阿华州立大学已全面停止玉米品种选育，完全转入基础理论研究领域。1.4主要法律制度美国种子立法最初源于1912年联邦种子进口法，该法案规定了种子净度和杂草种子容许标准，防止进口劣质种子；1926年该法案修订要求进口种子必须染色，警示进口种子可能不适合本地种植。1939年联邦种子法（FSA）正式颁布，这是美国种业史上一部重要的综合性法律。该法对农作物和蔬菜两类种子进口、州际运输和商业活动以及种子标签、种子广告、发芽测试、劣质种子损失测定及估价、杂草种子含量、质量描述和样本保存等作出规定，确立了标签真实性制度。该法历经1956年

10、和1960年两次修订，又增加了对违法起诉和种子处理化学药名及危害说明等规定。除联邦种子法外，美国绝大多数州都结合本地实际颁布了州种子法，对本地有关种子事务增加了管理规定，如种子仲裁、销售许可等。许多州种子法强调种子要满足本州需要的基本质量标准。为便于协调各州种子法，美国农业部种子控制官员协会制定了“州统一种子法”，推荐各州采纳，目前已被大多数州采纳或采用大部分条款。联邦种子法和州种子法都突出强调标签真实制度，保证农户正确选种。此外，1930年美国颁布植物专利法案（PPA），对无性繁殖植物品种提供了专利保护，保护期为17年。1952年普通专利法案将专利权扩展到农业领域，将其定义为实用新型专利。1

11、970年颁布植物品种保护法案（PVPA），对植物新品种实行品种权保护，授予育种者以品种权并给予18年保护期。上述三部法为美国种业构建了完备的知识产权保护制度，保护了育种者和企业合法权益，调动了投资育种研发的积极性。1946年农业市场法案（AMA）对种子标准制定和质量认证作出要求，规定了农业部门在种子管理中的执法职责、程序以及执法部门间合作等，规范了种子管理行为。1.5种子管理体系美国种子管理体系分政府管理和行业管理两类。政府管理由联邦政府和州政府两级管理。农业部代表联邦政府依法行使种子管理，执行机构有农产品市场服务局（AMS）、动植物检验局（APHIS）。AMS负责种子出口和州际贸易质量检验（

12、自愿收费）、种子认证（自愿收费）、新品种保护及品种名录、种质基因保存等；APHIS负责种子进出口及州际贸易检疫。政府管理特别强调标签真实性，标签注明质量必须与实际质量相符，但并不强制执行种子质量国家标准，倡导种子质量认证，对商业化推广的品种不要求审定或注册。各州农业部门设立种子管理机构，代表州政府依法行使种子管理职责，负责监督本州生产和销售种子的质量，检查质量认证证书，规范企业生产销售行为，查验种子及标签真实性，行使违法处罚权力，并对有关种子纠纷进行仲裁等。州种子管理工作重点是执法监督。无论是联邦政府还是州政府不仅有管理职责，还有服务和投资等职能。政府投资仅限于基础性、公共性、非营利性建设和种

13、质资源保护项目等，不投资具体企业，也不资助品种选育，政府与企业无隶属、产权及经济利益关系。美国种子行业管理组织化程度很高，大多数品种选育、种子生产和销售企业都有自己的协会，协会主要职能是提供技术和信息服务，强化行业自律。最重要的行业组织是美国种子贸易协会（ASTA）和官方种子认证机构协会（AOSCA）。ASTA成立于1883年，目前有700多个企业会员，主要为会员提供品种选育、种子生产销售等方面技术和信息服务，游说国会议员完善种子立法，促进国际贸易。AOSCA由各州种子认证机构组成，也吸收了加、澳、新、智等国外官方认证机构，目前有50多个成员，主要制定质量最低标准和认证程序，实施种子质量认证，

14、宣传推广高质量认证种子。2.跨国公司商业化育种及发展趋势考察团重点考察了孟山都、先锋及先正达三大跨国公司商业化育种体系及其最新研发进展。2.1商业化育种基本模式三大跨国公司商业化育种结构及主要流程，虽然相互区别、各有所长，但其模式基本类似，一般由育种目标决策、种质资源利用、育种技术研发、生物信息处理、田间测试评价、生产与市场反馈等模块组成。2.1.1育种目标决策系统。是商业化育种的中枢，决定其研发理念和发展方向，对其主要研发产品、实现途径和技术路线等进行顶层设计。一般由少数具备丰富育种理论和经验的高层人士组成。2.1.2种质资源利用系统。是商业化育种材料的基础，决定商业化育种品种的遗传背景，对

15、具有遗传多样性的种质材料进行精确鉴评和分类管理，为育种研发提供带有目标性状、特质基因等优异种质材料。2.1.3育种技术研发系统。是商业化育种体系的核心模块，技术含量最高，通常由常规育种、分子标记辅助育种、基因专利技术研发三部分组成。以常规育种技术为主线，分子辅助育种可替代部分田间试验，大幅增加育种试验规模，显著提高育种效率，基因研发为常规育种定向提供目标基因性状、专利技术产品。2.1.4生物信息处理系统。是商业化育种遗传信息的管理平台。通过智能化信息技术，能够高效分析和处理海量的生物遗传信息，并在全体系实施共享，可大幅度提高对大量中间材料的鉴别、筛选和分类管理能力。2.1.5田间测试评价系统。

16、是商业化育种中试产品的评估依据。在多个地点不同气候、土壤等生态类型条件下，对商业化育种中试产品进行田间小区种植，测试选育品种的综合表现，评估其商业化推广的价值。2.1.6生产与市场反馈系统。是商业化育种体系的反馈调控机制。针对特定推广区域生产和市场需求，对育种目标、技术路线、研发产品特性等进行改进优化，使其更好适合目标区域生产和市场，以及商业化推广的要求。2.2跨国公司商业化育种的主要特点2.2.1确立以市场需求为导向的育种目标。在育种理念上，跨国公司商业化育种的目标并不单纯追求丰产性状指标，而是更注重强化抗病虫、抗旱等抗逆性状，以提高品种稳产性；注重农艺措施的改进，如抗除草剂、耐密植、养分高

17、效利用等，使育种目标更符合农业生产和市场需求。为此，从种子生产、推广到市场营销等人员都能参与育种研发过程，对育种决策发挥重要作用。如先锋公司的生产和市场人员可自始至终参与品种选育，优先选择具有更好商业化开发前景的品种组合，育成品种有明确的推广区域和市场定位，针对性和指向性很强。2.2.2收集全球多样化的种质资源。跨国公司非常重视收集和积累种质资源，通过政府部门和遍及全球的分支机构从世界各地广泛收集种质资源，尤其是含有特质性状的优异种质和野生资源，一方面筛选目标性状的专利基因资源，另一方面扩充种质材料遗传基础。孟山都已从一些野生或特质种质中挖掘出许多专利基因，先锋公司通过80多年研究积累，已拥有

18、全球60%以上的玉米种质资源，先正达公司通过大量收购种子企业，迅速扩大种质资源拥有量。同时，跨国公司对分布于各地的种质资源可在统一管理平台上实行集中分类管理，整个研发体系内实现规范交流和共享，育种家可使用来自世界各地的种质资源。2.2.3寻求现代生物科技的最新成果。为更好地支撑商业化育种，跨国公司也越来越重视上游相关领域基础性研究，广泛与世界各地的科研机构或大学合作，其商业化育种研发不断向种质创新、基因发掘、分子标记、遗传分析、生物信息处理等基础研究领域延伸。先锋公司分别建立了玉米、大豆等种质资源分子遗传信息分析模型。同时，跨国公司密切跟踪生物科技前沿领域的最新研究进展，对取得突破或技术方法成

19、熟的成果，通过项目资助、技术转让等方式迅速承接，为己所用。据了解，孟山都等公司都已经积累了大量的专利基因和技术储备。2.2.4运用现代自动化的技术手段。无论是实验室操作还是田间作业，跨国公司都设计和采用各种现代自动化控制的分析仪器和机械设备，极大地提高了育种实验规模和研发效率。孟山都（安克尼）SNP分子标记实验室，从籽粒激光切削取样到DNA提取、引物加注、PCR扩增、生物信息读取、目标样品选择等实现了全程自动化，实验室内全部由机器人操控，每天可完成数百万个样品分子标记测试和海量信息采集分析任务，实现了大规模、高通量、全自动基因型分析鉴定和筛选。先正达（斯莱特）育种研发基地，自行设计改装的玉米田

20、间小区收获测产设备，每台每小时收获500个试验小区，并准确获取产量等数据，可保证该基地23万个小区在10多天内及时收获。2.2.5建立广泛覆盖的试验网络。跨国公司在全球近百个国家建立育种研发中心或试验站，如孟山都全球育种试验站有180多个，先锋公司有126个，并以这些研发中心为依托，广泛布局试验点，开展大规模育种材料筛选和品种适应性试验，所有试验数据与公司总部实现联网共享，所有试验站均可利用。据了解，先锋公司在全球设立育种试验点1000多个，每年测试育种组合上百万个，试验小区200多万个。每个杂交组合在商业化推广前至少经过150多个试验点和200多个不同地区农民的种植测试评价，确保适合当地种植

21、。2.2.6拥有精干高效的研发团队。跨国公司建立和推行矩阵型、标准化、自动化、信息化大规模商业育种程序，拥有高素质育种研究团队，实行程序化、流水线式（pipeline）管理机制。研发岗位和人员分工精细，衔接紧密，不论是实验室研究还是田间操作，从试验设计、实施到数据采集、分析及目标筛选等环节都高度专业化，每个岗位配有专业研发人员，软件工程师研制了先进的试验数据分析和管理软件系统，实行计算机管理，确保育种研发程序化和标准化，既能保证极高的育种效率，又能稳定研发体系和团队，即使人员变动也不会影响研发工作进展。据了解，三大跨国公司都有数千人以上育种研发人员，大多有高学历专业背景。2.3商业化育种的最新

22、进展随着跨国公司商业化育种不断发展，许多新的育制种技术和优良品种已逐步推向生产应用，一些更加先进的育制种技术正在取代原有技术，育种规模和效率、生产成本、产品质量等优势愈发明显。2.3.1雄性核不育制种（SPT）技术。为进一步降低制种成本，先锋公司采用转基因方法成功解决了玉米雄性核不育自然保持难题，开发出玉米雄性核不育制种（SPT）技术，既可免除人工或机械去雄程序，又克服了细胞质雄性不育受叶斑病害、育性恢复等缺陷困扰，制种成本和风险大幅降低，制种质量显著提高。该项突破性技术将会改变现有玉米杂交制种模式，主要原理是：在杂合恢复系导入一个与可育基因紧密连锁、与不育基因不连锁的致死基因，产生11可育和

23、不育两种花粉，自交后代一半为不育系、另一半为保持系，再利用常规育种将一个红色果皮带荧光基因与可育基因紧密连锁，即保持系籽粒为红果皮带荧光，不育系为普通黄色，可通过色选机将不育系籽粒与保持系完全分开，生产纯合的不育系。该技术于2011年6月被USDA解除转基因管制审批。此外，SPT技术还进一步拓宽杂种优势利用配组亲本的选择范围，对未来育种研究带来深刻影响，值得重视和关注。2.3.2分子标记（SNP）辅助育种。SNP（单核苷酸多态性）作为第三代分子标记辅助育种技术，随着DNA芯片技术的发展，已成功应用于玉米、大豆等作物分子辅助育种。孟山都、先锋、先正达等公司均大规模应用了SNP分子标记辅助选择，研

24、制了大量SNP引物，自行设计制造的籽粒切削取样、DNA提取、引物加注、PCR扩增、数据读取及分析选择全程现代化的流水线设备，实现了种质和中试材料遗传信息的全自动化分析，用于研究产量、抗逆、农艺等性状基因发现、精准测序和识别选择，帮助育种家优选目标材料，提高了选择效率。由于目标性状可能涉及很多SNP位点，必须筛选出恰当的SNP位点并研制相应引物，才能启动分子标记辅助育种流程。因此，SNP引物精准研发是分子标记辅助育种的关键。目前，跨国公司用来做基因发现和辅助育种使用的芯片包含5.6万个SNP突变位点，年内可能推出100万突变位点的玉米芯片。由于这些SNP引物知识是企业的商业秘密，不对外公开，如果

25、仅有现代化硬件设备，但不具备基因发现和研制SNP引物的技术能力，也不可能启动大规模分子标记辅助育种。只有集中研制足够多的SNP引物，才能实施分子标记辅助育种。2.3.3新推出的新品种。跨国公司每年都能推出新的优良品种，目前仍以抗虫、抗除草剂、抗旱品种为主。先锋公司2011年推出了玉米非转基因抗旱品种AQUAmaxT和转内源基因耐旱品种Drought Tolerance ，目前正在研发转外源基因的抗旱品种。为有效降低杂草、虫害抗药性，有些品种已转入两种以上抗除草剂或抗虫的多价基因，不同除草剂或杀虫剂轮流施用，避免超级杂草、虫害发生。先正达在美发布了具有广谱抗虫效果的转基因玉米新品种Viptera

26、，该品种将7-8种抗虫基因复合后产生一种抗虫蛋白，可抗玉米一生14种地上或地下虫害。抗旱品种Artesian是利用“基因图谱”专利技术和常规育种，定向选育的非转基因品种，目前正在研发转基因的二代抗旱品种。先正达还大量投资研发用于提取燃料乙醇的专用品种。孟山都以转基因育种见长，新上市的有8价转基因（3个抗地上害虫、3个抗地下害虫、2个抗除草剂）玉米品种Smartstax，该公司计划未来的转基因品种可能含20多个外源基因，包括多种抗虫、抗除草剂、抗旱、N肥利用、高产等性状基因。孟山都一代单价基因抗旱品种（少于500mm降雨地区）已提交USDA审批，预计2013年上市，目前正在研发二代多价基因抗旱品

27、种。据了解，孟山都已研发出3价抗除草剂（草甘磷、草胺磷、灭草威）以及多价抗虫、抗旱、N肥利用、高产等性状基因产品，正在玉米、大豆、棉花等作物上应用。3.几点启示美国之所以成为世界种业强国，与其拥有象孟山都、先锋等一流的跨国种业集团，分工明确的现代种业创新体系，先进高效的商业化育种模式等是分不开的。对比我国种业发展情况，尽管两者的发展阶段、基础和环境不同，但仍有许多方面值得我们学习借鉴。 3.1种业发展必须坚持种子企业的主体地位。美国种业200多年发展的实践表明，企业强则种业兴，美国种业不断发展的过程也是种子企业不断强大的过程。在早期发展阶段（20世纪五、六十年代以前），美国种业也是小规模企业占

28、主导，发展速度迟缓。由于源自欧亚发达和新兴国家经济崛起的压力，美国提出了国家创新战略计划，千方百计让企业成为技术创新和产业化的主体，为此建立了涵盖广泛、强力约束的技术创新和专利保护法律体系，并从科研投入、税收激励、吸引人才等方面给予政策支持，通过知识产权和贸易规则维护本国企业利益，促进企业不断兼并重组，使其长期保持在全球经济中的主导地位，这已成为美国政府与企业的共同战略。从国际种业发展实践看,企业是国家种业发展的主要载体, 扶持企业壮大是强大国家种业的必由之路，必须坚持和巩固企业的主体地位。美国种业正是因为有孟山都、先锋等实力超强的跨国公司，不仅支撑了本国农业发展，对全球农业和经济发展也产生重

29、大影响。3.2企业做大做强必须坚持育繁推一体化的方向。纵观排名前几位的跨国公司，尽管发展轨迹大相径庭，企业优势和特点亦不尽相同，但都是坚持“育、繁、推一体化”的发展模式。从育种研发、繁育制种、营销管理和推广服务，跨国公司拥有“从上游技术研发、中游产品物化和下游价值实现”一套功能完整、衔接紧密、运转高效的产业链条，企业只有通过这个产业链才能将潜在的科技创新理念转化为现实的商业市场价值，实现利润最大化。从育繁推内部结构看，通过上游品种研发为下游推广服务提供源源不断的创新性技术产品，同时下游推广服务与生产实际结合紧密，可将生产实际需求直接反馈到育种研发，及时优化调整育种目标和方向，研发适合要求的新品

30、种、新技术。这也是孟山都由一个纯粹技术型公司逐步发展为育繁推一体化跨国公司的重要原因之一。这些跨国公司不仅有强大的研发实力、雄厚的资金和人才优势，还有成熟的市场策略、运作技巧和科学的管理能力。特别是在市场竞争日益加剧的今天，种业发展更加依赖于科技进步和技术创新，种子企业只有实行育繁推一体化，才能更好地开发出具有自主知识产权和广阔商业化前景的优良品种，以品种优势带动产品优势，进而形成企业优势，实现做大做强的发展目标。3.3商业化育种必须坚持常规育种与生物技术并重。跨国公司的商业化育种体系基本是由常规育种和生物技术两大领域构成，而且以常规育种为基础，通过生物技术提供手段和专利产品。先锋公司以常规育

31、种著称，培育了世界上第一个玉米杂交种，具有近百年的常规育种基础和经验，尽管如此还是借助生物技术，进一步强化常规育种。孟山都公司的生物技术始终世界领先，但因常规育种薄弱，曾一度成为其发展瓶颈，直至收购了迪卡、岱字棉、侯顿等以常规育种见长的公司，才弥补了育种研发的缺陷，真正步入快速良性发展轨道。目前，大规模常规育种仍是各大公司研发投入的重点，先锋公司每年常规育种投资5亿多美元，孟山都公司投入6亿美元，均占研发总投入的50%以上。美国水稻技术公司及拜耳作物科学的杂交水稻研究仍以传统常规育种为主，辅之分子标记辅助选择。跨国公司开发SNP分子标记技术主要服务于常规育种，目的是提高育种效率和速度。如果没有常规育种的好品种为载体，再好的基因性状也很难发挥作用。因此，生物技术只能服务于常规育种，绝不能替代常规育种。4.有关建议总体看，中美两国种业的差距体现在种子产业链的整体性差距，尤其是种子企业研发创新能力的差距更大。当前，我国正在加快推进现代种业发展，非常有必要学习借鉴美国种业发展中的有益经验，尽快提升我国种业和种子企业综合实力，在国际种业竞争中占据主动。4.1加大基础性公