芯片这个高科技术语似乎与农业关系很远，其实种子就是农业的“芯片”，在国家粮食安全的博弈中，占据着日益重要的地位。芯片被“卡脖子”，严重制约了中国许多高新科技领域的发展，一旦种子被“卡脖子”，将关乎吃饭的大事，影响国家稳定与发展。一场农业“芯片”的保卫战正在打响，振兴种业是国家重要的战略部署，将决定饭碗是否牢牢端在自己手中。
卢宝荣
复旦大学特聘教授，希德书院院长
粮食危机是全球各大媒体关注的热点话题。有消息报道，在俄乌军事冲突中大量粮食被烧毁，更是引发了全球对粮食危机的深度思考与激烈讨论。由于战火导致大片农田撂荒、农作物歉收以及粮食贸易受滞，进一步推高了全球粮食价格，使本来就已经令人担忧的全球粮食安全现状雪上加霜！专家分析均表明，新冠疫情和这场军事冲突将进一步加剧和扩大粮食危机的局面，并会快速向全世界蔓延。
俄罗斯和乌克兰都是世界粮食生产大国，生产的粮食占全球粮食贸易总量的12%。仅是俄罗斯和乌克兰出口的小麦和玉米，就分别占世界份额的30%和20%。此外，俄罗斯还是氮磷钾农业化肥的生产大国，据2018年的资料统计，全球近10%的氮肥供应来自俄罗斯。粮食、化肥等重要农业资源的生产和进出口受影响，将直接波及全球粮食市场，加重粮食危机，特别对非洲、亚洲和拉丁美洲的粮食安全造成更大冲击，欧洲也难以置身其外。例如欧洲的粮食出口国德国已经受到了影响，由于能源和食物价格上涨，近15%的德国人口将面临财务困难。像德国这样的粮食生产和出口国境况尚且如此，可想全球需要进口粮食的国家，特别是贫穷国家将面临何等艰难困境？
中国是世界人口大国，对粮食有巨大需求。尽管中国有非常扎实的农业基础和很强的农业生产能力，但2021年中国进口的粮食仍超过了1.6亿吨（含大豆和油料用植物），平均每人每年需要消费200多斤进口的粮食。因此，维护中国的粮食安全对社会稳定与发展至关重要。居安思危，要依靠科学技术进一步提高农业生产力，将饭碗牢牢端在自己的手中。
问题：民以食为天，国以粮为本
自古以来，吃饭都是人类的头等大事，我们仅从汉字中就能够一窥饭的重要意义。古代“飯”字左边是一个“食”字，而右边是一个“反”字，如果这两个偏旁部首紧紧绑在一起，那么就有饭吃，会天下太平。如果将左边的“食”旁拿走，就只剩下了一个“反”字，意味着老百姓没有食物无法生存，会带来社会不稳定和动乱。中国历史上多次农民起义和社会动荡，都是因为没有饭吃或饥饿而引发的。
“民以食为天”这个成语出自西汉司马迁所著《史记·郦生陆贾列传》，秦朝末年灾荒连年、民不聊生，天下群雄奋起反抗秦朝暴政，最终形成楚汉相争局面。楚霸王项羽凭兵力上的优势，向刘邦发起了猛攻，刘邦因为兵力不足、渐感不支，计划后撤并将包括一座储藏着大量粮食仓库（敖仓）的地域让给项羽。谋士郦生得知这个计划，便对刘邦讲述了“王者以民为天，而民以食为天”的道理，强调粮食在安定民心中的重要性，刘邦采纳了郦生的建议，坚守敖仓，终于收回失地，取得了胜利。
民以食为天这个妇孺皆知的道理不仅在中国适用，对于全世界人民来讲也非常重要。许多国家由于老百姓没有足够粮食或食品价格暴涨而引发动乱的例子比比皆是。人们对数年前埃及由于粮食价格上涨引发社会动乱的场景仍记忆犹新。2021年以来斯里兰卡又因为食品价格暴涨，国家粮食安全遭破坏，导致社会动荡、暴乱不断以及一系列其他社会问题，以至于政府管理失控。由于近两年来新冠疫情暴发、自然灾害以及俄乌冲突等，已造成新一轮涉及更多国家的严重世界粮食危机。由此可见，国以粮为本，任何一个国家和地区的粮食生产和储备是否充足，对于保证民心的稳定、国家发展与安全都至关重要（图1）。
图1 粮食永远是民之根本、国之重器
挑战：全球的粮食安全与危机
全球的粮食安全问题一直困扰着这个世界。联合国粮食与农业组织（FAO）曾多次组织世界级粮食安全峰会，邀请各国政要前来参与，分享世界粮食安全的问题以及共同商讨解决粮食安全问题的有效办法。粮食安全是人类挥之不去的痛，而每一次世界局部地区发生冲突和遭遇突发事件如自然灾害等，都会将粮食安全问题的火种重新点燃，稍微处理不当，就会快速蔓延，成为燎原大火，影响全球的稳定。
导致世界粮食安全问题的主要有以下几方面原因。首先是世界人口的快速增长。自人类进入农耕时代以来，人口增长速度逐渐加快。在人类刚刚开始驯化栽培植物，进入农耕时代的1万年前，全球人口可能不足100万；到了工业革命开启之前的1 700年，世界人口增加到了约6亿；在进入工业革命之后的短短两百年之间，生产效率大大提高，全球人口也几乎涨了两倍，1900年人口达到了16亿；最新资料显示，2022年6月世界人口已经接近79亿，预计到2050年，世界人口将会增加到90亿～100亿！如此快速的人口增长，需要大量食物来满足人类的基本消费需求，如果世界人口快速增长的势头保持不变，只是养活未来的90亿～100亿全世界人口这一项任务，就会是一个巨大的挑战。
其次是世界可耕地面积不断减少。自工业革命以来，包括兴建公路、铁路、输电系统等基础设施已经占用了大量的农业耕地，而且这种趋势还没有停止的迹象。全世界的城市化过程仍在不断进行，城市规模持续扩大，势必占用大量的农业耕地（图2）。
图2 水稻梯田展示的是：为了生产足够的粮食，几乎利用了每一分可耕种土地
以中国为例，自中华人民共和国成立以来，随着社会、经济和科技发展，城市人口不断增加，城市面积也越来越大。我们仅以2个有代表性的城市人口和面积变化做一个粗略比较分析。1949年北京市的人口约为420万，城市面积约为63平方公里，到2022年北京人口增加到了 2 189万，城市面积增加到了16 410平方公里；1949年上海市的人口约为520万，城市面积约为617平方公里，到2022年常住人口增加到了 2 489万，城市面积增加到了 6 341平方公里。可见仅是城市化过程一项内容，中国就失去了大量的耕地。中国的城市扩大过程如此，许多其他国家的城市化过程也应该非常快，大量可耕种土地面积减少严重影响了农业的总产量。
另外，还有其他诸多原因，包括农业资源的匮缺、农业生态环境的恶化以及全球气候变化等不利因素。全球农业资源的逐渐匮缺首先表现在农用水资源的不足，水资源的不足会影响农作物产量，也会改变农业生产的模式如水田变旱地。其次表现在肥料资源的减少以及大量农村劳动力的流失、离开农业生产行业等，资源匮缺和减少都大大限制了农业的进一步发展和粮食生产，给粮食安全带来严峻挑战。此外，全球气候变化导致的极端气候，使自然灾害如旱灾、涝灾、高温、冷害以及病虫害等频频袭来，也给农业生产带来了巨大负面影响。上述诸多复杂原因的混合交集，产生了全球的粮食危机。
回顾：农作物驯化改良与人类文明
如何应对世界粮食安全挑战是摆在全人类面前的问题。以史为镜，回顾人类演化发展和文明的漫漫历程，也许我们能找到解决问题的方案。人类发展大约可以分成狩猎采集、农耕和工业革命三个时期。
狩猎采集时期是人类演化发展中最漫长和缓慢的时期，历时200多万年。在这个时期，人类完全依赖大自然的赏赐，以环境中存在的动物和植物果实为生存物质基础，他们在追赶动物中不断迁徙，逐渐走出了非洲。在这段时期，人类只能被动接受大自然的馈赠，不能影响大自然，无法得到足够的食物，过着食不果腹、衣不蔽体的生活。在200多万年中，人类生存技能的提高非常缓慢，环境中的大型动物被猎取一空，这些将会给人类可持续发展带来危机。
农耕时期始于1万年前，人类在全球各地开始了植物驯化。如在东亚驯化了水稻、小米、大豆等，在西亚驯化了大麦、小麦、黑麦等，在中美洲驯化了玉米等。植物驯化的意义在于，通过这个过程不断对作物的产量、品味、营养特性等进行“选育”，大大有益于提高种子或果实产量。在这个过程中人类使用了选择技术，虽然他们当时并未意识到。但就是这种技术让人类摆脱了完全依赖大自然提供食物的生存模式。为了获取更多、更好吃的食物，加入了少许简单的人为方法，于是产生了人类生存方式的一次创新飞跃。
图3 水稻起源于中国长江中下游
图4 大麦起源于西亚的两河流域
图5 玉米起源于墨西哥和危地马拉的热带和亚热带高原地区
人类将一些有用的植物性状，例如成熟时种子或果实不脱落（便于收获）、果实数量多、籽粒大（提高产量），而且好吃（改善品质）的植株，“无意识”地选择保留下来，使其按照人类的需要来生长和发展，这就开启了人类能够部分控制（栽培）植物的第一步。我们今天已经知道，那些控制植物种子或果实不脱落、体型大、产量高且好吃的性状是受基因控制，那些选择的性状能够一代又一代保留下来是遗传的功劳。
从现代科技的分析来看，人类的祖先在开启农耕时代的大门时，就逐渐掌握了两个关键：基因资源和选择技术，虽然他们当时并不知道这些高大上的知识。种子或果实成熟后不脱落，那就保证了祖先能够在植物成熟的季节收获食物；选择和保留种子或果实长得大而且又好吃的植株，就可以让祖先提高食物产量和改善口味。这些植物的不同类型，我们今天称为基因资源或种质资源；选择和保留具有优良性状的植株，并用于下一代种植的方法我们今天称为育种技术。不断积累优异基因资源和提高育种技术，使人类解决了吃饭的问题，不用再去辛苦追赶动物，他们定居下来、守候丰收、养精蓄锐，有了财富和知识的积累，逐渐走向文明时代。
工业革命时期的到来只是200多年前的事情，由于机械的使用，极大地提高了农业生产效率。同时，科学技术的发展又进一步推动了基因资源的挖掘、利用以及农作物品种的遗传改良进程，也即目的性更强、更高效地对农作物不同性状进行育种和遗传改良，以求获得高产、优质、富含营养的农作物品种。同时，又通过种子来进一步繁殖农作物品种和扩大再生产，进入商品化经营，以满足人类不断增长的需求。可以说植物驯化推动了生产，也推动了人类的文明，而人类文明又进一步发展了育种改良技术，提高了农作物的产量。
种子：打造农业科技的“芯片”
农作物产量是粮食安全的基本保障，首先是保证有地可种。如果一个国家或地区没有耕地或耕地不足，就会导致无法生产足够的粮食而要依赖粮食进口。这就是为什么中国用立法的形式来保证基本耕地面积的原因，保证不低于18亿亩耕地就是中国设定的红线。有了耕地和其他农业资源，另一个关键的保障就是农作物和畜禽养殖业的优良种源或种子，特别是高产、优质、富含营养并能抵抗病虫害和不良环境条件的种子。优良种子决定了农作物的生产和粮食安全，因而被称之为农业科技的“芯片”。
美国前国务卿基辛格曾这样预言：“如果你控制了石油，你就控制了所有国家；如果你控制了粮食，那你就控制了所有的人。” 美国非常重视粮食生产，特别重视与粮食相关的科技发展，美国在农业高新科技和农业生产方面一直处于世界领先地位。国际农业跨国公司巨头，如孟山都、先正达、杜邦和陶氏益农等都与美国密切相关。2018年的数据显示，美国利用生物科技生产转基因作物的种植面积在世界上排名第一，为7 500万公顷，是中国转基因作物种植面积290万公顷的将近26倍。巴西（5 130万公顷）和阿根廷（2 390万公顷）利用美国的技术，在生物技术种业领域迅速崛起，成为全世界排名第二和第三的转基因作物种植大国，产品远销世界各地。
由于中国经济的迅速发展，中国人民对农产品的需求量不断增加，食品的消费也呈多元化发展，使得中国仍然需要大量进口粮食，特别是大豆和玉米的进口量很大。中国2021年粮食进口量已经超过1.6亿吨，同时中国在一些领域的“种子”——农作物和养殖畜禽的种源方面，很大程度上仍需要依赖进口。种子被称为农业的“芯片”，如果重要的种子或种源需要长期依赖进口，将不利于中国长期的粮食安全。特别是目前国际形势错综复杂，在百年未有之大变局的形势下，一旦农业的“芯片”被卡了脖子，这将对中国这样一个人口大国的粮食安全保障带来较大的风险。因此，我们必须依靠生物科技，打造中国人自己的农业科技“芯片”，培育自己的高质量优良种子，化解潜在的粮食危机。
生物种业：保证手中的饭碗
中国是世界上人口最多的农业大国，有很强的农业基础和完善的粮食生产体系，这样的体系支撑着国家的粮食安全。2022年5月，中华人民共和国外交部称，中国对世界粮食安全贡献巨大，仅用了不足9%的耕地，养活了全世界20%以上的人口，这已经是一个举世瞩目的创举。但是，随着世界人口不断增加和社会发展，加之国际形势的风云变幻，我们必须有新思维并利用新方法来进一步推动农业发展，特别是利用农业科学技术创新来解决粮食生产问题，确保国家的长久粮食安全。
利用生物科技来加强种业发展并确保国家粮食安全，这是全世界都在努力的方向。当前，在生物种业这个领域，世界强手如林，竞争非常激烈，因此发展才是硬道理。中国人要将自己的饭碗牢牢端在自己的手中，就必须打造农业科技的“芯片”，培育具有自主知识产权的重要粮食和果蔬等农作物优良品种，利用基因资源和生物技术来发展生物种业，在有限的耕地面积上提高农作物单位面积的产量，再次创造人类发展历史上解决吃饭问题的奇迹（图6）。
图6 将饭碗牢牢端在自己的手中
中国政府非常重视粮食安全问题，依靠以科技发展为支撑的生物种业是国家战略性、基础性核心产业，是促进农业长期稳定发展、保障国家粮食安全的根本。在“十二五”规划中，生物种业发展已成为农业科技的重点专项。2022年的中央一号文件，首次明确农业科技创新的主题是构建以企业为主体的商业化育种新机制，表明国家建立新型种业科技创新体系的决心，已经将振兴种业计划作为国家未来发展的重要战略部署。
2021年7月9日，习近平总书记主持召开了中央全面深化改革委员会第20次会议，审议通过了《种业振兴行动方案》，提出了五大行动方案和任务：实施种质资源保护利用；创新攻关；企业扶优；基地提升；市场净化。其中将利用种质资源和生物科技进行创新攻关，培育用于农业生产的农作物优良种子提到了又一个新高度。
打造农业科技的“芯片”，就是利用先进的生物科技方法，对农作物品种进行设计和遗传改良，以便获得更高产、更优质、营养更丰富、并且能够抗击病虫害或逆境的优良品种。科学技术创新、企业扶优、基地提升等计划的实施，是振兴生物种业和粮食安全的根本保障，是将饭碗牢牢端在自己的手中，实现中华民族伟大复兴梦的基石。