全球轉(zhuǎn)基因種業(yè)發(fā)展分析報告

全球轉(zhuǎn)基因種業(yè)發(fā)展分析報告2020年8月

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u)，從而在轉(zhuǎn)基因種子產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)分得一圖：需要評估的性狀數(shù)量逐漸發(fā)生變化PhillipsMcDougall，市場研究部整理其次，開發(fā)出一例最終能夠商業(yè)化的轉(zhuǎn)基因性狀還有漫長的時間成本。從趨勢上來看，轉(zhuǎn)基因性狀的總體研發(fā)時長呈上升趨勢。然而，讓研發(fā)變得更耗時的一個重要原因是注冊和合規(guī)階段所需要的時間大幅提升。從2002年的44.5個月上升至2011年的65.5個月，體現(xiàn)出了政策對轉(zhuǎn)基因商業(yè)化進程的影響。其次，調(diào)試基因至最佳以及選育生產(chǎn)試驗的耗時分別增加了14.8個月和10個月。而總發(fā)現(xiàn)階段所需的時間則減少了8.6個月。隨著篩選和發(fā)現(xiàn)新性狀的效率提升，雖然需要評估的性狀數(shù)量增加，但是總體耗時縮短；由于最終篩選出的性狀數(shù)量增加，調(diào)試基因所需要的時間相應增加；而選育生產(chǎn)試驗由于性狀所需要克服的問題難度逐漸提升，因此評估數(shù)量的減少并未減少此階段的耗時，反而呈上升趨除去政策因素，可以預測這個趨勢或?qū)⒃谵D(zhuǎn)基因性狀的研發(fā)過程中持續(xù)：發(fā)現(xiàn)性狀的速度逐步下降，調(diào)試以及選育合適品種的時間逐步提升。圖：作物轉(zhuǎn)基因性狀研發(fā)各個階段所需時間月月月PhillipsMcDougall，市場研究部整理需要注意的是，總時間并不代表一個轉(zhuǎn)基因性狀研發(fā)所需要的真正時間，因為在研發(fā)過程中的多個階段可以同時進行。因此，從國際轉(zhuǎn)基因種子企業(yè)的實際研發(fā)時間來看，一個作物轉(zhuǎn)基因性狀從發(fā)現(xiàn)到最終商業(yè)化的平均時間是13.11216.3年，棉花12.711.7年。雖然一個性狀的商業(yè)化的平均時間是13.1項目開始到結(jié)束耗時僅僅7年，而有的性狀耗時24年，不同的性狀商業(yè)化的難度也因此232268調(diào)管理能力在不斷的提高。隨著公司管理能力的不斷提升和科技發(fā)展的進步，未來轉(zhuǎn)基因性狀的研發(fā)時間有望逐步縮短。圖：綜合的作物性狀研發(fā)所需時間趨勢PhillipsMcDougall，市場研究部2.1.2.目前主要研發(fā)陣地：玉米大豆，抗蟲+抗除草劑不同作物轉(zhuǎn)基因性狀研發(fā)的投入也不同。絕大多數(shù)的田間試驗許可證批準給了主要作物如玉米和大豆。截至2019年，玉米性狀田間試驗許可總供獲批97232915從19872019年所有作物獲得田間試驗許可證的總數(shù)為21837例，玉米和大豆占比57.87%。圖：截至2019各作物獲批田間試驗許可證數(shù)量（例）1200097231000080006000400020000291513511107832614660526509364玉米大豆棉花土豆西紅柿小麥煙草油菜苜蓿水稻資料來源：美國農(nóng)業(yè)部，市場研究部從最終獲得商業(yè)化的性狀來看，128例獲批的商業(yè)化性狀中，玉米有46例，大豆24玉米和大豆占比總量的54.69%之地，預計將持續(xù)受到各個研究機構(gòu)的高度重視。若從轉(zhuǎn)基因性狀的特性來看，抗除草劑和抗蟲占據(jù)著主導地位。截至2013年，抗除草劑和抗蟲特性的田間試驗許可證分別為67724809例，占比總數(shù)的40.59%。9圖：截至2013年不同性狀特性獲批田間試驗許可證數(shù)量68676772抗除草劑抗蟲提高質(zhì)量提高性能其他480951904896資料來源：美國農(nóng)業(yè)部，市場研究部從最終獲得商業(yè)化的性狀來看，128例獲批的商業(yè)化性狀中，抗除草劑特性和抗蟲特性居多，也有減少木質(zhì)素、高賴氨酸等功效。這代表著大量的研發(fā)投入集中在了第一代轉(zhuǎn)基因性狀（抗蟲抗除草劑）之中，并且第一代轉(zhuǎn)基因性狀的科研水平已經(jīng)相對成熟。然而，根據(jù)獲批田間試驗許可證的性狀分布來看，第二代轉(zhuǎn)基因性狀（提高性能質(zhì)量）以及第三代轉(zhuǎn)基因性狀（成為藥品）的儲備已經(jīng)十分豐富；雖然市場上批準商業(yè)化的性狀少于抗蟲抗除草劑，但是隨著科技的進步，第二代第三代性狀的發(fā)展速度或?qū)⒓铀?，并且未來的發(fā)展以及市場應用空間非常廣闊。未來的轉(zhuǎn)基因性狀研發(fā)趨勢或?qū)⒊诙约暗谌D(zhuǎn)基因性狀逐漸邁步。2.2.解決種植痛點迅速提高了市場占有率2.2.1.轉(zhuǎn)基因種子在美國的市占率推進迅速在199620.264.81億畝，大豆3.900.89億畝。在1996年，轉(zhuǎn)基因玉米種植面積為玉米總面積的4.4%7.4%16.8%，而三種作物的轉(zhuǎn)基因種植面積只占美國作物總面積的3.21%。201918.785.57億畝，大豆4.860.832019年轉(zhuǎn)基因玉米種植面積為玉米總面積的92%，轉(zhuǎn)基因大豆為大豆總面積的94%，轉(zhuǎn)基因棉花為棉花總面積的98%，三種作物的轉(zhuǎn)基因面積已經(jīng)達到美國作物總面積的55.93%。圖：轉(zhuǎn)基因種子在美國市占率變化（單位：）1009080706050403020100轉(zhuǎn)基因玉米轉(zhuǎn)基因大豆轉(zhuǎn)基因棉花資料來源：美國農(nóng)業(yè)部，市場研究部10自1996年商業(yè)化以來，分品種來看推進速度，轉(zhuǎn)基因玉米種子耗時5年市占率達到25%，10年達到52%12年達到73%1890%；轉(zhuǎn)基因大豆種子5年市占率達到54%775%1291%；轉(zhuǎn)基因棉花種子5年市占率達到61%873%15年93%。2.2.2.蟲害和雜草問題加速了轉(zhuǎn)基因種子的推廣從三種作物不同性狀特性的推廣來看，抗蟲棉花在商業(yè)化第一年中市占率最高，抗除草劑大豆的總體推廣速度最快，抗蟲玉米推廣速度略慢于抗蟲棉花但是提升速度相對平均。而導致不同性狀特性的不同推廣速度的原因是它們各自受到蟲害和雜草侵害的程度不同，給種植戶帶來的損害不同，有效的性狀特性推出的時間點也不同。圖：美國主要作物轉(zhuǎn)基因性狀的特性占比其總種植面積（單位：）1009080706050403020100抗除草劑玉米抗蟲玉米抗蟲棉花抗除草劑棉花抗除草劑大豆資料來源：美國農(nóng)業(yè)部，市場研究部在轉(zhuǎn)基因技術(shù)尚未商業(yè)化前，美國棉花種植戶面臨的最嚴峻的挑戰(zhàn)是蟲害。在蟲害中，棉鈴蟲是長久以來對棉花造成損失的主要害蟲。1979年，美國喬治亞州33%的作物便嚴重毀于蟲害，其中因棉鈴蟲而造成的損失為10%。即使通過害蟲防治和農(nóng)藥噴灑，199619954%2.51996年抗蟲棉花種子剛一推出便達到了總棉花種植面積14.6%那州為例，1996年使用了抗蟲棉花后，由蟲害導致的直接經(jīng)濟損失大幅減小。圖：亞利桑那州使用抗蟲棉花后的經(jīng)濟損失大幅減?。▎挝唬喝f美元）1000090008000700060005000400030002000100008942.573491.50197719801983198619891992199519982001200420072010資料來源：亞利桑那州立大學，市場研究部11大豆種植戶的痛點是雜草。愛荷華州立大學研究顯示，大豆成長分為V1-V6共6個階段，V2-V3階段就開始搶占大豆的養(yǎng)分，若不做好除草工作，雜草可以使V2大豆每天減產(chǎn)1%。但使用除草劑不僅會除草，還會對大豆產(chǎn)生一定的影響，因此，1996年抗除草劑大豆推出后解決了多年來種植戶的痛點并快速的搶占了市場，1997年推廣面積較1996130%19981997159%。反觀玉米，玉米的病蟲害問題更多的是局部性的，并沒有遍及全美國，且不同地區(qū)有不同1996年推出的是抗歐洲玉米螟的玉米種子，2003年推出了抗玉米根蟲的品種，2010年推出了抗玉米耳蟲的品種。隨著新性狀特性的持續(xù)推出，抗蟲玉米的市占率也逐年穩(wěn)步提高。2.2.3.能同時解決多個痛點的轉(zhuǎn)基因性狀終將占領(lǐng)市場從不同的轉(zhuǎn)基因性狀特性來看，雙抗乃至多抗的性狀特性在市場上快速的占據(jù)了絕對主導地位。從美國經(jīng)驗來看，抗蟲抗除草劑玉米種子在20001%2018年市占率已經(jīng)達到80%200020%2019年上漲至89%尚未商業(yè)化，因此抗除草劑大豆獨占市場。圖17：美國不同轉(zhuǎn)基因玉米性狀推廣程度（單位：）圖：美國不同轉(zhuǎn)基因棉花性狀推廣程度（單位：）10090807060504030201001009080706050403020100抗蟲玉米抗除草劑玉米雙抗玉米抗蟲棉花抗除草劑棉花雙抗棉花資料來源：美國農(nóng)業(yè)部，市場研究部資料來源：美國農(nóng)業(yè)部，市場研究部3.轉(zhuǎn)基因技術(shù)對種業(yè)行業(yè)的影響隨著轉(zhuǎn)基因種子從美國逐漸擴散至全球，種植產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)生了變化。轉(zhuǎn)基因種子公司和種植戶的生態(tài)環(huán)境均發(fā)生了改變。當美國在1996年第一次允許轉(zhuǎn)基因種子的銷售后，種植戶們較為快速的接受了這項新科技，因為他們相信此技術(shù)可以提高綜合種植收益、節(jié)省時間和減少化學劑的使用量。轉(zhuǎn)基因種子公司也因為種子價格的提升疊加知識產(chǎn)權(quán)的保護（種植戶法律上不允許自己留種子）而得到了豐厚的回報。3.1.轉(zhuǎn)基因種子給種子價格帶來的變化橫看美國玉米和大豆種子的價格發(fā)展，我們發(fā)現(xiàn)：19751996年，玉米大豆種子價格增速基本保持平穩(wěn)。1996年轉(zhuǎn)基因種子商業(yè)化后，玉米大豆種子價格增長迅速，原因在于轉(zhuǎn)基因種子快速搶占了種子市場大量份額，且轉(zhuǎn)基因種子的定價權(quán)比傳統(tǒng)種子要高。12圖19：美國玉米畝均種子費用趨勢（單位：元畝）圖：美國大豆畝均種子費用趨勢（單位：元畝）1256555453525155105856545255資料來源：美國農(nóng)業(yè)部，市場研究部注：含通脹因素資料來源：美國農(nóng)業(yè)部，市場研究部注：含通脹因素轉(zhuǎn)基因種子的價格包含了研發(fā)、生產(chǎn)、市場推廣和分銷成本，也必須保障種植戶的購買意愿以及種植總收益。同時，不同作物的轉(zhuǎn)基因種子價格因為競爭環(huán)境不同而有所差異。比如轉(zhuǎn)基因玉米種子的研發(fā)主要依賴企業(yè)和私立機構(gòu)，因此定價權(quán)較高；而小麥轉(zhuǎn)基因種子的研發(fā)主要由政府和公立機構(gòu)來開展，使得定價權(quán)低，也導致目前尚未出現(xiàn)商業(yè)化的轉(zhuǎn)基因小麥種子。自199620012010轉(zhuǎn)基因大豆和玉米種子的真實價格提高了50%，而轉(zhuǎn)基因棉花種子的價格增長速度更快。同時，轉(zhuǎn)基因種子價格相比傳統(tǒng)種子始終擁有溢價且價格增長速度要高于傳統(tǒng)種子，這是因為轉(zhuǎn)基因種子的附加值高、技術(shù)費高、市占率高、種植戶需求高。圖21：轉(zhuǎn)基因玉米種子價格高于傳統(tǒng)玉米種子圖：轉(zhuǎn)基因大豆種子價格高于傳統(tǒng)大豆種子資料來源：美國農(nóng)業(yè)部，市場研究部資料來源：美國農(nóng)業(yè)部，市場研究部3.2.轉(zhuǎn)基因種子給種植戶帶來的變化根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部研究顯示，自轉(zhuǎn)基因種子商業(yè)化后，種植戶表示轉(zhuǎn)基因種子給他們帶來的主要價值是提高產(chǎn)量，其次是減少殺蟲劑的使用、減少管理田地時間、將其他環(huán)節(jié)（耕地方式）簡單化。首先，使用抗蟲性狀種子將通過保護作物免受害蟲侵害來提高產(chǎn)量。在1996年抗蟲玉米種子商業(yè)化前，玉米螟通過殺蟲劑才能得到局部的控制，而殺蟲劑的成本和使用殺蟲劑的30到220公頃的產(chǎn)量損失，也不愿意用產(chǎn)出投入比不確定的殺蟲劑。而1996年后，使用抗蟲玉米種子的種植戶大幅減少了殺蟲劑的成本并提高了產(chǎn)量。13圖：美國種植戶選用轉(zhuǎn)基因種子的理由資料來源：美國農(nóng)業(yè)部，市場研究部隨著抗蟲玉米種子的發(fā)展，它給種植戶帶來的產(chǎn)量提高也在增加。在1996年，抗蟲玉米種子只能抵抗玉米螟，在2010年已經(jīng)可以同時抵抗玉米螟、玉米根蟲和玉米耳蟲，而多重的抵抗進一步提高了玉米的產(chǎn)量。圖：玉米使用和不使用對比，2005年對比2010年（平均值）資料來源：美國農(nóng)業(yè)部，市場研究部整理1996至2017植時殺蟲劑使用量下降80%不單單使用抗蟲種子的種植戶受益，未使用抗蟲種子的種植戶同樣受益。抗蟲種子的使用有望進一步降低殺蟲劑的使用。同時，美國開始越來越重視免耕種植（no-tillfarming了良好的保護，使其免受侵蝕，并有助于為新作物保留水分。免耕種植是一種農(nóng)業(yè)技術(shù)，用于種植農(nóng)作物或牧場，不會通過耕種（翻土）干擾土壤，最終通過省汽油省時間提高土地肥沃程度來為種植戶帶來更高的收益。美國農(nóng)業(yè)部也在大力推進免耕種植，而抗除草劑種子的普及提高了免耕種植的使用率。14圖25：殺蟲劑使用量（單位：磅英畝）圖：抗除草劑玉米種植戶免耕種植使用程度高于傳統(tǒng)種植戶資料來源：美國農(nóng)業(yè)部，市場研究部整理資料來源：美國農(nóng)業(yè)部，市場研究部整理4.我國轉(zhuǎn)基因發(fā)展簡史：病蟲害推動轉(zhuǎn)基因開放進程4.1.病蟲害推動轉(zhuǎn)基因棉花和番木瓜產(chǎn)業(yè)化歷史來看，我國總共有四次發(fā)放農(nóng)作物的轉(zhuǎn)基因生物安全證書：11997年發(fā)放的耐貯存番茄和抗蟲棉轉(zhuǎn)基因生物安全證書；2199932006年發(fā)放的抗病番木瓜轉(zhuǎn)基因生物安全證書；42009年發(fā)放的抗蟲水稻華恢1號、抗蟲水稻63、轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米BVLA430101因生物安全證書。但是，2009年發(fā)放的抗蟲水稻和轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米并未產(chǎn)業(yè)化。和世紀花和番木瓜為例：圖：棉鈴蟲和環(huán)斑病毒對于棉花和番木瓜的危害資料來源：newpaperantpedia，市場研究部）2090的農(nóng)藥防控棉鈴蟲，但是效果不佳，且加量農(nóng)藥導致環(huán)境污染問題、人畜農(nóng)藥中毒問題。種植有抗蟲性的轉(zhuǎn)基因棉花，成了當時唯一選擇。以中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所為代表的科研單位加快轉(zhuǎn)基因種子的研發(fā)。中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所郭三堆的項目于19921994年技術(shù)研發(fā)獲得成功，1995年獲得專利，1997年抗蟲性轉(zhuǎn)基因棉花獲得安全證書，抗蟲棉被允許用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。）番木瓜：番木瓜容易感染番木瓜環(huán)斑病毒（英文縮寫15瓜產(chǎn)量和品質(zhì)嚴重下降，市場價值降低。我國華南農(nóng)業(yè)大學科研人員在國內(nèi)率先進行抗PRSV轉(zhuǎn)基因番木瓜的基因工程研究，將我國華南地區(qū)PRSV的優(yōu)勢株系的復制12006得在廣東省應用的安全證書。4.2.草地貪夜蛾對于玉米的危害草地貪夜蛾對于玉米各部位均有損害，成蟲和幼蟲均能將一月內(nèi)的玉米幼苗沿著基部切斷。幼蟲以葉、花穗、果實為食。作物受到危害之后，其產(chǎn)量至少會下降20%左右，嚴重的時候還會導致顆粒無收。2020年3月份發(fā)生縣數(shù)已經(jīng)接近去年52期境外蟲源遷入量上升。根據(jù)綏寧縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村水利局報道，預計隨著氣溫的逐步回升，受境內(nèi)外蟲源疊加影響，華南和西南地區(qū)發(fā)生程度會有所加重；受西南氣流影響，成蟲向北2020年517個省份的720268萬畝，累計防治387萬畝次。田間發(fā)生仍以長江流域及其以南為主，云南、廣西、廣東、海南、貴州、江西等地占總發(fā)生縣數(shù)89.6%;5月以來江南、江淮發(fā)生縣數(shù)和面積增加明顯，湖南、江西、浙江、湖北、重慶、安徽、江蘇、上海新增68個縣見蟲，占總增加總縣數(shù)的81.0%。我們認為，草地貪夜蛾對于玉米種植影響較大，普通防控措施難以達到良好效果，或推動轉(zhuǎn)基因玉米相關(guān)政策落地。5.我國轉(zhuǎn)基因商業(yè)化有望加速，龍頭公司將受益5.1.時代2019年12月30日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布公示將擬批準頒發(fā)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全證書給192個轉(zhuǎn)基因植物品種。其中有兩例轉(zhuǎn)基因玉米種子，北京大北農(nóng)生物技術(shù)有限公司申報的適合北方春玉米區(qū)的“DBN9936北方玉米區(qū)的“雙抗12-5我們認為，此次再次公告兩例玉米和一例大豆轉(zhuǎn)基因作物品種與2009年有本質(zhì)不同：1）社會環(huán)境不同，社會對轉(zhuǎn)基因的認識趨于成熟。當前來看，經(jīng)過十余年的國民教育，社會對于轉(zhuǎn)基因的反對聲音已經(jīng)越來越少。我國轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化