一、生物育種技術在農業領域的應用

    美國在推動生物技術四大工程（即基因工程、細胞工程、酶工程和發酵工程）在農業領域應用的同時，也從傳統農業步入生物工程農業時代，其中生物育種技術成為這一時代的亮點。

    生物育種技術即指以轉基因的方法，把不同植物，甚至動物的控制優良性狀的基因，轉移到所需要的植物或動物中去，實現按人的意志改良作物或動物的愿望。轉基因作物培育相對傳統作物的有性雜交及無性繁殖技術來說是一種全面的創新，具有縮短培育周期、克服常規育種無法逾越的障礙、促進物種間遺傳物質的結合等優點，這一技術的應用大大提高了農作物的產量和農業效率。

    本質上，植物基因工程的主要目的與常規育種一致，即創造出優良性狀的作物新品種。自上個世紀70年代以來，美國利用基因育種技術，培育出了一批具有高產、抗蟲、抗病、抗旱澇等特征的農作物品種。例如，利用基因工程技術，把一些高蛋白基因引入谷物作物，獲得高蛋白小麥和高蛋白玉米，有助于解決人類食物緊缺問題；將細菌的殺蟲基因轉入到棉花中，使棉花能夠抗棉鈴蟲；將冷水魚的抗低溫基因克隆到西紅柿中，得到抗凍西紅柿，使西紅柿的生產期延長。利用細胞移植技術，將花蕊、子房或其他組織離體培養出再生植株，獲得多種穩定的、有某種優勢的品系，大大提高了培育優良品種的速度；通過植入固氮微生物的基因，使谷物等非豆科作物產生固氮能力，減少對化肥和非再生能源的依賴，提高單產和蛋白質的含量等等。

    從總體來講，轉基因作物培育的主要優良性狀有以下幾類：轉基因優質作物、轉基因抗除草劑作物、轉基因抗蟲作物、轉基因抗病毒作物、轉基因抗真菌病害作物、轉基因耐環境脅迫作物和轉基因高產作物等。當然，并非每種轉基因新培育品種只包含一個優良性狀，它的目標可以是多性狀綜合優良新品種的培育。目前，生物技術育成的抗蟲棉、抗蟲玉米、抗除草劑玉米、抗蟲馬鈴薯、抗除草劑大豆、油菜、棉花等轉基因作物已在生產上獲得廣泛應用。

    與此同時，美國的科學家利用基因工程方法將某些動物生長激素基因轉移到細菌中，然后由細菌繁殖產生大量有用的激素。這些激素在畜禽新陳代謝過程中，能促進其體內蛋白質的合成和脂肪的消耗，從而加快生長發育，即在不增加飼料消耗的情況下提高畜禽的產量和品質。科學家已經成功地把某些動物基因轉移到牛、豬、羊等的受精卵中，獲得性能優異的畜禽品種。

    另外，在病蟲害綜合防治方面，近年來，隨著“天敵”對害蟲致病、寄生的研究進展，美國已能通過提取這些發揮作用的物質，制成生物農藥來防治植物病蟲害，或是使“天敵”能夠在體內合成致毒等物質，用作生物農藥來防治植物病蟲害。隨著最新分子生物學手段的應用，轉基因生物農藥新品種不斷涌現，向更安全和更環保的方面發展，且產品更新換代速度加快。利用生物農藥的思路和轉基因技術，美國能夠生產出殺蟲廣、毒性強的微生物菌株，擴大了防治對象，增強了防治效果，只要把其噴灑在侵害作物的害蟲上便可達到“以菌治蟲”的目的。

    此外，生物技術在美國農業中的應用，還讓動植物成為制造“食用疫苗”和藥物等的“工廠”。據悉，美國已開始利用水果、蔬菜生產抗肝炎、霍亂等傳統疾病的疫苗。在利用動物的奶和蛋生產藥物領域，一些研究成果的前景看好，包括綿羊奶已用于治療囊性纖維變性，山羊奶已用于治療癌癥，鼠奶已用于治療類風濕，雞蛋已用于治療流感。

    二、生物技術作物品種的商業化應用

    生物技術作物是美國農業生物技術產業的最重要領域。而且，美國是目前世界上生物技術作物種植面積最大的國家。自1996年開始第一個基因改良作物商業化種植以來，美國生物技術作物種植面積從150萬公頃擴大到2004年的4470萬公頃，7年間增長了29倍，約占世界種植面積的66%，是生物技術作物的最大產地和市場。當前，美國的玉米、棉花、大豆、油菜、番茄、甜瓜、水稻、亞麻、甜菜、南瓜、木瓜和菊苣等作物已有可供商業化種植的生物技術作物品種。其中已經大規模商業化種植的生物技術作物主要是玉米、棉花和大豆三種。據美國農業部的統計結果，2004年美國生物技術大豆面積為2573萬公頃，占全國生物技術作物總面積的57.6%；生物技術玉米面積為1474萬公頃，占33%；生物技術棉花面積為421萬公頃，占9.4%。其中，以生物技術作物商業化種植的頭幾年面積增長速度最快，如1997、1998和1999的生物技術作物種植面積分別比上年增長了441%、153%和40%；近年來，生物技術作物面積增速明顯趨緩，如2002、2003和2004年生物技術作物面積增幅僅分別為9%、5%和4.4%。按生物技術作物品種所導入特性分，2004年美國耐除草劑的生物技術作物種植面積為3165萬公頃，占生物技術作物總面積的70.8%；BT抗蟲生物技術作物的種植面積為973萬公頃，占21.8%；兼具耐除草劑和BT抗蟲特性的生物技術作物種植面積為330萬公頃，占7.4%。

    根據美國農業部農業統計局的資料，2004年美國生物技術大豆的品種面積為2573萬公頃，比2003年增長6.6%，占大豆種植總面積的85%。自2001年以來，生物技術大豆種植面積以每年160萬～200萬公頃的幅度增加，從2001年的2039萬公頃增加到了2002年和2003年的2215萬公頃和2414萬公頃。與此同時，生物技術大豆面積占大豆總面積的比例也從2001年的68%分別上升到了2002年和2003年的75%和81%。在三種主要生物技術作物中，目前以生物技術大豆的應用范圍最廣，覆蓋率（生物技術大豆面積占大豆總面積的百分比）最高。從生物技術大豆的特性來看，2004年大面積商業化種植的生物技術大豆仍然只有耐除草劑特性一種。

    2004年，美國生物技術棉花的種植面積為421萬公頃，比2003年增長2.4%。2001年生物技術棉花面積雖曾達到了433萬公頃，但2002年和2003年分別下降到了407萬公頃和411萬公頃。近年來生物技術棉花面積呈現逐漸回升勢頭，但2004年仍未恢復到歷史最高水平。實際上，近年來生物技術棉花面積減少的直接原因是棉花種植總面積出現了下降。2001～2004年間，生物技術棉花的覆蓋率分別為69%、71%、73%和74%，一直保持著穩定上升趨勢。在三種主要生物技術作物中，生物技術棉花的覆蓋率低于生物技術大豆而位居第二。從生物技術棉花的特性來看，2004年種植的生物技術棉花具有耐除草劑特性、BT抗蟲特性以及兼具耐除草劑和BT抗蟲特性三種類型。其中，耐除草劑的生物技術棉花面積166萬公頃，占生物技術棉花總面積的39.5%；BT抗蟲棉花面積89萬公頃，占21%，兼具耐除草劑和BT抗蟲特性的生物技術棉花面積為166萬公頃，占39.5%。

    據統計，2004年美國生物技術玉米種植面積為1474萬公頃，比2003年增長15.2%。近年來，生物技術玉米面積增長較快，2002年比2001年增長36.6%，達到1089萬公頃；2003年又比2002年增長17.6%，達到1280萬公頃。自2001年以來，生物技術玉米的覆蓋率也一直穩定上升，已從26%上升到了2004年的45%，每年升高5個百分點以上。總的來看，生物技術玉米的覆蓋率在三種主要生物技術作物中為最低。

    根據美國食品和藥物管理局公布的資料，截至2004年，美國經過批準投入商業化應用的生物技術作物品種總數為59個。其中包括生物技術玉米品種17個，油菜品種9個，棉花品種8個，番茄品種6個，土豆品種4個，大豆品種3個，甜菜品種3個，南瓜品種2個，水稻、小麥、亞麻、木瓜、羅馬甜瓜、菊苣和葡萄剪股穎品種各1個。從育種單位來看，孟山都公司在各育種單位中穩居首位，并且該公司是目前美國生物技術土豆品種的唯一來源；品種數量居第二、三位的是AgrEvo公司和Calgene公司。

    在農業生物技術進步的帶動下，農業生物技術公司也蓬勃發展起來。在世界頗具影響的農業生物技術公司即美國孟山都公司經過20多年的不斷并購及生物技術創新，已由傳統的化學農藥公司成功地轉型為農業生物技術公司，2004年年營業額約為60億美元，居美國生物技術公司第二位。而在全世界前20大農業生物技術公司中，美國已占了10家。

    三、農業生物技術產業公共政策的運用

    美國農業生物技術應用之所以取得如此巨大的成就，主要應歸根于其農業生物技術產業公共政策的運用。過去10多年來，美國農業生物技術產業公共政策可分為五個方面：

    一是技術政策。作為世界上農業生物技術最先進的國家，美國政府發展農業生物技術產業的指導思想是，一方面強化自己的領先優勢，引領世界農業生物技術產業的發展方向；另一方面發揮農業生物技術對其他科學技術的促進作用，全面推動經濟社會可持續發展。為此，美國建立了高層次協調機制和產業組織體系，加大了對農業生物技術及其產業的投入。據統計，1985年全球作物生物技術研發總共投入了9億美元，其中私有公司投了5.5億美元（占61%），而1995年僅美國農業生物技術研發投入就有20億美元（全球為27.5億）。目前，美國在農業生物技術產業領域已形成了由政府、企業、科研機構和大學構成的聯合研發生產機制。政府通過下放國有研發科研成果，鼓勵產、學、研合作，已經成為美國農業生物技術產業不斷發展并取得成功的一大特色。另據美國商務部2003年公布的一份生物技術產業調查報告顯示，在商務部問卷調查的美國境內1031家公司中，有128家（占12%）生物技術公司從事與農業生物技術相關的活動，其中63%的公司從事植物及種苗相關的研究，41%的公司進行與家畜相關的研究，而進行水產相關研究的占16%。這些農業生物技術公司的研究經費投入相當高，平均占凈銷售額的34.2%。農業生物技術公司對研究的大規模資金投入反過來又推動了農業生物技術的長足進步。這樣，二者相輔相成，相互推動，形成良性循環，為農業生物技術發展開辟了廣闊的前景。

    二是推廣政策。農業生物的新技術令人目不暇接，但如何讓農民能夠很快接受才是其真正的關鍵。為此，美國各級政府從各個方面加強了對農業生物技術的推廣和高效服務，并積極與各種專業協會和決策咨詢機構形成了民間農業社會化服務，引導農民使用生物技術。內容包括大力宣傳農業生物技術手段的好處，讓農民普遍感到對農業生物技術產業化的投入很值。據美國明尼蘇達州立大學國際糧食與農業政策中心的調查顯示，2002年，來自玉米、大豆、棉花和油菜的收成創造的400億美元價值中，一半是源于運用生物技術對種子進行改良的作物。在商品化的4種生物技術作物中，玉米每英畝的產量與傳統品種產量相比增值最大，高達60美元。抗除草劑大豆的畝產收益增加將近15美元。另一方面，生物技術使得殺蟲劑用量明顯減少。以往美國農作物每英畝平均用農藥22美元，現在生物技術作物僅用約10美元，效益的對比使生物技術作物更具競爭力。調查還認為，生物技術作物可以根據人類的需要，通過對作物基因的增加或減少，改變食物營養成分，使它變得更為豐富和適合人體需要；同時，生物技術作物本身具有的抗雜草、抗病毒和抗蟲害能力，減少了化學藥劑的使用和污染，保護了生態環境。美國國家食品和農業政策中心的最新研究也發現，美國2004年種植的1.18億畝生物技術作物帶來了66億磅的增產，為美國農民增加了23億美元的凈收入；同時，生物技術作物將抗蟲用品減少了34%，減少量達1560萬磅，有利于環境保護。農民嘗到甜頭后，自然會對農業生物技術產業化產生強烈的渴望。

    三是競爭政策。美國依靠市場機制和競爭政策，使得具有高投入、高產出特性的農業生物技術產業吸引眾多投資者，從而使這個行業的競爭變得非常激烈。在優勝劣汰的市場競爭機制下，美國的農業生物技術產業始終保持了旺盛的生命力。為取得競爭優勢，美國農業生物技術公司的兼并、重組此起彼伏。據業內人士分析，由于生物技術作物為精密農業注入了推動力，未來提供的轉基因性狀不僅僅是產量，資源保護和環境改良性狀將成為新的焦點，因此，生物技術作物產業將會促進農資提供者和生物技術公司之間新一輪的重組。農業生物技術作物的種植和推廣，在市場已經出現種子與農藥、種子與除草劑、種子與化肥的捆綁銷售，這個現象在生物技術抗除草劑作物上表現尤為突出。可以預料，不管是美國還是別的國家，農業生物技術作物產業的發展將會為新一輪農資公司的重組提供推動力。

    四是商業化政策。即采取優惠措施，創造健康的并且鼓勵競爭的商業環境和貿易政策，引導、保護和刺激技術創新。與此同時加大政府對研發的支出。據統計，過去20年，美國在開發農業生物技術方面的投入年均增幅達15.5%，其間，美國政府的專項撥款達35億美元。最近，美國《世界農業》雜志發表的有關評述指出，近20多年來的基因技術成果已開始進入半商業化、商業化推廣時期，由此拉開了世界農業生產大變革的帷幕。

    五是經濟政策。美國政府運用經濟政策等杠桿，引導資金對農業生物技術及產業的投入。政府通過諸如稅收優惠、政府擔保、研發補貼、信息服務等一系列優惠措施，鼓勵對農業生物技術產業的風險投資，進而推動了農業生物技術產業的快速發展。

    來源:《中國科技成果》2007年第4期