美國農作物種業發展現狀調查

一、美國農作物種業基本情況

（一）種業市場與企業現狀

據ISF統計，全美種子市場價值120億美元，占全球種子市場價值（420億美元）29%以上，位居世界第一。美國種子市場主要覆蓋玉米、大豆、棉花、蔬菜等作物。近十多年來，美國轉基因作物種子快速發展，目前全美90%以上的大豆、85%以上的玉米和棉花都是轉基因種子，但小麥、馬鈴薯、水稻等作物轉基因種子尚未釋放。商品種子基因專利技術費占種子市值的30%-60%。以玉米種子為例，每袋8萬粒的種子售價從100至350美元不等，售價350美元的種子基因專利費（含8種專利抗性基因）為200美元，約占種子價格60%（普通種子的基因專利費也在30%以上）。可見，美國種業市場增值主要源于基因等專利技術的應用。

目前全美涉及種子業務的企業有700多家，其中種子公司500多家，既有孟山都、杜邦先鋒、先正達、陶氏等跨國公司，也有從事專業化經營的小公司或家庭企業，此外，還有種子包衣、加工機械等關聯產業企業200多家。前幾位跨國公司在美國的種子市場份額基本穩定在75%左右。

2010年，孟山都銷售收入105億美元，其中種子及生物技術專利業務76億美元，除草劑業務29億美元；杜邦先鋒銷售收入315億美元，其中種子業務53億美元；先正達銷售收入116億美元，其中種子業務銷售收入28億美元。先正在的種子業務中，玉米和大豆約占58%，其他大田作物種子占23%，蔬菜種子占10%，花卉種子種苗占9%左右。

（二）種業研發投入與分工

二十世紀七十年代以前，美國種業以中小企業、家庭型公司為主，經營規模小，總體實力弱，加上品種保護不力，這些企業無力投資育種研發。隨著實用專利、植物專利、品種保護三重知識產權保護體系的逐步建立，激勵了私人企業投資，美國政府對育種投入也做出相應調整。1980年《Stevebson-Wydler技術創新法》規定，聯邦政府負責轉化國家投入形成的科技成果并推動向地方政府和企業轉移。從七十年代到九十年代，私人企業育種研發投入增長220%以上，從1976年開始就一直超過公共機構研究投入，占全美種業研發投入的60%以上。隨著先鋒、孟山都等跨國公司不斷兼并整合，企業育種研發投資占其銷售收入的比重提升到10%以上，種子企業在育種應用研究領域已經占主導地位。2010年，孟山都育種研發經費達到12億美元，其中育種研究和生物技術各6億美元；先鋒公司育種研發投入10億美元；先正達育種研發投入4億美元以上。不僅各大公司積極投資常規育種、生物技術研發，許多中小企業也紛紛增加投資，將授權專利技術轉入自有品種或利用授權自交系配組選育新品種。

美國公立科研機構、大學以及農業部所屬試驗站體系逐步轉向基礎和公益研究領域，主要從事種質資源收集保護、種質擴增及鑒定等基礎性工作。2011年，曾是美國乃至世界玉米育種中心的衣阿華州立大學已全面停止玉米品種選育，完全轉入基礎理論研究領域。

（三）主要法律制度

美國種子立法最初源于1912年《聯邦種子進口法》，該法案規定了種子凈度和雜草種子容許標準，防止進口劣質種子；1926年該法案修訂要求進口種子必須染色，警示進口種子可能不適合本地種植。1939年《聯邦種子法（FSA）》正式頒布，這是美國種業史上一部重要的綜合性法律。該法對農作物和蔬菜兩類種子進口、州際運輸和商業活動以及種子標簽、種子廣告、發芽測試、劣質種子損失測定及估價、雜草種子含量、質量描述和樣本保存等作出規定，確立了標簽真實性制度。該法歷經1956年和1960年兩次修訂，又增加了對違法起訴和種子處理化學藥名及危害說明等規定。

除《聯邦種子法》外，美國絕大多數州都結合本地實際頒布了州種子法，對本地有關種子事務增加了管理規定，如種子仲裁、銷售許可等。許多州種子法強調種子要滿足本州需要的基本質量標準。為便于協調各州種子法，美國農業部種子控制官員協會制定了《州統一種子法》，推薦各州采納，目前已被大多數州采納或采用大部分條款。

此外，1930年美國頒布《植物專利法案（PPA）》，對無性繁殖植物品種提供了專利保護，保護期為17年。1952年普通專利法案將專利權擴展到農業領域，將其定義為實用新型專利。1970年頒布《植物品種保護法案（PVPA）》，對植物新品種實行品種權保護，授予育種者以品種權并給予18年保護期。上述三部法為美國種業構建了完備的知識產權保護制度，保護了育種者和企業合法權益，調動了投資育種研發的積極性。

（四）種子管理體系

美國種子管理體系分政府管理和行業管理兩類。政府管理由聯邦政府和州政府兩級管理。農業部代表聯邦政府依法行使種子管理，執行機構有農產品市場服務局（AMS）、動植物檢驗局（APHIS）。AMS負責種子出口和州際貿易質量檢驗（自愿收費）、種子認證（自愿收費）、新品種保護及品種名錄、種質基因保存等；APHIS負責種子進出口及州際貿易檢疫。政府管理特別強調標簽真實性，標簽注明質量必須與實際質量相符，但并不強制執行種子質量國家標準，倡導種子質量認證，對商業化推廣的品種不要求審定或注冊。

各州農業部門設立種子管理機構，代表州政府依法行使種子管理職責，負責監督本州生產和銷售種子的質量，檢查質量認證證書，規范企業生產銷售行為，查驗種子及標簽真實性，行使違法處罰權力，并對有關種子糾紛進行仲裁等。州種子管理工作重點是執法監督。無論是聯邦政府還是州政府不僅有管理職責，還有服務和投資等職能。政府投資僅限于基礎性、公共性、非營利性建設和種質資源保護項目等，不投資具體企業，也不資助品種選育，政府與企業無隸屬、產權及經濟利益關系。

美國種子行業管理組織化程度很高，大多數品種選育、種子生產和銷售企業都有自己的協會，協會主要職能是提供技術和信息服務，強化行業自律。最重要的行業組織是美國種子貿易協會（ASTA）和官方種子認證機構協會（AOSCA）。ASTA成立于1883年，目前有700多個企業會員，主要為會員提供品種選育、種子生產銷售等方面技術和信息服務，游說國會議員完善種子立法，促進國際貿易。AOSCA由各州種子認證機構組成，也吸收了加、澳、新、智等國外官方認證機構，目前有50多個成員，主要制定質量最低標準和認證程序，實施種子質量認證，宣傳推廣高質量認證種子。

二、跨國公司商業化育種發展趨勢

（一）商業化育種基本模式

（1）育種目標決策系統。是商業化育種的中樞，決定其研發理念和發展方向，對其主要研發產品、實現途徑和技術路線等進行頂層設計。一般由少數具備豐富育種理論和經驗的高層人士組成。

（2）種質資源利用系統。是商業化育種材料的基礎，決定商業化育種品種的遺傳背景，對具有遺傳多樣性的種質材料進行精確鑒評和分類管理，為育種研發提供帶有目標性狀、特質基因等優異種質材料。

（3）育種技術研發系統。是商業化育種體系的核心模塊，技術含量最高，通常由常規育種、分子標記輔助育種、基因專利技術研發三部分組成。以常規育種技術為主線，分子輔助育種可替代部分田間試驗，大幅增加育種試驗規模，顯著提高育種效率，基因研發為常規育種定向提供目標基因性狀、專利技術產品。

（4）生物信息處理系統。是商業化育種遺傳信息的管理平臺。通過智能化信息技術，能夠高效分析和處理海量的生物遺傳信息，并在全體系實施共享，可大幅度提高對大量中間材料的鑒別、篩選和分類管理能力。

（5）田間測試評價系統。是商業化育種中試產品的評估依據。在多個地點不同氣候、土壤等生態類型條件下，對商業化育種中試產品進行田間小區種植，測試選育品種的綜合表現，評估其商業化推廣的價值。

（6）生產與市場反饋系統。是商業化育種體系的反饋調控機制。針對特定推廣區域生產和市場需求，對育種目標、技術路線、研發產品特性等進行改進優化，使其更好適合目標區域生產和市場，以及商業化推廣的要求。

（二）跨國公司商業化育種的主要特點

（1）確立以市場需求為導向的育種目標。在育種理念上，跨國公司商業化育種的目標并不單純追求豐產性狀指標，而是更注重強化抗病蟲、抗旱等抗逆性狀，以提高品種穩產性；注重農藝措施的改進，如抗除草劑、耐密植、養分高效利用等，使育種目標更符合農業生產和市場需求。為此，從種子生產、推廣到市場營銷等人員都能參與育種研發過程，對育種決策發揮重要作用。如先鋒公司的生產和市場人員可自始至終參與品種選育，優先選擇具有更好商業化開發前景的品種組合，育成品種有明確的推廣區域和市場定位，針對性和指向性很強。

▲ 先正達公司

（2）收集全球多樣化的種質資源。跨國公司非常重視收集和積累種質資源，通過政府部門和遍及全球的分支機構從世界各地廣泛收集種質資源，尤其是含有特質性狀的優異種質和野生資源，一方面篩選目標性狀的專利基因資源，另一方面擴充種質材料遺傳基礎。孟山都已從一些野生或特質種質中挖掘出許多專利基因，先鋒公司通過80多年研究積累，已擁有全球60%以上的玉米種質資源，先正達公司通過大量收購種子企業，迅速擴大種質資源擁有量。同時，跨國公司對分布于各地的種質資源可在統一管理平臺上實行集中分類管理，整個研發體系內實現規范交流和共享，育種家可使用來自世界各地的種質資源。

（3）尋求現代生物科技的最新成果。為更好地支撐商業化育種，跨國公司也越來越重視上游相關領域基礎性研究，廣泛與世界各地的科研機構或大學合作，其商業化育種研發不斷向種質創新、基因發掘、分子標記、遺傳分析、生物信息處理等基礎研究領域延伸。先鋒公司分別建立了玉米、大豆等種質資源分子遺傳信息分析模型。同時，跨國公司密切跟蹤生物科技前沿領域的最新研究進展，對取得突破或技術方法成熟的成果，通過項目資助、技術轉讓等方式迅速承接，為己所用。據了解，孟山都等公司都已經積累了大量的專利基因和技術儲備。

（4）運用現代自動化的技術手段。無論是實驗室操作還是田間作業，跨國公司都設計和采用各種現代自動化控制的分析儀器和機械設備，極大地提高了育種實驗規模和研發效率。孟山都（安克尼）SNP分子標記實驗室，從籽粒激光切削取樣到DNA提取、引物加注、PCR擴增、生物信息讀取、目標樣品選擇等實現了全程自動化，實驗室內全部由機器人操控，每天可完成數百萬個樣品分子標記測試和海量信息采集分析任務，實現了大規模、高通量、全自動基因型分析鑒定和篩選。先正達（斯萊特）育種研發基地，自行設計改裝的玉米田間小區收獲測產設備，每臺每小時收獲500個試驗小區，并準確獲取產量等數據，可保證該基地23萬個小區在10多天內及時收獲。

（5）建立廣泛覆蓋的試驗網絡。跨國公司在全球近百個國家建立育種研發中心或試驗站，如孟山都全球育種試驗站有180多個，先鋒公司有126個，并以這些研發中心為依托，廣泛布局試驗點，開展大規模育種材料篩選和品種適應性試驗，所有試驗數據與公司總部實現聯網共享，所有試驗站均可利用。據了解，先鋒公司在全球設立育種試驗點1000多個，每年測試育種組合上百萬個，試驗小區200多萬個。每個雜交組合在商業化推廣前至少經過150多個試驗點和200多個不同地區農民的種植測試評價，確保適合當地種植。

（6）擁有精干高效的研發團隊。跨國公司建立和推行矩陣型、標準化、自動化、信息化大規模商業育種程序，擁有高素質育種研究團隊，實行程序化、流水線式（pipeline）管理機制。研發崗位和人員分工精細，銜接緊密，不論是實驗室研究還是田間操作，從試驗設計、實施到數據采集、分析及目標篩選等環節都高度專業化，每個崗位配有專業研發人員，軟件工程師研制了先進的試驗數據分析和管理軟件系統，實行計算機管理，確保育種研發程序化和標準化，既能保證極高的育種效率，又能穩定研發體系和團隊，即使人員變動也不會影響研發工作進展。據了解，三大跨國公司都有數千人以上育種研發人員，大多有高學歷專業背景。

（三）商業化育種的最新進展

隨著跨國公司商業化育種不斷發展，許多新的育制種技術和優良品種已逐步推向生產應用，一些更加先進的育制種技術正在取代原有技術，育種規模和效率、生產成本、產品質量等優勢愈發明顯。

（1）雄性核不育制種（SPT）技術。為進一步降低制種成本，先鋒公司采用轉基因方法成功解決了玉米雄性核不育自然保持難題，開發出玉米雄性核不育制種（SPT）技術，既可免除人工或機械去雄程序，又克服了細胞質雄性不育受葉斑病害、育性恢復等缺陷困擾，制種成本和風險大幅降低，制種質量顯著提高。該項突破性技術將會改變現有玉米雜交制種模式。該技術于2011年6月被USDA解除轉基因管制審批。此外，SPT技術還進一步拓寬雜種優勢利用配組親本的選擇范圍，對未來育種研究帶來深刻影響，值得重視和關注。

（2）分子標記（SNP）輔助育種。SNP（單核苷酸多態性）作為第三代分子標記輔助育種技術，隨著DNA芯片技術的發展，已成功應用于玉米、大豆等作物分子輔助育種。孟山都、先鋒、先正達等公司均大規模應用了SNP分子標記輔助選擇，研制了大量SNP引物，自行設計制造的籽粒切削取樣、DNA提取、引物加注、PCR擴增、數據讀取及分析選擇全程現代化的流水線設備，實現了種質和中試材料遺傳信息的全自動化分析，用于研究產量、抗逆、農藝等性狀基因發現、精準測序和識別選擇，幫助育種家優選目標材料，提高了選擇效率。由于目標性狀可能涉及很多SNP位點，必須篩選出恰當的SNP位點并研制相應引物，才能啟動分子標記輔助育種流程。因此，SNP引物精準研發是分子標記輔助育種的關鍵。目前，跨國公司用來做基因發現和輔助育種使用的芯片包含5.6萬個SNP突變位點，年內可能推出100萬突變位點的玉米芯片。由于這些SNP引物知識是企業的商業秘密，不對外公開，如果僅有現代化硬件設備，但不具備基因發現和研制SNP引物的技術能力，也不可能啟動大規模分子標記輔助育種。只有集中研制足夠多的SNP引物，才能實施分子標記輔助育種。

（3）新推出的新品種。跨國公司每年都能推出新的優良品種，目前仍以抗蟲、抗除草劑、抗旱品種為主。先鋒公司2011年推出了玉米非轉基因抗旱品種AQUAmaxT和轉內源基因耐旱品種Drought Tolerance Ⅱ，目前正在研發轉外源基因的抗旱品種。為有效降低雜草、蟲害抗藥性，有些品種已轉入兩種以上抗除草劑或抗蟲的多價基因，不同除草劑或殺蟲劑輪流施用，避免超級雜草、蟲害發生。先正達在美發布了具有廣譜抗蟲效果的轉基因玉米新品種Viptera，該品種將7-8種抗蟲基因復合后產生一種抗蟲蛋白，可抗玉米一生14種地上或地下蟲害。抗旱品種Artesian是利用“基因圖譜”專利技術和常規育種，定向選育的非轉基因品種，目前正在研發轉基因的二代抗旱品種。先正達還大量投資研發用于提取燃料乙醇的專用品種。孟山都以轉基因育種見長，新上市的有8價轉基因（3個抗地上害蟲、3個抗地下害蟲、2個抗除草劑）玉米品種Smartstax，該公司計劃未來的轉基因品種可能含20多個外源基因，包括多種抗蟲、抗除草劑、抗旱、N肥利用、高產等性狀基因。孟山都一代單價基因抗旱品種（少于500mm降雨地區）已提交USDA審批，預計2013年上市，目前正在研發二代多價基因抗旱品種。據了解，孟山都已研發出3價抗除草劑（草甘磷、草胺磷、滅草威）以及多價抗蟲、抗旱、N肥利用、高產等性狀基因產品，正在玉米、大豆、棉花等作物上應用。