3月23日凌晨，美國(guó)打響了對(duì)華貿(mào)易戰(zhàn)的第一槍。美國(guó)總統(tǒng)特朗普簽署備忘錄，宣布將采取措施對(duì)中國(guó)產(chǎn)品加征關(guān)稅，限制中國(guó)投資，并將相關(guān)問題訴諸WTO爭(zhēng)端解決機(jī)制。

當(dāng)日上午，中國(guó)即開始反擊：商務(wù)部發(fā)布了針對(duì)美國(guó)進(jìn)口鋼鐵和鋁產(chǎn)品232措施的中止減讓產(chǎn)品清單，擬對(duì)自美進(jìn)口部分產(chǎn)品加征關(guān)稅，以平衡因美國(guó)對(duì)進(jìn)口鋼鐵和鋁產(chǎn)品加征關(guān)稅給中方利益造成的損失。

長(zhǎng)久以來，中國(guó)是美國(guó)許多產(chǎn)品的重要海外市場(chǎng)。中國(guó)海關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2017年美國(guó)是中國(guó)最大的大豆進(jìn)口國(guó)，進(jìn)口量達(dá)為5093萬噸，而這只占美國(guó)大豆出口量的62%。美國(guó)農(nóng)業(yè)為何如此高產(chǎn)？

上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所研究員唐雪明，曾帶著這樣的疑問，訪遍美國(guó)的農(nóng)業(yè)大州——賓夕法尼亞、伊利諾伊、愛荷華、猶他、阿肯色和華盛頓州。經(jīng)過考察，他深刻地認(rèn)識(shí)到美國(guó)高產(chǎn)的原因，是廣泛地應(yīng)用了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是農(nóng)作物的良種化。

以下為唐雪明演講全文：

十年前，我在美國(guó)工作和學(xué)習(xí)的時(shí)候，因?yàn)楣ぷ鞯脑蚪?jīng)常從美國(guó)的東部飛往西部，坐在舷窗前時(shí)我經(jīng)常俯瞰大地，欣賞田野上那一個(gè)個(gè)碧綠的圓，這是美國(guó)的集約化農(nóng)田，最大的直徑有1.6公里，面積有三千多畝，它們體現(xiàn)了美國(guó)農(nóng)業(yè)最高效的育種、栽培和管理模式。

后來，我去了很多美國(guó)的農(nóng)業(yè)區(qū)，我特別關(guān)注的是加州的中央谷地，這個(gè)夾在內(nèi)華達(dá)山脈和海岸山脈之間的狹長(zhǎng)洼地，長(zhǎng)只有720公里，寬60到100公里，就是這樣一個(gè)小小的洼地，卻是美國(guó)最重要的農(nóng)產(chǎn)區(qū)之一，它的蔬菜、水果、堅(jiān)果產(chǎn)量占了全美總產(chǎn)量的一半。

美國(guó)只有3億人，農(nóng)村人口不到2%，農(nóng)業(yè)從業(yè)人口只有1%，也就是說300萬個(gè)農(nóng)夫種出了全世界五分之一的糧食，可以養(yǎng)活20億人。換句話說，它不僅能夠養(yǎng)活兩個(gè)美國(guó)的人口，還能養(yǎng)活整整一個(gè)印度。

美國(guó)的農(nóng)業(yè)為什么這么高產(chǎn)呢？

帶著這樣的疑問，我后來去了賓夕法尼亞、伊利諾伊、愛荷華、猶他、阿肯色和華盛頓州，這都是美國(guó)的農(nóng)業(yè)大州。

經(jīng)過考察，我深刻地認(rèn)識(shí)到美國(guó)高產(chǎn)的原因，是廣泛地應(yīng)用了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是農(nóng)作物的良種化。

2007年我離開美國(guó)，來到上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，主要從事農(nóng)作物種植的環(huán)境安全監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試以及作物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化的工作，這是我的團(tuán)隊(duì)。

通過這十年的研究學(xué)習(xí)和調(diào)查，我深刻地了解了我們中國(guó)農(nóng)業(yè)的整體面貌，也深刻地認(rèn)識(shí)到，在我們這樣一個(gè)國(guó)家，種子是多么的重要。

中國(guó)人比任何時(shí)候都需要好種子

我們是農(nóng)業(yè)大國(guó)，但我們并不是農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)。

我們的糧食自給率不到90%，我們的糧食單產(chǎn)增長(zhǎng)率只有0.6%，每年需要新增3500萬噸糧食，才能滿足我們的需求。

從2012年開始，我們的糧油棉六大作物全面進(jìn)口，我們是世界上最大的大豆、棉花、水稻進(jìn)口國(guó)，也是玉米、小麥、油菜的主要進(jìn)口國(guó)。而在1997年，我們是當(dāng)時(shí)世界上主要的水稻、小麥出口國(guó)。

我們現(xiàn)在的耕地面積比1997年少了1.23億畝，我們的人口占世界20%，需要世界上20%的耕地來養(yǎng)活，同時(shí)需要24.7%～25%的糧油來養(yǎng)活。

我們常常說要把飯碗緊緊地端在自己的手里，此刻我們比任何時(shí)候，都迫切地需要優(yōu)良的種子來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

但是如何獲得優(yōu)良的種子呢？

從發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物的種子那一刻起，人類上下求索了上萬年。

一萬年前的水稻和小麥，就像一根草；五千三百年前，墨西哥人發(fā)現(xiàn)玉米的時(shí)候，它只有我們小拇指這么粗；荷蘭人發(fā)現(xiàn)最早的胡蘿卜是紫色的，荷蘭的育種學(xué)家，經(jīng)過不斷地努力，終于把這個(gè)紫色的胡蘿卜，育成了橙色的（那是他們國(guó)旗的顏色）……

正是一代一代育種學(xué)家前赴后繼的努力，加速了種子進(jìn)化的進(jìn)程，我們現(xiàn)在看到的所有農(nóng)產(chǎn)品的種子，都脫離了它的原始面貌，但是生機(jī)勃勃。因?yàn)樽匀皇莿?dòng)態(tài)的，它不是一成不變的。

美國(guó)著名的育種學(xué)家諾曼·博洛格領(lǐng)導(dǎo)了第一次綠色革命，他培育出的矮稈小麥，拯救了南亞次大陸10億人。因此，他獲得了1970年的諾貝爾和平獎(jiǎng)，這是諾貝爾和平獎(jiǎng)，第一次授予一個(gè)農(nóng)業(yè)科學(xué)家。他在1986年設(shè)立了世界糧食獎(jiǎng)，這個(gè)獎(jiǎng)成為了世界糧食發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。

2004年袁隆平先生獲得了世界糧食獎(jiǎng)，以表彰他對(duì)雜交水稻育種作出的巨大的貢獻(xiàn)；

2013年世界糧食獎(jiǎng)授予了把基因工程技術(shù)搬入到農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的三位科學(xué)先驅(qū)；

2016年世界糧食獎(jiǎng)授予了四位作物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化領(lǐng)域的科學(xué)家，他們讓世界上1000萬人獲得了營(yíng)養(yǎng)充足的糧食；

世界糧食獎(jiǎng)在育種領(lǐng)域里的頒獎(jiǎng)進(jìn)程，也代表著我們育種的發(fā)展目標(biāo)，是什么呢？是吃得飽，吃得好，而且要吃得健康。

為了吃得飽，化學(xué)農(nóng)業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)，也帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。

2016年，我國(guó)生產(chǎn)了7千萬噸化肥和370萬噸農(nóng)藥，除了一半出口以外，另外一半撒到了我們的土壤和水流里，它們是更嚴(yán)重的看不見的“霧霾”，隱秘地威脅著我們的健康。

比如殺蟲劑，作用在害蟲身上的殺蟲劑只有0.1%，其余99.9%，要么進(jìn)入到土壤里，要么流入了江河。我們土壤的負(fù)載也很嚴(yán)重，年年要高產(chǎn)，不得不投入化學(xué)肥料，所以我們的土壤有機(jī)質(zhì)含量只有發(fā)達(dá)國(guó)家的四分之一。

要發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，我們必須要用綠色生產(chǎn)方式替代化學(xué)生產(chǎn)方式，綠色農(nóng)業(yè)的核心是種子。育種的核心在于它的遺傳性，而栽培的核心在于它的生理性。

遺傳性就是我們要了解它基因的特征，生理性就是我們要讓種子和環(huán)境友好地結(jié)合，共同地發(fā)展。如果有一天我們把南方的柑橘種到北方，也一樣甘甜可口，那么“南橘北枳”這個(gè)成語可以成為歷史。

如何有機(jī)地把育種的遺傳性和栽培的生理性結(jié)合起來？合成農(nóng)業(yè)給我們帶來了希望。

合成農(nóng)業(yè)點(diǎn)燃的希望

合成農(nóng)業(yè)是基于合成生物學(xué)、分子模塊設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的一種高效的育種體系，這種體系包含了先進(jìn)生物技術(shù)的所有內(nèi)容，包括生物信息技術(shù)、信息編輯技術(shù)、基因測(cè)序技術(shù)和蛋白質(zhì)表達(dá)技術(shù)等。

也就是說，我們可以根據(jù)自己的需要，人工地去設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)和模塊，合成一個(gè)新的生物系統(tǒng)。然后，用這個(gè)生物系統(tǒng)來生產(chǎn)我們所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，甚至疫苗、活性蛋白、保健品，我們可以把所有優(yōu)質(zhì)的性狀轉(zhuǎn)入到一個(gè)種子當(dāng)中去，我們也可以把一個(gè)我們需要的非常昂貴的藥物或者活性物質(zhì)的整個(gè)生產(chǎn)合成代謝途徑轉(zhuǎn)入到微生物里，形成一個(gè)微生物工廠，通過發(fā)酵來實(shí)現(xiàn)它。

2009年，我們?cè)诿绹?guó)微生物會(huì)刊上發(fā)表了一項(xiàng)非常重要的研究成果，美國(guó)微生物學(xué)會(huì)把我們這項(xiàng)工作譽(yù)為綠色化學(xué)的開創(chuàng)性工作之一。

我們把1,3-丙二醇，這種在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和能源領(lǐng)域非常重要也非常昂貴的化學(xué)原料，轉(zhuǎn)入到了大腸桿菌當(dāng)中，這種大腸桿菌非常友好地接受了1,3-丙二醇的整個(gè)合成代謝途徑，就像搬進(jìn)了一個(gè)小工廠。不僅如此，我們的大腸桿菌還能利用農(nóng)業(yè)的廢棄物（比如說秸稈）來生產(chǎn)1,3-丙二醇，使得生產(chǎn)成本大幅度降低，改變了污染嚴(yán)重的化學(xué)工藝。這是我們合成生物學(xué)一次初步成功的嘗試。

2016年，我們把先進(jìn)的基因組重排技術(shù)和分子模塊設(shè)計(jì)技術(shù)相融合，構(gòu)建了耐低溫的草菇。

草菇大家不陌生，但是大家經(jīng)常是在夏天看到它，冬天大家很難看到，為什么？因?yàn)橐话愕牟莨接幸粋€(gè)特性，它雖然營(yíng)養(yǎng)價(jià)值非常高，但是在低溫下會(huì)自溶，大家把它放到冰箱里，不到一晚上它就自溶液化了。這是草菇的“癌癥”，很多人想把這個(gè)癌癥攻克。

我們也在想，采取什么樣的手段呢？

我們想到了基因組重排技術(shù)，這個(gè)技術(shù)以前是在低等的大腸桿菌和枯草桿菌中實(shí)現(xiàn)，在高等生物、高等真菌當(dāng)中沒有實(shí)現(xiàn)過，因?yàn)楹茈y。

我們用新的算法，篩選了大量不同來源的草菇的品種，進(jìn)行基因組測(cè)序，獲得它的不同性狀，把這些性狀進(jìn)行重新洗牌，按照我們的設(shè)想，最終獲得了一個(gè)全新的耐低溫草菇品種。即使放在冰箱里兩天再拿出來，還像新摘出來的一樣。文章發(fā)表以后，我收到了大量國(guó)內(nèi)外專家和機(jī)構(gòu)的來信。他們說這樣一種方法，開辟了食用菌育種的一個(gè)新途徑。

最近我們?cè)谧龅囊豁?xiàng)工作跟玉米有關(guān)，我們?cè)跇?gòu)建一個(gè)具有高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的鮮食玉米，我們把葉酸整個(gè)合成途徑，放到玉米種子當(dāng)中去。

因?yàn)槿~酸是我們?nèi)梭w所需的一種非常重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而人體本身卻不能合成。如果缺了葉酸，我們患冠心病、帕金森綜合癥、中風(fēng)和癌癥的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加。孕婦如果缺少了葉酸，會(huì)使胎兒發(fā)育不良。但是，過量補(bǔ)充化學(xué)合成葉酸，又會(huì)增加結(jié)腸癌和前列腺癌的患病風(fēng)險(xiǎn)。

所以，如果我們通過合成農(nóng)業(yè)的方法，把葉酸的整個(gè)合成途徑搬到鮮食玉米里面，在不遠(yuǎn)的將來，大家吃一根玉米就能滿足一天的葉酸的需求，這是多好的一件事兒啊。

用科技譜寫豐收的樂章

大家對(duì)這一張圖一定不陌生，去年10月，新版的AlphaGo——AlphaGo Zero，在沒有任何圍棋知識(shí)的情況下，自我深度學(xué)習(xí)了8個(gè)小時(shí)，以100:0的比分戰(zhàn)勝了擊敗柯潔的那個(gè)AlphaGo，戰(zhàn)勝了它的前輩。

科學(xué)進(jìn)步的步伐，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的想象，就像我們一百年前不能想象現(xiàn)在的生活方式一樣，我們依然不能想象一百年以后人類是怎樣的生活或生產(chǎn)模式。

當(dāng)人工智能與農(nóng)業(yè)結(jié)合，會(huì)帶來怎樣的面貌？

云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析和植物生物學(xué)相結(jié)合的云生物技術(shù)在美國(guó)已經(jīng)誕生，利用先進(jìn)的生物傳感器，就像過CT一樣掃描種子和種苗，可以快速地對(duì)它們進(jìn)行分揀，快速地感知植物的表型，它的葉片、溫度、水分、抗逆性、生理性以及它的葉綠素含量。在很短的時(shí)間里面，從茫茫種苗當(dāng)中快速篩選出優(yōu)良的基因，提高農(nóng)產(chǎn)品的抗病性、抗逆性、抗旱性。

云生物學(xué)，不僅能夠進(jìn)行良種的篩選，還能檢測(cè)氣候，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉和施肥。在美國(guó)幾萬畝的大麥田、小麥田里，傳感器可以知道今年我要撒多少肥料，這個(gè)階段我該用多少水分，極大節(jié)約了成本。

一個(gè)健康的種子，它一定含有健康的微生物菌群，就像我們?nèi)祟愐粯?，一個(gè)健康的人，他一定包含有健康的腸道微生物。有了大數(shù)據(jù)，基因測(cè)序、機(jī)器學(xué)習(xí)之后，我們還能通過歸類、分解，找到最優(yōu)的微生物的菌群，把它們定植在種子當(dāng)中，讓它們團(tuán)結(jié)協(xié)作。這個(gè)健康的種子菌群，會(huì)幫助種子生根發(fā)芽，抗病抗逆，獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，茁壯成長(zhǎng)，自身還能利用植物光合作用代謝50%的產(chǎn)物進(jìn)行自我繁殖。這樣就形成了種子、植物和土壤之間的有機(jī)循環(huán)，就像一個(gè)和諧社會(huì)。

這是一粒玉米種子，藍(lán)色的部分就是被染了色的微生物，我們從中能夠直觀地看到它和種子之間的友好相處。有些微生物本身能分泌抗菌物質(zhì)，殺死土壤里的病菌，如果我們把它噴到葉面上，可以殺死病蟲害，還能減少農(nóng)藥的使用。

上一個(gè)一百年，我們用上所有農(nóng)業(yè)技術(shù)產(chǎn)出的糧食，才能基本滿足我們?nèi)祟惖男枨螅酉聛淼囊话倌?，更加不容樂觀。

我們的技術(shù)出現(xiàn)瓶頸，但是人口卻在增長(zhǎng)，糧食問題是個(gè)全球性問題。我們經(jīng)常講“民以食為天，食以糧為源，糧以安為先”，最大的食品安全問題是糧食安全問題。

六十年代的綠色革命帶來了第一次農(nóng)業(yè)大增產(chǎn)，九十年代第二次綠色革命是由基因工程帶動(dòng)的，我們至今還在享受它的紅利?，F(xiàn)在，以合成農(nóng)業(yè)技術(shù)為核心的綠色革命即將到來，我們必須張開雙臂擁抱它，因?yàn)樗粌H僅能夠大幅度提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，而且還將顛覆傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，帶來一個(gè)全新的偉大的變革。

小時(shí)候我非常喜歡音樂，因?yàn)槲矣幸浑p靈敏的耳朵，我能夠聽懂每一個(gè)音符，只要我聽到一段旋律，我就能夠把它的樂譜寫下來。所以大學(xué)期間，我寫了不少的歌曲，也組織過樂隊(duì)，我曾經(jīng)幻想長(zhǎng)大以后當(dāng)一個(gè)音樂家。

所以，當(dāng)我閱讀基因序列的時(shí)候，我常常在想，如果我能夠把它翻譯成樂譜該多好呀！因?yàn)槿魏蔚鞍踪|(zhì)都是由20種氨基酸組成的，我如果能夠把它從“20進(jìn)制”，變成“7進(jìn)制”，我不就能夠翻譯了嘛？那么每一條基因，就是一張樂譜，每一個(gè)合成代謝途徑，就是一個(gè)樂章，我就能夠聽到基因表達(dá)的旋律，這是多么美好的事情！

法國(guó)作家福樓拜曾說：“科學(xué)和藝術(shù)，往往在山麓分手，在頂峰匯聚”，我覺得，合成農(nóng)業(yè)所培育的種子就是大自然給予我的最美的藝術(shù)品。

我雖然很遺憾沒有走上音樂的道路，但是當(dāng)我學(xué)了生命科學(xué)，我才發(fā)現(xiàn)，這是大自然中最美的藝術(shù)學(xué)科。