《Journal of Agriculture and Food Research》：Systemic Drivers of Maize Breeding Efficiency in China and the U.S.
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中美之间的玉米产量差距源于育种系统的结构性差异。本文比较了美国的创新驱动循环与中国的公共机构中心循环。中国通过《种子法》和实质性派生品种（EDV）改革转向企业主导型创新。氮素利用效率（NUE）和遗传增益方面的表现差距反映了育种目标的差异。公私协同对于未来全球粮
中美之间的玉米产量差距源于育种系统的结构性差异。本文比较了美国的创新驱动循环与中国的公共机构中心循环。中国通过《种子法》和实质性派生品种（EDV）改革转向企业主导型创新。氮素利用效率（NUE）和遗传增益方面的表现差距反映了育种目标的差异。公私协同对于未来全球粮食安全至关重要。
1. 引言
玉米在现代食品供应链中占据不可或缺的地位，其生产力是保障全球数十亿人生活稳定的关键因素。美国和中国作为世界最大的两个玉米生产国，合计占全球玉米产量的一半以上，其中美国约占32%，中国约占22%。尽管中国玉米总产量在过去几十年显著增长，但平均单产约为6.32吨/公顷，仅为美国（11.03吨/公顷）的一半左右。研究人员认为，这一产量差距并非单纯由农艺因素造成，其根本原因在于中美两国育种系统的制度差异。中国作为全球最大的玉米进口国之一，其育种系统效率对全球粮价和贸易流向具有显著影响。传统上，产量和育种效率差异常被归因于农艺技术、投入强度和自然资源禀赋，但本文认为农业创新系统的结构和功能差异才是效率分化的基本驱动因素。历史上，中国玉米产业面临科研成果商业化率低、知识产权保护不足导致企业难以进行高强度研发投入等结构性挑战。本文从创新系统视角出发，比较中美两种模式，分析中国政府近期采取的一系列积极转型政策，并借鉴巴西和印度种业发展路径，为全球玉米育种效率提升提供参考。
2. 中美育种创新系统比较
该部分界定了两个核心概念：“创新驱动循环”指私营部门作为研发主要场所的育种系统；“公共机构中心循环”指公共研究机构驱动核心研发的模式。两种系统在资金与创新主体、知识产权制度、商业化路径以及育种目标和反馈回路等维度上存在差异，其边界是制度性的而非技术性的。
2.1 美国的创新驱动循环
美国农业创新系统是典型的私营部门驱动模型，依靠大量私人研发投资和强有力的知识产权保护维持运转。例如，科迪华（Corteva）公司2024年研发支出达到14亿美元，体现了这一创新驱动循环的效率。在《植物品种保护法》（PVPA）及相关专利法的强力保护下，企业能够回收研发投资，持续利润进而激励新一轮技术创新，形成健康的产业循环。然而，这一循环也存在风险：严格的知识产权保护和激烈的市场竞争可能限制小型企业和公共研究机构的发展空间，形成潜在创新壁垒；高市场集中度可能降低种质资源遗传多样性，导致品种同质化，制约创新系统长期发展。为缓解这些风险，美国依靠公共资金支持基础研究，如美国农业部农业研究局和赠地大学系统，并采取促进竞争和透明度的适应性政策措施。私营部门主导与公共资金支持相结合的战略平衡，构成了美国创新系统的核心特征。
2.2 中国的公共机构中心循环
中国育种系统历史上由政府主导，研发力量主要集中在公共机构，如中国农业科学院和省农科院。尽管政府投入巨大，但长期存在科研成果与市场转化脱节的问题。过去知识产权保护薄弱导致“模仿育种”盛行，企业通过略微改良现有品种即可获利，严重削弱了研发投入动力，造成种子市场高度碎片化，缺乏具有研发能力的大型种子企业。研究表明，中国每年审定数千个玉米新品种，但主产区推广品种中超过80%源自骨干亲本郑58、昌7-2及其衍生系。这种高度同质化不仅使品种抗性脆弱，如2021年黄淮海地区南方锈病暴发因大部分推广品种遗传背景狭窄而大规模减产，还使企业更注重营销策略而非品种改良，降低了育种效率。此外，品种审定制度长期依赖严格的区域试验，虽然保证了基本适应性，却限制了优良品种的跨区域推广。近年来，中国政府于2021年启动“种业振兴行动方案”，明确将种子企业定位为技术创新主体，旨在推动创新资源从公共研究机构向竞争性商业实体转移。通过绿色通道、联合体试验等制度创新，企业获得更大自主权；品种评价标准也从单一产量导向转向广适性导向，加速了品种升级。2021年修订的《种子法》（2022年3月生效）旨在建立实质性派生品种（EDV）制度，规定由受保护原始品种修饰而来的商业化“新品种”须经原始品种权利人许可，从而切断“模仿育种”的利润链，推动企业转向基于新种质和新技术的原始创新。不过，政策生效与市场转化之间存在固有时间差，将数千家碎片化种子企业整合为具有全球竞争力的龙头企业并非短期可实现。改革对遗传增益和市场结构的影响预计将在未来几年逐步显现。比较表明，公共机构对创新系统的基础生产力至关重要，但私营部门参与现代技术的快速商业化不可或缺。中国正在进行的改革旨在建立一种新型创新模式，即以政府资助的公共研究为基础、以完善的知识产权保护体系为支撑。
3. 基因编辑监管的差异
全球范围内，基因编辑作物的监管方法仍存在显著差异。美国采用基于产品的监管路径，而中国历来采用基于过程的监管方法，但近期政策调整表明中国正转向更适应性的监管方向。
3.1 美国基于产品的监管方案
2020年，美国正式实施“可持续、生态、一致、统一、负责和高效”（SECURE）规则。该监管体系遵循基于产品的原则，即监管注意力集中在基因编辑作物的最终特性而非生产方法上。可通过传统育种方法获得的基因编辑性状，如SDN-1编辑，基本不需要监管审查。这种简化监管加速了生物技术商业化，使企业能够快速迭代抗虫、抗除草剂等产品。高效的监管体系是美国农业创新循环的核心支柱，确保突破性技术快速转化并进入市场。
3.2 中国的分级适应性监管框架
为理解中国转基因作物监管体系，需区分含外源DNA的传统转基因生物（GMO）和不含外源DNA的基因编辑作物。中国对含外源DNA的GMO仍实施严格的过程监管，但已对不含外源DNA的基因编辑作物进行重大改革。2022年，农业农村部发布《基因编辑植物安全评价指南（试行）》，建立了简化分类审批流程，取消了传统GMO环境释放和生产试验的时间要求，申请人完成中间试验阶段后即可直接申请安全证书，将基因编辑作物商业化周期显著缩短至1-2年。这一改革使中国处于全球监管格局的中间地带，介于欧盟严格的过程型模式与美国宽松的产品型模式之间。改革旨在加速中国基因编辑学术成果的商业转化。2023年，中国批准了首个基因编辑高油酸大豆安全证书，随后于2024年批准基因编辑玉米安全证书，表明基因编辑作物监管瓶颈已逐步消除，为种业振兴目标提供重要支撑。
4. 关键绩效指标的定量比较
定量指标显示了两种育种创新系统的结构性差异，表型指标是制度体系及其育种目标的表现，而非单纯的技术成果。制度塑造育种目标，育种目标进而塑造表型。由于分子育种工具在中美之间日益共享，持续存在的绩效差距更应由制度差异而非技术可及性来解释。
4.1 遗传增益与育种目标
遗传增益数据清晰反映了两国育种目标的差异。美国玉米杂交种在高种植密度条件下实现了最高遗传增益，为81公斤/公顷/年，这主要得益于私营部门对株型改良的大量投入，使玉米适应大规模集约化农业。全球范围内，产量增长主要通过耐高密度能力增加穗粒数而非粒重实现。相比之下，中国玉米品种在中等种植密度下达到最高遗传增益，为94.7公斤/公顷/年。需要强调的是，这两个数值不可直接比较，因为它们来自不同的研究、时间跨度、种质群体，且在不同种植密度下测得。因此，这种对比反映的是育种目标的分化而非育种效率差异，中国品种数值更高不应被解读为遗传进展更优。具体而言，美国主要通过高密度耐受性追求产量增益，而中国优先保障小农条件下分散农田和多样环境中的产量稳定性。值得注意的是，美国在高密度下的增益反映的是对高密度耐受性的选择，而非对高投入本身的选择；高密度选择可实现在相同甚至更低投入水平下的韧性和稳产。随着产业化育种等试点项目实施，中国已增加种植密度并转向集约化生产模式，优化种植密度已被证明可提高中国田间条件下的籽粒产量。抗虫耐除草剂等基因编辑作物的放开也旨在支持更高种植密度并提高单产。
4.2 氮素利用效率的差异
氮素利用效率（NUE）是衡量两种创新系统育种效率的另一个关键指标。此处NUE以氮肥偏生产力（PFP
N）表示，即单位施氮量所生产的籽粒产量（公斤谷物/公斤氮）。数据显示，2017年美国玉米的PFP
N为49.0公斤/公斤氮，明显高于中国的25.8公斤/公斤氮，中国仅为美国水平的一半左右。这一差距不能简单归因于技术差异，而是反映了两国育种目标的根本不同。美国的创新驱动循环受利润驱动，为降低生产成本，企业大量投资选育高NUE品种以减少肥料投入，这种由利润动机驱动的投入效率优先可能是NUE差异的主要驱动因素。相反，中国的机构中心循环旨在通过最大化总产出保障国家粮食安全，历史上政府补贴化肥使用，使NUE在育种目标中居于次要地位。然而，当前中国强调可持续绿色发展，NUE已成为新品种审定的关键指标，这反映了政府主导模式下过去育种优先序的修正。
4.3 研发投入与市场整合
中美育种研发投资差异显著。美国大型种子公司每年投入数十亿美元研发资金，远超中国数千家小种子公司研发投资的总和。然而，在种业振兴行动的推动下，中国种业的分散格局正逐步走向整合。通过积极的政府政策引导，研发资源、种质资源和科研人才被鼓励向龙头企业集中。中国领先种子公司的研发投资近年来显著增加，企业主导的创新联合体的建立表明，中国育种公司正逐步从分散结构向以创新为中心的高效率企业创新模式转型。
5. 全球启示
中美育种创新系统为全球粮食生产体系提供了宝贵见解。在跨国种子公司已建立深厚技术和知识产权壁垒的全球背景下，后发国家是否必须通过政府主导的制度干预来打破依赖？答案是肯定的。对新兴经济体而言，中国的发展经验表明，持续投资基础研究虽有必要，但仅靠公共资金并不足够。即使在公共育种计划中，效率也不仅由预算决定；对发展中世界资源受限计划的最新模型研究表明，优化育种方案设计可在不增加支出的情况下显著提高单位成本的遗传增益。中国近期改革表明，健全的制度框架对于在强知识产权保护下将研究成果转化为生产力至关重要。从公共机构中心模式向企业主导模式的转型，为寻求农业现代化的国家提供了有益参考。巴西的经验验证了这一模式：20世纪70年代巴西面临低产和贫瘠土壤困境时建立了国家农业研究公司（EMBRAPA）；20世纪90年代至21世纪初通过《植物品种保护法》和《转基因生物安全法》，实施开放政策和知识产权改革，成功吸引跨国种子公司，同时积极提升本土企业竞争力，形成了高效公私协作模式——EMBRAPA提供基础种质和技术支持，私营企业负责商业育种和推广。对中国而言，巴西的经验在于制度层面而非技术层面：公共机构与私营机构之间明确的责任分工至关重要，公共机构负责保护种质资源并提供预育种材料，健全的知识产权保护环境可吸引私营部门进入商业化进程。相比之下，同为热带国家的印度虽拥有庞大的公共研究网络（ICAR），但长期因缺乏强知识产权保护和市场整合机制而导致种子市场碎片化。印度对转基因和基因编辑作物（棉花除外）的模糊摇摆政策造成监管不确定性，严重抑制了私营企业研发热情，导致现代生物技术难以应用于粮食作物，其玉米产量长期低于世界平均水平。印度经验为其他发展中国家种业发展提供了警示：当弱知识产权保护、碎片
