一项新颖的生命周期评估表明，靶向遗传改良可减少美国和英国牛肉×奶牛生产系统中牛肉的环境影响

《Journal of Dairy Science》：A novel life cycle assessment demonstrates that targeted genetic improvement can reduce the environmental impact of beef from beef × dairy production systems in the US and the UK

　　

遗传改良已被确定为通过提高生产效率来减少畜牧系统环境影响的关键实践。牛肉×奶牛（BxD）生产在牛肉供应链中占比日益增大，并为理解遗传改良的环境影响提供了数据收集机会。生命周期评估（LCA）是衡量产品级环境足迹的黄金标准，但迄今为止尚未用于评估BxD生产中靶向遗传改良的减排潜力。本研究的目标是：提供一个将遗传改良纳入LCA的框架，量化靶向遗传改良在美国和英国BxD生产系统中的作用，并证明靶向遗传改良作为减少牛肉生产环境影响关键干预措施的价值。研究人员对三个BxD群体完成了生命周期评估：一个典型的美国育肥场系统（US）以及英国的高端系统（UK-HQ）和商品系统（UK-HY）。每个群体由来自两种不同遗传背景的动物组成：基准动物由行业平均遗传水平的公牛配种，遗传靶向动物（GT）由来自一个针对优化BxD生产性状进行选择的育种计划的公牛配种。在基准动物和GT动物群体内，根据其公牛在BxD遗传指数中的值，将动物分配到五个遗传等级之一，等级5为最高优劣水平。每个生长阶段（定义为断奶期、哺乳期、育成期、放牧期（仅UK-HQ）和育肥期）均可获得个体水平数据。每个公牛等级的平均表型表现包括平均日增重（ADG）、生长阶段天数、育肥期饲料干物质采食量（DMI）（US和UK-HY）以及胴体重。利用这些平均表现，LCA运行评估了遗传背景（基准和GT）、群体（US、UK-HQ和UK-HY）、公牛遗传等级（等级1-等级5）和销售年份（2024和2029）的每种组合。生命周期影响评估表征了16个环境影响类别，涵盖水资源利用与质量、土地用途、空气质量、资源利用和气候变化。在所有群体和公牛遗传等级中，对相关影响类别贡献最大的主要过程是饲料生产、粪便管理，以及仅针对气候变化的肠道发酵。育肥期在所有生长阶段中影响最大，占相关影响类别影响的50%-89%。较高的遗传优劣（即较高的公牛等级）一致导致损害类别的同步减少，汇总为较低的整体环境影响。将基准等级3与GT等级5进行比较（代表遗传改良的效果），在2024销售年，US、UK-HY和UK-HQ群体的整体环境足迹分别减少-8.7%、-9.6%和-4.2%，部分由气候变化减少驱动，分别为-4.7%、-8.8%和-4.7%。本研究表明，商业系统中通过提高生产效率的遗传改良能够带来随时间累积的系统性环境效益，凸显了靶向遗传改良作为改善畜牧生产可持续性基础实践的价值。

本文解读论文《A novel life cycle assessment demonstrates that targeted genetic improvement can reduce the environmental impact of beef from beef × dairy production systems in the US and the UK》，发表于《Journal of Dairy Science》。

**研究背景与问题**
遗传改良在过去100多年中显著提升了畜牧生产效率，但传统上未被视作关键环境干预措施。尽管2023年FAO报告指出育种计划是应对全球温室气体排放的有前景方法，且已有研究估计了遗传选择对本土牛肉系统（如美国）和奶牛系统的减排潜力，但针对牛肉×奶牛（BxD）生产系统，仍缺乏基于生命周期评估（LCA）的量化验证。BxD生产在全球牛肉供应链中占比日益增大，且因其集约化管理和人工授精的广泛使用，为个体动物的数据记录提供了独特条件，从而便于研究靶向遗传改良的环境影响。然而，此前尚无LCA明确将遗传改良纳入BxD系统的环境足迹评估，且对除气候变化外的其他影响类别（如水体富营养化、酸化等）的贡献也未知。因此，本研究旨在：(1) 提供将遗传改良纳入LCA的框架；(2) 量化靶向遗传改良在美国和英国BxD系统中的环境影响；(3) 证明靶向遗传改良作为减少牛肉生产环境影响关键实践的价值。

**关键技术方法**
研究人员采用归因性LCA方法，遵循ISO 14040/14044标准，使用SimaPro软件模拟了三个BxD生产系统：美国典型育肥场系统（US）、英国高端放牧系统（UK-HQ）和英国商品化系统（UK-HY）。样本队列来源为商业农场记录的个体水平数据，包括US群体3,185头、UK-HQ群体10,214头、UK-HY群体3,132头动物，覆盖2021-2024年出栏的动物。主要技术方法包括：(1) 通过线性模型校正非遗传效应（如性别、当代群、母牛品种），获得调整后的表型平均值（平均日增重ADG、育肥期干物质采食量DMI、胴体重等）；(2) 将遗传优劣分为五个公牛等级（Tier 1-5），基于公牛遗传指数值划分，并利用回归模型预测后代关键性能指标（KPI）与遗传等级的关系；(3) 将调整后的KPI输入LCA模型，针对16个环境影响类别（按PEF 3.1方法归一化和加权）进行计算，并评估2024年和2029年两个销售年份的差异。

**研究结果**
**相关影响类别的识别**：在所有三个基准群体中，气候变化、颗粒物、酸化和陆地富营养化贡献了环境足迹的前80%，被视为相关影响类别。UK-HQ和UK-HY群体还涉及海洋富营养化，UK-HY涉及土地用途和化石燃料资源利用，US涉及淡水生态毒性和水资源利用。

**生长阶段贡献**：育肥期在所有相关影响类别中贡献最大（50%-89%），因其动物体型最大、持续时间最长，导致饲料消耗和粪便排放更多。在UK-HQ群体中，放牧期是第二大贡献者（除育肥期外），而UK-HY和US群体中，哺乳期和育成期分别构成第二和第三大贡献者。哺乳期的影响主要来自代乳品生产。

**过程贡献**：饲料生产、粪便管理和肠道发酵（仅限气候变化）是主要过程。饲料生产对淡水生态毒性、土地用途、化石燃料利用和水资源利用贡献最大（60%-95%）。粪便管理对酸化和颗粒物贡献最大（52%-81%）。饲料生产和粪便管理共同贡献了海洋和陆地富营养化的主要部分（87%-95%）。在气候变化中，饲料生产（31%-43%）和粪便管理（23%-43%）的贡献与肠道发酵（15%-32%）相当或更大。

**遗传优劣对环境影响的影响**：更高的遗传优劣（即更高的公牛等级）通过提高ADG、减少育肥天数以及降低DMI（US和UK-HY群体）或仅通过提高ADG（UK-HQ群体）来降低环境影响。在US群体中，较高遗传优劣虽伴随轻微DMI增加，但更快的生长速度缩短了育肥期，从而降低了总饲料消耗和粪便排放。总体而言，更高遗传优劣导致所有相关影响类别的环境足迹降低。

**时间变化与行业示例**：从2024年到2029年，基准和GT群体的平均遗传优劣均预计提升，但GT群体提升更快，导致环境足迹降低幅度增大。例如，在US群体中，气候变化影响从2024年基准等级3与GT等级3的差异-0.30 kg CO₂e/kg CW增加到2029年的-0.46 kg CO₂e/kg CW。将行业平均遗传（基准等级3）替换为最高等级靶向遗传（GT等级5），在2024年使整体环境足迹减少4.2%-8.7%（US -8.7%，UK-HY -9.6%，UK-HQ -4.2%），其中气候变化分别减少4.7%、8.8%和4.7%。到2029年，这些减少预计增长至4.7%-11.2%（整体足迹）和5.4%-10.4%（气候变化）。Mann-Whitney U检验显示，所有群体和销售年份中，基准等级3与GT等级5之间的气候变化影响差异均显著（p < 0.05）。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究首次将遗传改良纳入BxD系统的LCA，并量化了其环境效益。与以往研究相比，该结果确认了遗传改良通过提高效率带来系统性环境效益，且效益随时间累积。与单纯针对肠道甲烷的干预措施（如饲料添加剂）相比，遗传改良具有累积性、永久性，且能同时改善多个环境影响类别，同时提高生产者利润。讨论还强调，在BxD系统中，饲料生产和粪便管理对多个影响类别的贡献大于或等于肠道发酵，因此减排策略不应仅聚焦于肠道甲烷。结论部分翻译如下：本研究呈现了首个量化靶向遗传改良在US和UK BxD系统中环境效益的LCA，在2024年使整体环境足迹减少4.2%-8.7%。LCA方法能够将遗传改良的效果置于16个影响类别（涵盖水质、水资源利用、空气质量、土地用途、资源稀缺和气候变化）中进行评估。随着BxD生产持续增长和环境期望日益严格，对高性能、低环境影响的BxD动物的需求将上升。结合适当管理，靶向遗传学在满足生产者需求的同时，提供了超越气候变化减缓的显著环境效益，受到零售商和下游供应链利益相关者的重视。简言之，靶向遗传改良是渐进但关键的，有助于减轻动物蛋白生产的环境影响。