2022年度全球转基因作物产业化发展现状及趋势分析
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Global Genetically Modified Crop Industrialization Trends in 2022
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通讯作者: 唐巧玲E-mail:tangqiaoling@caas.cn王友华 E-mail:wangyouhua@caas.cn
第一联系人:
收稿日期: 2023-10-16 接受日期: 2023-11-13
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Received: 2023-10-16 Accepted: 2023-11-13
自1996年转基因作物开始商业化种植以来,全球转基因产业化应用迅猛发展,种植面积和作物种类逐年增加,经济效益与社会效益日益显著。分析了2022年全球转基因作物种植概况及主要转基因作物种植国家和地区的发展态势,2022年转基因作物种植面积约占总耕地面积的12%,同比增长3.3%,批准种植转基因作物的国家数量增至29个,批准转基因产品商业化应用的国家和地区已达71个。从转基因作物种植面积来看,转基因玉米和大豆占据主导地位,同时复合性状转基因作物的种植面积也在不断扩大。随着生物育种技术的迭代升级,转基因作物的应用范围和效果必将持续提高,转基因生物育种产业将成为农业生产和经济发展的新动能。
关键词:
Since the commercialization of genetically modified (GM) crops in 1996, their industrial applications have developed rapidly in worldwide with increasing planting area and crop types, which have significant economic and social benefits. This paper analyzed the global situation of GM crops cultivation in 2022, and the development trends of major countries and regions planting GM crops. In 2022, the planting area of GM crops accounted for about 12% of the total arable land area with an increase of 3.3%. The number of the countries approved to cultivate GM crops increased to 29, and 71 countries and regions approved the commercial application of GM products. Based on the planting area of GM crops, the GM corn and soybean were dominant, and the planting area of the GM crops with multiple traits was also constantly expanding. The industrial applications of GM crops will become new growth driver for agricultural production and economic development, and the applications and effects of GM crops will continuously increase with the iterative upgrading of bioengineering breeding technologies.
Keywords:
本文引用格式
李浩辉, 刘彩月, 张海文, 王旭静, 唐巧玲, 王友华.
LI Haohui, LIU Caiyue, ZHANG Haiwen, WANG Xujing, TANG Qiaoling, WANG Youhua.
农作物育种先后经历了驯化选择育种的1.0时代、杂交技术为代表的常规育种2.0时代、转基因技术为代表的生物技术育种3.0时代。随着转基因、基因编辑、合成生物、大数据、智能设计等前沿技术的深度融合,催生出“生物技术+信息技术+人工智能”育种4.0时代,这将大幅度提升种质资源的利用率,为解决制约人类发展所面临的食物、环境、资源和健康等问题提供了重大机遇,已成为世界各国增强农业核心竞争力的重大战略[1]。全球生物技术投入生产应用41年,转基因作物商业化27年,转基因作物种类和种植面积持续增加[2]。全面了解全球转基因作物的发展现状,深入分析其发展态势有助于我国转基因产业化的有序开展。本文基于美国农业部、加拿大卫生研究院、澳大利亚药品管理局、国际农业市场信息公司Agbioinvestor等公布的全球转基因作物批准、种植、进出口数据,总结了全球转基因作物种植概况和转基因主要种植地区发展态势,以期为推动我国转基因作物产业发展提供理论支撑。
1 全球转基因作物种植概况
1.1 全球转基因作物种植面积增加
转基因作物自1996年首次商业化种植以来,在全球范围经历了3个发展时期:1996—2002年为发展初期,种植面积从170万hm2增长至5 610万hm2,标志着转基因作物开始商业化;随着一些国家和地区鼓励转基因作物种植以解决粮食安全问题,2003—2011年进入快速增长期,种植面积从6 600万hm2增长到15 800万hm2;2012年至今,种植面积维持在16 000~20 020万hm2之间,增长速度略有放缓,进入稳步增长时期。2022年全球转基因作物种植面积总计2.022亿hm2,约占全球总耕地面积的12%,较去年(1.96亿hm2)增长3.3%,创造了转基因作物大规模商业化种植以来的新纪录(图1)。截至2022年,全球累计种植面积超过26.67亿hm2,种植面积增加112倍,为全球种植户和消费者带来了显著效益。
图1
1.2 各国和地区转基因作物种植面积变化
排名 Rank | 国家 Country | 转基因作物种植面积 Genetically modified planting area/(104 hm2) | 年际变化 Change from year to year/% | 占比 Percentage/% |
---|---|---|---|---|
1 | 美国America | 7 470 | -1.0 | 36.9 |
2 | 巴西Brazil | 6 320 | 10.4 | 31.3 |
3 | 阿根廷Argentina | 2 350 | 0.4 | 11.6 |
4 | 印度India | 1 240 | 4.8 | 6.1 |
5 | 加拿大Canada | 1 130 | -3.0 | 5.6 |
6 | 巴拉圭Paraguay | 370 | 8.4 | 1.9 |
7 | 南非South Africa | 320 | 8.8 | 1.6 |
8 | 中国China | 290 | -3.2 | 1.4 |
9 | 巴基斯坦Pakistan | 170 | -10.0 | 0.8 |
10 | 澳大利亚Australia | 150 | 74.6 | 0.7 |
其他国家Other countries | 420 | 2.6 | 2.1 | |
总计Total | 20 220 | 3.3 | 100.0 |
1.3 转基因玉米和大豆种植面积仍占主导地位
从表2可以看出,2022年,全球转基因大豆的种植面积达到9 890万hm2,占转基因作物总种植面积的48.9%,较去年上升2.6%,是种植面积最大的转基因作物。其次为转基因玉米,种植面积达6 620万hm2,占比32.7%,较去年增加3.3%。棉花是第三大转基因作物,种植面积达2 540万hm2,占比12.6%,较去年增加7.9%。转基因茄子的种植面积为3万hm2,是增幅(80.9%)最大的转基因作物。转基因油菜、苜蓿与甘蔗的种植面积分别为990万、110万和10万hm2,同比下降0.7%、2.1%和16.6%。转基因甜菜的种植面积维持在50万hm2,转基因小麦的种植面积为10万hm2。转基因棉花的普及率最高,占全球棉花种植面积的80.4%,其次是大豆(73.7%)、玉米(32.9%)和油菜(23.8%)。
物种 Species | 转基因作物种植面积 Genetically modified planting area/(104 hm2) | 总种植面积 Total planting area/(104 hm2) | 占比 Percentage/% |
---|---|---|---|
棉花Cotton | 2 540 | 3 160 | 80.4 |
大豆Soybean | 9 890 | 13 420 | 73.7 |
玉米Maize | 6 620 | 20 120 | 32.9 |
油菜Canola | 990 | 4 160 | 23.8 |
甜菜Sugarbeet | 50 | 440 | 11.4 |
苜蓿Alfalfa | 110 | 3 500 | 3.1 |
茄子Brinjal | 3 | 200 | 1.5 |
甘蔗Sugarcane | 10 | 2 630 | 0.4 |
小麦Wheat | 10 | 22 060 | 0.1 |
水稻Rice | 2 | 16 510 | 0.0 |
总计Total | 20 220 | 86 200 | 23.5 |
1.4 耐除草剂、抗虫及其复合性状转基因作物种植面积增大
近年来,具有耐除草剂(herbicide-tolerance,HT)、抗虫性状(Bt)的转基因作物得到广泛应用。据美国农业部(United States Department of Agriculture,USDA)统计,其种植的转基因作物主要性状为HT、Bt及二者的复合性状。自2014年以来,美国HT大豆种植比例稳定在94%左右,2021—2022年,HT大豆种植面积增加1%;2021年HT棉花种植面积占比高达94%,2022年Bt棉花占比约89%,有所下降;2022年HT玉米约占90%,Bt玉米攀升至84%。这2种性状的种植比例远高于抗病毒和抗真菌性状、抗逆性状以及高蛋白质、油或维生素含量等品质改良性状。复合性状由于同时具有耐除草剂、抗虫等优点,生产成本更低,受到广大农民青睐,因而得到迅速推广。从全球来看,2019年HT、Bt及其复合性状的转基因作物种植面积占比分别为43%、12%和45%,而2005年三者的占比分别为71%、18%和11%。从区域角度来看,2000年复合性状作物品种仅占美国玉米面积的1%,但到2022年这一比例已上升至81%。2023年,美国转基因三大作物(棉花、大豆、玉米)普及率达95%以上,未来复合性状转基因作物将占据市场的主导地位[3‑4]。
2 全球转基因主要种植地区发展态势
全球转基因市场不断外延,美国、巴西、阿根廷的转基因技术在几种主要作物中的应用已基本饱和,后续主要在性状改良和结构优化方面寻求发展。美国等国家的种业公司一方面在本土推广种植新型转基因作物,另一方面在国际市场积极推广产品技术,拓展种植面积,以期持续获得利润增长点。
2.1 北美地区转基因作物种植布局得到优化
2022年,北美地区重点优化转基因作物种植布局,产品类型更为多元,总种植面积为8 600万hm2,相较于2021年略减1.3%,主要农作物转基因技术采用率保持在90%以上[2]。
2.1.1 美国转基因作物种植面积位居全球第一
2.1.2 加拿大的转基因油菜种植面积最大
2022年,加拿大转基因作物种植面积为1 130万hm2,较2021年下降3.0%。受天气影响,转基因油菜的种植面积为820万hm2,较上年下降4.7%,但加拿大仍是全球转基因油菜种植面积最大的国家,远超美国和澳大利亚[2]。
2.2 中美洲和南美洲地区转基因作物种植面积逐步扩大
2022年,中美洲与南美洲在巴西转基因作物种植面积大幅增加的推动下,同比增加7.4%(面积为9 330万hm2),目前巴西转基因作物面积约占该区域的68%,阿根廷转基因作物种植面积仅次于巴西,约占25.2%,该区域的转基因大豆占转基因作物总种植面积的67.2%[2]。
2.2.1 巴西转基因作物种植面积位居全球第二
2.2.2 阿根廷转基因作物种植面积位居全球第三
2.3 亚太地区转基因作物总面积增长空间较大
2.3.1 印度转基因作物种植面积位居全球第四
2022年,印度转基因作物种植面积达到1 240万hm2,同比增加4.8%,位居全球第四。此外,印度是种植转基因棉花面积最大的国家,Bt棉花种植达80%,而耐除草剂或其他复合性状的品种尚未实现商业化种植[8]。
2.3.2 中国是亚洲转基因棉花种植第二大国
2.3.3 菲律宾转基因作物种植情况
2022年,由于菲律宾转基因玉米品种利用率下降,转基因作物种植面积下降5.2%,但该国是世界上第一个商业化种植转基因水稻(黄金大米)的国家。该品种由国际水稻研究所(International Rice Research Institute,IRRI)研发,通过表达crt1与psy1基因增加了β-胡萝卜素的(维生素A的前体物质)含量,首年推广面积为3.8万hm2。2022年,转基因茄子在菲律宾首次获批,但尚未开展商业化种植[10]。
2.4 其他地区转基因作物种植情况
3 2022年不同国家和地区新批准的转基因生物性状
全球批准的转基因生物性状以抗虫、抗除草剂以及兼具这2种性状或多性状为主。如具有耐草铵膦、耐草甘膦、耐抗生素、耐麦草畏与抗鳞翅目害虫的转基因玉米MON87427×MON89034×MON810×MIR162×MON87411×MON87419在澳大利亚、新西兰、韩国、日本、加拿大批准用于食品与饲料,在日本、加拿大批准种植。兼具耐草铵膦与抗旱特性的转基因小麦MON87769在欧盟、韩国、日本、美国、加拿大批准用于食品与饲料,在日本、美国、加拿大批准种植。
3.1 美国新批准的转基因生物性状
美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration, FDA)(
表3 2022年美国新批准的转基因生物性状
Table 3
名称 Name | 研发单位 R & D unit | 物种 Species | 获得性状 Gain trait |
---|---|---|---|
PRLR-SLICK | Acceligen | 肉牛Beef | 可生出极短光滑的毛发以抵御高温 Grow extremely short, smooth hair to withstand the heat |
NS-B5ØØ27-4 | Nuseed Americas Inc. | 油菜Canola | 耐草铵膦、产生Ω-3长链脂肪酸 Tolerant to glufosinate ammonium and produce Ω-3 long chain fatty acids |
LBFLFK | BASF | 油菜Canola | 耐咪唑啉酮类除草剂、产生Ω-3长链脂肪酸 Resistant to imidazolinone herbicides and production of ω-3 long chain fatty acids |
GMB 151 | BASF | 大豆Soybean | 抗大豆胞囊线虫、耐HPPD-4除草剂 Resistant to soybean cyst nematode and HPPD-4 herbicide |
HB4 | Bioceres | 小麦Wheat | 抗旱、耐草铵膦 Resistant to drought and glufosinate ammonium |
MON 87429 | Bayer | 玉米Maize | 耐麦草畏、草铵膦、草甘膦,FOPs、2,4-D,雄性不育 Resistant to wheatgrass dichlorvos, glufosinate ammonium, glyphosate, FOPs and 2,4-D, male sterility |
DP23211 | AMVAC | 玉米Maize | 耐草铵膦、抗玉米根虫 Tolerant to oxalophosphorus and resistant to corn root worm |
MON 94100 | BAYER | 油菜Canola | 耐麦草畏Tolerant to wheat grass |
Zynteglo | Bluebird bio | 产生功能性β珠蛋白 Produce functional beta-globin |
3.2 欧盟新批准的转基因生物性状
欧洲食品安全局(European Food Safety Authority,EFSA)(
表4 2022年欧盟新批准及续授权的转基因作物与产品
Table 4
名称 Name | 研发单位 R & D unit | 物种 Species | 获得性状 Gain trait |
---|---|---|---|
GMB151 | BASF | 大豆Soybean | 抗大豆胞囊线虫、耐HPPD-4除草剂 Resistant to soybean cyst nematode and HPPD-4 herbicide |
73496 | Corteva | 油菜Canola | 耐草甘膦 Tolerant to glyphosate |
GHB811 | BASF | 棉花Cotton | 耐草甘膦与异恶唑草酮 Resistant to glyphosate and oxazolone-resistant |
GHB614 | BASF | 棉花Cotton | 耐草甘膦 Tolerant to glyphosate |
NK603×T25×DAS-40278-9 | AMVAC | 玉米Maize | 耐草甘膦 Tolerant to glyphosate |
MON87769×MON89788 | Monsanto | 大豆Soybean | 耐草甘膦、产生硬脂酸 Resistant to glyphosate and produce stearic acid |
DP4114×MON810×MIR604×NK603 | AMVAC | 玉米Maize | 耐草铵膦、耐草甘膦、耐抗生素、抗虫、促进甘露糖代谢 Tolerant to glufosinate ammonium, glyphosate, antibiotics, insects and mannose |
欧盟委员会(European Union,EU)(
3.3 菲律宾新批准的转基因生物性状
菲律宾农业部(Department of Agriculture,DA)(
表5 2022年菲律宾新批准的转基因作物
Table 5
名称 Name | 研发单位 R & D unit | 物种 Species | 获得性状 Gain trait |
---|---|---|---|
MON95379 | Monsanto | 玉米Maize | 抗鳞翅目害虫 Resistant to Lepidoptera pests |
MON87460 | Monsanto | 玉米Maize | 抗旱、耐抗生素 Resistant to drought and antibiotics |
MON 87427×MON 89034×MON 810×MIR 162 ×MON 87411×MON 87419 | Monsanto | 玉米Maize | 耐草铵膦、耐草甘膦、耐抗生素、耐麦草畏、抗鳞翅目害虫 Resistant to glufosinate ammonium, glyphosate, antibiotic, wheat straw, and lepidopteran pests |
MON87769 | Monsanto | 大豆Soybean | 耐草甘膦、产生硬脂酸 Resistant to glyphosate and producing stearic acid |
H7-1 | Monsanto | 甜菜Sugarbeet | 耐草甘膦 Tolerant to glyphosate |
MON88913 | Monsanto | 棉花Cotton | 耐草甘膦 Tolerant to glyphosate |
MON15985 × MON1445 | Monsanto | 棉花Cotton | 耐草甘膦、抗虫、耐抗生素 Resistant to glyphosate, insects and antibiotics |
EE-1 | UPLB-IPB,Mahyco,cornell university (ny) | 茄子Brinjal | 抗鳞翅目昆虫、耐抗生素 Resistant to Lepidoptera insects and antibiotics |
3.4 日本、韩国新批准的转基因生物性状
韩国食品药品安全部(Ministry of Health, Labour, and Welfare,MFDS)(
表6 2022年日本新批准的转基因作物
Table 6
名称 Name | 研发单位 R & D unit | 物种Species | 获得性状 Gain trait |
---|---|---|---|
MON95379 | Monsanto | 玉米Maize | 抗鳞翅目害虫 Resistant to Lepidoptera pests |
MON94100 | BAYER | 油菜Rape | 耐麦草畏 Resistant to chlorpyrifos |
RF3 | BASF | 油菜Rape | 耐草铵膦、育性恢复 Resistant to glufosinate ammonium and fertility restoration |
DP202216 | AMVAC | 玉米Maize | 耐草铵膦、提高产量 Resistant to glufosinate ammonium and increased yield |
GMB151 | BASF | 大豆Soybean | 耐HPPD抑制剂类除草剂、抗虫 HPPD resistant herbicides, insect resistant |
3.5 其他地区新批准的转基因生物性状
澳新食品标准局(Food Standards Australia New Zealand,FSANZ)(
加拿大卫生部(Health Canada)(
土耳其农业和林业部(Ministry of Agriculture and Forest,MinAF)
表7 2022年土耳其新批准的转基因作物
Table 7
名称 Name | 研发单位 R & D unit | 物种Species | 获得性状 Gain trait |
---|---|---|---|
SYN-ØØØ H2-5 | BASF | 大豆Soybean | 耐草铵膦、耐甲基磺草酮 Resistant to glufosinate ammonium and methanesulfone |
DP- ØØ4114-3 | AMVAC | 玉米Maize | 耐草铵膦、抗鳞翅目与鞘翅目昆虫 Resistant to glufosinate ammonium, Lepidoptera and Coleoptera insects |
MON87751 | Monsanto | 大豆Soybean | 抗虫 Insect resistance |
DAS-81419-2 | DOW | 大豆Soybean | 抗虫、耐草铵膦 Resistant to insect resistant and glufosinate ammonium |
MON87411 | Monsanto | 玉米Maize | 耐草甘膦、抗虫 Resistant to glyphosate resistant and insect |
MZIR098 | Syngenta | 玉米Maize | 耐草铵膦、抗虫 Resistant to glufosinate ammonium resistant and insect |
NK603 × MON810 | Monsanto | 玉米Maize | 耐草甘膦、抗虫 Resistant to glyphosate resistant and insect |
英国环境、食品和农村事务部(Department of Environment, Food and Rural Affairs,DEFRA) (
4 2022年不同国家和地区政策动态
4.1 美国政策动态
4.2 欧盟政策动态
4.3 巴西政策动态
巴西是全球第二大转基因作物种植国,其植面积占据全球总面积的近1/4。巴西政府对转基因作物产业制定了一系列鼓励创新与商业化推广的政策。首先是为转基因作物研发提供资金支持和税收优惠政策,加深转基因作物研发、加速其商业化进程。其次是简化审批流程,降低合规成本,为转基因作物商业化种植提供了便利。同时,政府还提供了相关培训与技术支持,帮助农民掌握种植和管理转基因作物的技术[19]。
4.4 加拿大政策动态
加拿大的转基因育种法规主要由Health Canada和加拿大食品检测局( The Creation of the Canadian Food Inspection Agency,CFIA)(合称HC)负责。加拿大的转基因作物与食品审批主要基于安全性评估和环境影响评估,其审批程序相对简单、用时较短[20]。为满足新型食品法规要求,维护加拿大食品供应的健康与安全,HC修订了《新型食品法规指南》,并增加了2项新指南。其中,植物育种食品指南使植物来源的新型食品(包括使用基因编辑技术开发的食品)监管更加清晰透明,为其商业化提供了有效途径,使用相同或不同的修饰方法对植物进行同一遗传修饰且具有相同特性的食品可进行快速安全评估[21]。
4.5 日本、韩国政策动态
日本是转基因作物的主要进口国和消费国,但国内生产仍然极为有限。目前,日本监管机构已经制定了基因编辑食品和农产品的管理框架,并批准3项基因编辑产品(番茄、鲷鱼和河豚)在国内生产销售。日本消费者厅(Consumer Affairs Agency, CAA)(
韩国正在修订关于新兴生物技术产品(主要是基因编辑产品)的监管法规,同时宣布从2026年开始,所有含有生物技术成分的产品都必须强制标识。
4.6 其他国家和地区政策动态
澳大利亚联邦政府支持生物技术发展,其转基因育种法规主要由澳大利亚生物技术管理局(Office of Gene Technology and Regular,OGTR) (
菲律宾对生物技术及产品的进口、使用与环境释放相关的生物技术法规与基因工程植物法规进行修订,以适用于新兴生物技术的监管[12]。
英国DEFRA下属机构环境释放咨询委员会(Advisory Committee on Releases to the Environment,ACRE)发布了关于使用基因技术进行合格高等植物研究试验的指南,便于研发人员了解合格高等植物(qualifying higher plants,QHP)的范围。为简化基因技术(尤其是基因编辑技术)的行政程序,支持新兴技术的发展,DEFRA提出了基因技术(精准育种)法案,表示政府正在采取循序渐进的方法,首先在植物领域制定立法,但在保障动物福利的监管体系建立之前,暂时不会改变转基因法规下的动物监管政策。
4.7 中国政策动态
5 展望
转基因技术是农业领域发展最快、应用最广的高新技术之一,其发展趋势将呈现以下特点:一是转基因产品将愈发多样化,随着组学技术应用、生物数据积累及遗传转化技术改良,转基因作物的种类和性状将呈现多元化趋势;二是转基因相关技术将持续创新,如定向碱基替换、基因编辑系统更迭以及转基因技术与基因编辑技术叠加使用等;三是政策法规进一步完善,全球对转基因作物产业化应用的关注度逐渐提升,各国政府将进一步完善相关法律法规,以确保转基因作物产业化应用的安全性与可持续性;四是转基因产品的市场竞争将会加剧,各大转基因公司将加大研发投入,推出更具竞争力的转基因作物产品,以抢占市场份额;五是转基因作物带来的经济效益将会提升,随着转基因作物的广泛应用,其在提高农作物产量、减少农药和化肥使用、降低生产成本等方面的优势进一步显现,从而为农民与消费者带来更高的经济效益;六是全球范围内转基因领域的跨国合作进一步加强,以实现资源共享、技术互补,共同应对全球农业面临的挑战。
展望未来,转基因育种产业仍将是农业生产和经济发展的重要领域,随着转基因育种技术的不断改良,其应用范围和效果也将逐步提高。同时,政府和社会组织也将加强对转基因育种技术的监管和管理,以确保其安全性与可持续发展。
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