10月17日,农业农村部和国家农作物品种审定委员会印发《关于第五届国家农作物品种审定委员会第四次审定会议初审通过品种的公示》,初审通过了37个转基因玉米品种。在今年年初,农业农村部也审批了20个转基因玉米品种,在今年第一季度已经在内蒙古、河北等地试种,今年秋天第一批转基因玉米已经上市。在对转基因品种商业化种植公众意见征询期结束后,12月7日,农业农村部公布了一批审定通过的37个转基因玉米品种。可以肯定的是,转基因作物的种植推广会有序展开,这些品种已经可以自由种植,这也意味着转基因玉米商业化种植的窗口已经打开。
综合来说,利用转基因技术,培育具有抗虫、抗病、耐除草剂、优质、抗逆等优良性状的转基因作物,可减少农药使用量,降低劳动力成本,改革耕作栽培制度,提高农产品产量与质量。纵观全球已经普及转基因玉米的国家来看,例如美国和巴西等,玉米单产和产量均有明显的提升。
尽管在我国种植转基因玉米是大势所趋,在技术和政策上也已经扫清了障碍,但在推广上并不是一蹴而就,将会逐步放开。按照业内有关专家的预测,明年转基因玉米种植或推广到14个省,转基因玉米商业化后有望在5-6年内市场渗透率达峰至90%,届时玉米单产有望提升10%左右。
1 何谓″转基因″
转基因,即利用工程技术将一种生物的一个或多个基因转移到另外一种生物体内,从而让后一种生物获得新的性状。基因为英语″gene″的音译,是DNA(脱氧核糖核酸)分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列的总称,是具有遗传效应的DNA片段,是控制生物性状的基本遗传单位,记录和传递着遗传信息。转基因(Transgenic)技术就是将高产、抗逆、抗病虫、提高营养品质等已知功能性状的基因,通过DNA重组方法转入到受体生物体中,使受体生物在原有遗传特性基础上增加新的功能特性,获得新品种,生产新产品。
在人类对农业生物驯化和改良过程中,基因起着决定性的作用,基因的变化决定了农艺性状的变化。目前,转基因性状主要围绕抗病虫害和抗除草剂等研究展开。杂草、病虫害,以及对应的杀虫剂、除草剂都会对作物本身的产量、质量产生不利影响。以除草剂为例,除草剂落在玉米叶片上会造成叶片变黄、变形及叶片数量减少,除草剂渗入到土壤中也会破坏土壤中的微生物菌群共生环境,影响植株的发育。而通过转基因技术将抗病虫、抗除草剂的性状叠加到优良的作物品种身上,使种子不怕病虫害和除草剂,从而降低除草、除虫成本,同时显著提高作物的产量。
通过外源基因转入,转基因作物可具备抗除草剂、抗虫等农艺性状。相较于传统种子,转基因种子为农户带来的净收益=避免的产量损失+节约的农药成本+节省的田间管理时间和劳动力投入-额外的转基因种子费用。首先,抗除草剂性状的核心作用是优化除草环节效率。作物拥有抗除草剂性状后,除草剂使用结构发生明显变化,以草甘膦为代表的高效低毒广谱除草剂得以大范围应用,种植过程中使用一种除草剂即可杀死大多数杂草,使除草环节变得高效、省力、便捷,减少了人工除草等传统劳作内容。其次,抗虫性状的核心作用是保护作物进而提升单产。带有抗虫性状的作物产生的毒素可以有效控制虫害,进而减少害虫对作物的损害,提升作物单产水平。同时,抗虫性状也可以减少农业生产投入,一方面导入抗虫基因可以明显减少杀虫剂的使用量,另一方面也可以减少人工灭虫的劳动投入。
图1：转基因育种技术
数据来源：公开资料整理、紫金天风期货
图2：转基因育种与传统育种的区别和联系
数据来源：公开资料整理、紫金天风期货
图3：抗虫和耐除草基因发展进程
数据来源：公开资料整理、紫金天风期货
2 全球转基因作物发展情况
2022年,全球转基因作物种植面积比上年增长3.3%,达到2022亿公顷。27个国家种植了11种不同的转基因作物,大豆种植最广泛,种植面积为9890万公顷；其次是玉米,种植面积为6620万公顷。自1996年首次引入转基因品种以来,种植转基因作物的国家数量波动上涨,部分原因是几个欧洲国家停止种植转基因玉米,以及布基纳法索停止种植转基因棉花。2022年有27个国家种植转基因作物,与2015年数量相当。
图4：全球主要转基因作物种植国数量情况(百万公顷)
数据来源：Agbiolnvestor
据国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)统计,2022年全球有15个国家种植生物育种玉米,种植面积达到9.93亿亩。其中种植超过100万亩的国家,分别是美国5亿亩、巴西3.07亿亩、阿根廷1.06亿亩、南非3450万亩、加拿大2000万亩、菲律宾915万亩、巴拉圭705万亩、越南270万亩、乌拉圭225万亩、哥伦比亚210万亩和西班牙105万亩。其他四个国家洪都拉斯75万亩、智利6.9万亩、葡萄牙5.3万亩和印度尼西亚3750亩。2022年,美国、巴西、阿根廷、加拿大、南非和乌拉圭的生物育种玉米种植普及率达到了88%或之上,生物育种玉米种植成为主流选择。菲律宾、哥伦比亚、西班牙、巴拉圭和越南的生物育种玉米普及率在20-50%之间。
图5：全球主要种植生物育种玉米国家种植面积(百万亩)
数据来源：公开资料整理、紫金天风期货
图6：2022年全球主要生物育种玉米产业化国家种植面积比例(%)
数据来源：公开资料整理、紫金天风期货
图7：全球主要种植生物育种玉米国家的产业化普及率(%)
数据来源：公开资料整理、紫金天风期货
下面的表格和条形图显示了每种作物的全球采用率。棉花的转基因利用率最高,占世界棉花总面积的80.4%,其次是大豆,为73.7%,玉米为32.9%,油菜为23.8%。剩余的作物占比较低。
图8：全球主要转基因作物采用率(百万公顷)
数据来源：Agbiolnvestor
首先美国方面,美国是转基因技术研发大国,也是全球最大的转基因作物生产和消费国,目前美国已经批准了22种转基因作物产业化。近年来,每年种植转基因作物11亿亩左右,占其耕地面积的40%以上,其中玉米、大豆、棉花、甜菜等转基因品种种植面积均超过90%。
2022年美国转基因作物种植总面积7470万公顷,除苜蓿以外的所有转基因作物的采用率都超过90%。下图显示了美国转基因作物的历史采用率。美国拥有世界上最大的转基因玉米种植面积,2022年达到3330万公顷,占全球转基因玉米种植面积的50.4%。美国在1996年首次种植转基因玉米品种,从那时起,采用率迅速上升。2000年以来的一个关键趋势是从使用单一性状(抗虫性或抗除草剂性)过渡到使用堆叠基因品种(抗虫性和抗除草剂性)。2000年,堆积基因品种仅占美国玉米总面积的1%,而到2022年,这一比例已上升到81%。
图9：美国不同农作物转基因占比(%)
数据来源：Agbiolnvestor
图10：美国玉米不同性状类型占比(%)
数据来源：Agbiolnvestor
图11：美国转基因玉米种植面积和产量情况及其占比(百万公顷)
数据来源：Agbiolnvestor
其次看巴西方面,2022年巴西转基因作物种植总面积6320万公顷,巴西的转基因作物面积在2022年(2021/22农业年度)增加了10.4%,主要受玉米和大豆面积扩大的推动。通过更大的总种植面积和提高转基因作物的利用率,这些作物的转基因面积增加。转基因玉米于2008年在巴西商业化,比美国晚了十多年。自那时以来,采用率显著增加,到2022年,巴西玉米总面积的95%种植转基因品种。巴西每年种植三茬玉米,大多数转基因作物种植在较大的二茬作物中。大多数转基因玉米都是含有堆叠基因特征的品种,既具有除草剂耐受性,又具有抗虫性。
图12：巴西转基因作物种植面积和变化情况(百万公顷)
数据来源：Agbiolnvestor
图13：巴西转基因玉米种植面积和产量情况及其占比(百万公顷、百万吨)
数据来源：Agbiolnvestor
图14：巴西不同农作物转基因占比(%)
数据来源：Agbiolnvestor
最后看阿根廷方面,阿根廷的转基因作物面积在2022年达到了2350万公顷,比去年增长了0.4%,这是由于更大面积的棉花种植和转基因小麦品种的引入。转基因玉米种植面积增加了11.0%,但转基因大豆种植面积减少了4.4%。尽管该国在2022年只种植了710万公顷的转基因玉米(+11.0%),但阿根廷是世界第三大转基因玉米种植区,仅次于美国和巴西。采用转基因玉米品种的速度比其他作物慢,用了14年才达到90%以上的利用率。2022年,阿根廷几平整个玉米区都种植了转基因品种,通常是堆叠基因特征的品种。
图15：阿根廷转基因作物种植面积和变化情况(百万公顷)
数据来源：Agbiolnvestor
图16：阿根廷不同农作物转基因占比(%)
数据来源：Agbiolnvestor
图17：阿根廷转基因玉米种植面积和产量情况及其占比(百万公顷、百万吨)
数据来源：Agbiolnvestor
3 我国转基因玉米加速发展的原因和条件
2022年6月8日,国家农作物品种审定委员会发布关于印发国家级转基因大豆玉米品种审定标准的通知,这意味着我国转基因玉米品种的审定工作将正式开始。2023年1月2日,中央一号文件首次提及生物育种,要求全面实施生物育种重大项目,加快玉米育种产业化步伐,有序扩大试点范围,规范种植管理。2023年10月17日,农业农村部种业管理司发布《关于第五届国家农作物品种审定委员会第四次审定会议初审通过品种的公示》,此次共有37个转基因玉米品种通过初审,标志着我国转基因商业化的正式落地。在对转基因品种商业化种植公众意见征询期结束后,12月7日,农业农村部公布了一批审定通过的37个转基因玉米品种。
图18：通过审定的转基因玉米品种
数据来源：农业农村部、紫金天风期货研究所
我国转基因玉米商业化种植加速发展的原因有以下几点：
首先,从自然条件来看,我国人多地少矛盾突出,人均耕地面积仅有1.35亩,低于世界平均水平的2.85亩。在优先保障口粮生产的政策基调下,国内玉米等非口粮作物的种植面积近年已基本见顶。然而随着国内肉类消费的持续增长,国内饲用粮需求持续保持较高的消耗量。虽然国内种植面积增长面临瓶颈,但我国相较于美国等其他普及转基因技术的农业大国,玉米的单产水平明显更低,因此通过转基因技术商业化推广,玉米的单产水平提升潜力较大,未来或能有效地保障国内粮食安全。并且近些年我国土地面临着土壤退化、水资源短缺、农药化肥污染面积扩大各种等环境问题,限制了土地的效能；并且当下全球范围内都在减碳、碳中和,绿色种植势在必行。而转基因的品种恰恰可以有效解决这些问题。
图19：世界耕地面积排名前十的国家及人均耕地情况
数据来源：AgTech、紫金天风期货研究所
其次,不容忽视的是我国玉米的供应已经显现出一定的进口依赖风险。一方面,我国玉米进口集中度很高,来自美国和巴西的玉米合计占我国玉米进口总量的 3/4 以上,一旦这些国家内部出现动荡或中美、中巴关系出现紧张,我国短期内很难找到出口庞大数量玉米的可替代的进口国家。另一方面,进口粮食多经过大型跨国粮商之手,他们的业务遍及全球,高度控制着主产国大多数港口、铁路等运输设施,控制着全球80%的粮食贸易量,在巴西和美国出口玉米的市场份额中占比为3/5。所以,进口依赖的背后是巨头垄断的风险,同样对我国粮食进口安全存在威胁。另外,进口粮食主要的消耗量来自饲料。猪料是我国饲料需求中的最大头,玉米又在其中占比最大,玉米在饲料中的占比达到60%-65%,其次是豆粕占比为20%左右。近年来,我国食物消费结构中肉类、奶类等畜产品快速增长,带动了饲料粮需求不断增加。与粮食出口大国美国相比,我国玉米单产420公斤,美国的玉米单产770公斤。2022年我国玉米产量为27353.90 万吨,消费量为28814.49 万吨,相差近1500万吨。因此我国玉米长期存在较大的供需缺口,每年要花费数百亿美元,从美国、巴西以及乌克兰等地区购买。去年全年我国进口粮食14687.2万吨,其中包括玉米2062万吨,其中玉米进口金额约为71亿美元。另一方面,毕竟是饲料用粮,进口粮低廉的价格也成为饲料加工商采购的另一重动力。进口粮食便宜、量大,一方面得益于当地的农业补贴、规模化、机械化程度高,但更重要的是种子的″基因优势″。美国、巴西和阿根廷是世界上三大转基因玉米的生产国及出口国,根据美国农业部国家农业统计局NASS数据,2023年转基因玉米在美国的普及率达到93%。巴西和阿根廷玉米的转基因普及率也都超过90%。2023年中国1-11月玉米进口量共计2218万吨,同比增加12.3%。其中,1-11月从巴西进口玉米879.5万吨,占比39.6%；美国进口649.7万吨,占比29.3%；乌克兰进口539万吨,占比24.3%。
最后,转基因技术的发展和相关规范有了明显的进步和完善。技术的成熟,是商业化种植的先决条件。另外目前我国已经形成了以《中华人民共和国农业转基因生物安全管理条例》为核心的法律法规体系,对转基因生物的安全评估,采用了国际通行的″从实验室到田间再到餐桌″的分阶段评估模式。在管理环节上,既针对产品又针对过程,涵盖研究试验、生产加工、经营及进出口等各个环节。只有通过了严格的安全评估,并获得相应的安全证书或许可证,才能进行下一阶段的活动或商业化应用。
图20：玉米在饲料消费和饲料原料消费中的比例
数据来源：公开资料整理、紫金天风期货研究所
图21：我国玉米消费与需求情况表(万吨)
数据来源：农业部农村经济研究中心、紫金天风期货
图22：我国玉米月度进口量及主要来源国(万吨)
数据来源：我的钢铁、紫金天风期货研究所
在我国,转基因作物要实现商业化种植,必须满足两个先决条件：一是获得生物安全证书,二是通过种子的品种审定。2023年之前能够同时满足以上两个条件的品种很少。第一个实现商业化种植的品种在1997年颁发给了棉花,在2006年,将另外一个商业化种植的品种给了木瓜。也是从那时起,我国转基因作物商业化种植就几乎陷入了停滞。此后,我国虽然对部分转基因作物颁发过生物安全证书,但也仅限于此。例如,2009年就对第一个玉米作物品种和两个水稻作物品种颁发了生物安全证书,不过并没有进行品种审定。这主要有以下两个方面的原因：一是国家对生物安全的重视。棉花属于经济作物,但玉米等作物则完全不同,属于食物,最终会通过食物链进入人体,且属于高消耗品种。当时转基因作物尚处于起步阶段,为了安全起见,在完全没有得到科学论证和验证之前,并不会轻易给予市场准入。二是出于公众对转基因作物的偏见和担忧进而带来的反对。基于以上两个原因,转基因粮食作物在国内的发展,就一直停留在生物安全证书这个阶段,并没有出台转基因作物品种的审批条例。之所以让部分科学家和育种公司获得生物安全证书,其目的是更好的测试转基因生物的安全性以及对周围环境的影响,这是在商业化之前评估安全性的必要步骤。
4 转基因玉米种植给产量带来的影响
2021年国家启动转基因玉米产业化试点工作,在科研试验田开展。2022年扩展到内蒙古、云南的农户大田。2023年试点范围扩展到河北、内蒙古、吉林、四川、云南5个省区20个县并在甘肃安排制种。从试点看,转基因玉米大豆抗虫耐除草剂性状表现突出,对草地贪夜蛾等鳞翅目害虫的防治效果在90%以上,除草效果在95%以上。
据相关农业机构预估,近年来,中国已经批准了转基因玉米的种植,第一批转基因玉米已在本年种植。据估计,中国今年已种植26.7万公顷转基因玉米,预计带来每亩150元产量提升的收益；同时由于转基因玉米品种抗虫耐除草剂性状表现突出。农药使用量减少60%,预计带来11-12元农药费用节省；叠加人工成本节省(打药除草费用节省)。综合来看,可为种植户带来150-200元/亩的额外收益,效益提升较明显。预计种植者接受度较高,转基因渗透率提升较快。预计新一轮转基因玉米制种预计在2024年3-4月开始。预计明年转基因玉米种植区域或将扩展到14个省,种植面积约为1000万亩左右。
尽管在我国种植转基因玉米是大势所趋,在技术和政策上也已经扫清了障碍,但在推广上并不是一蹴而就,将会逐步放开。按照业内有关专家的预测,转基因玉米商业化后有望在5-6年内市场渗透率达峰至90%,届时玉米单产有望提升10%左右,玉米总产量有望达到3亿吨左右。
图23：我国玉米种植面积变化情况(万公顷)
数据来源：我的钢铁、紫金天风期货研究所
图24：我国玉米产量和单产情况(万吨、千克/公顷)
数据来源：我的钢铁、紫金天风期货研究所