中国转基因抗虫棉的应用及发展对策29

发布时间：2016-09-24 10:14

本文关键词：中国转基因抗虫棉的应用及发展对策，由笔耕文化传播整理发布。

棉花学报CottonScience2003,15；中国转基因抗虫棉的应用及发展对策；王仁祥；(湖南省农业厅科教处,长沙410005)；摘要:从20世纪90年代起,中国开始了转基因抗虫；关键词:转基因抗虫棉;发展;问题;安全性;对策中；present,thefollowingprob；TheDevelopmentandApplica；WANGRen2xiang

　棉花学报　CottonScience　　2003,15(3):180～184

中国转基因抗虫棉的应用及发展对策

王仁祥

(湖南省农业厅科教处,长沙410005)

摘要:从20世纪90年代起,中国开始了转基因抗虫棉的研究、开发和利用。转基因抗虫棉最常用的外源基因是Bt基因和CpTI基因。这两种基因已被分别或同时导入棉株中并获得了一批有发展前景的转基因棉花品种,其种植面积占棉花总面积的比例由1996年的0.35%上升到2000年的30%。目前在我国推广种植的抗虫棉,存在的主要问题是抗虫性的时空变化大、害虫抗性、抗虫范围狭窄、抗虫强度差及抗虫棉的安全管理。解决这些问题的方法主要有寻找和筛选广谱抗虫基因,采用特异启动子和诱导表达启动子,培育转多基因抗虫棉,加强转基因抗虫棉的种植管理及安全性评价研究。

关键词:转基因抗虫棉;发展;问题;安全性;对策中图分类号:S562.01　　　文献标识码:A文章编号:100227807(2003)0320180205

present,thefollowingproblemswerefoundintheinsect2resistantcottoninChina,i.e.resistancevariesaccordingtotimeandspace,bollworms,re2sistancetotransgenicinsect2resistantcotton,theresistanceofthepresentinsect2resistantcottonisonlyeffectiveinkillinglepidopter,theexistenceofdecreasingresistanceandthesafetyoftransgenicinsect2resistantcotton.Themainmeasurestosolvetheseproblemsareseekingandselectingbroad2spectrumgene,adoptingspecialpromoter,con2structingmultivalentinsect2resistantgenecotton,strengtheningtheplantingmanagementandsafetystudyofthetransgenicinsect2resistantcotton.Keywords:transgenicinsect2resistancecotton;de2velopment;problem;safety;measures

TheDevelopmentandApplicationofTransgenicInsect2resistantCottoninChina

WANGRen2xiang(HunanAgricultural410005,China)

Abstracts:Sincethebeginningofthe1990s,Chi2nabeganitsresearch,developmentanduseofthetransgenicinsect2resistancecotton.BtandCpTIgeneswereintroducedintomajorcottonstrainsseparatelyorcontemporarysothatalineofpromis2ingtransgenicinsect2resistantproductswerepro2duced.Thegrowingacreageofthetransgenicin2sect2resistantcottoninChinahadbeengrowingfast.Theproportionofthetransgenicinsect2resis2tantcottonoutofthetotalcottongrowingareain2creasedfrom0.35%in1996to30%in2000.At

收稿日期:2002-08-21

作者简介:王仁祥(1966-),男,高级农艺师,在读博士1

[1]

多年研究与实践表明,棉铃虫(HelicoverpaarmigeraHǘbner)一直是危害中国棉花生产的主要

害虫。特别是在20世纪80年代末和90年代初,棉铃虫在我国大部分棉区大暴发或持续性发生,给我国棉花造成了灾难性损失。棉铃虫给我国棉花带来常年损失达10%～15%

[1,5]

Department,Changsha

。棉铃虫的暴

发,不仅严重影响了棉花单产,减低了农户的植棉效益,挫伤了农户的植棉积极性,而且还带来了严重的社会问题。首先,由于加大防虫治虫的农药量、喷药次数、人力投入等,进而使棉花的生产成本急剧增加。据调查

[2]

,为了防治棉铃虫农民每

年喷药最多达20多次,每公顷的农药费用约1400元,比80年代多开支70%。其次,由于防虫

治虫频率加快,农药使用量加大,严重危害了棉农的健康,乃至生命安全,棉农喷药中毒事件时有发生。第三,长期大量使用化学农药,除严重污染环境外,还导致棉铃虫抗药性增强,致使棉铃虫天敌被大量杀伤,造成生态失衡

[2]

。鉴于以上的种种

原因,我国继美国之后,自20世纪90年代初,正式开始转基因抗虫棉的研究开发和利用工作。在国家“863”计划等项目的支持下,经过广大科研人

员的辛勤努力,仅用了十年的时间,就完成了转基因抗虫棉从研究、试验、示范、推广到商业化生产

[225]

的过程。

表1　Bt棉在中国的种植面积

Table1TheplantingareasofBtcottoninChina

年　度

19961997199819992000Bt棉种植

面积Π万hm

1.67

3.4022.8057.80107.602

全国棉花总面积Π万hm2

472.00449.00386.87316.93360.00Bt棉占棉花面积Π%0.350.765.8918.2429.891　中国转基因抗虫棉的发展

自1996年以来,转基因作物在全球得以迅速普及,2002年全球转基因作物种植面积达到5867万公顷,比1996年的170万公顷增加了33.5[6]

倍。而转基因抗虫棉,作为4种主要转基因作物,2001年全球种植面积就已达到680万公顷,

[7]

占世界棉花种植面积的20%。在国内,1990年

[8]

范云六首次分离克隆Bt基因;1991年,谢道昕等首次报道将Bt毒素基因导入我国棉花品种;1994年郭三堆等人将Bt毒素基因导入我国棉花主栽品种获得成功,中国成为继美国之后,第二个

[10]

拥有自主研制转基因抗虫棉的国家。之后,中国转基因抗虫棉得以迅速发展。1.1　转基因抗虫棉种植面积迅速扩大

[9]

资料来源:崔金杰,中国农科院棉花研究所。

1.2　转基因抗虫棉的三大系列在国内抗虫棉中

占有绝对的主导地位

目前,在我国种植的转Bt基因棉品种,主要有三个品系:一是美国岱字棉系列(如新棉33B、32B、1560B、99B);二是中国棉科所的中棉系列(如中棉所29、30、32,中棉所37、38、39及双价(Cry1A+CpTI)抗虫棉中棉所41等);三是中国农科院生物技术中心开发的“国抗”系列(如国抗2号、国抗12号、石远321、晋棉26号和双价抗虫棉sGK321等)。上述系列品种1998～2000年占

近几年来,转基因抗虫棉在中国的种植面积迅速扩大,占国内棉花总种植面积的比例逐年上升。2000年后Bt棉种植面积达100万公顷,占棉花总面积的30%。据初步估计,2001年后Bt的种植面积还将有大面积的增加,可能会达到棉

[2,11]

花总面积的35%以上(表1)。

有了国内转基因抗虫棉市场份额的80%以上。其中,美国岱字棉公司Bt抗虫棉于1997年在中

国获得商业化生产的准许并相继成立了两个合资公司,在过去两年中一直占抗虫棉总种植面积的三分之二(表2)。随着我国双价抗虫棉和杂交抗虫棉品种的成功选育和商业化应用,可以预见国产抗虫棉的种植比例将会迅速提高。

表2　美国转基因棉在中国的种植面积

Table2TheplantingareaofAmericantransgeniccottoninChina

年　度

199619971998199920002001

美国抗虫棉

hm2

01.2718.2739.3370.93100～133.4

国产抗虫棉

hm2

1.672.134.5318.4736.6740～46.7

抗虫棉总面积

hm2

1.673.4022.8057.80107.60140～180

美国抗虫棉比例

Π%

037.2580.1268.0565.9271.4～74.1

资料来源:崔金杰,中国农科院棉花研究所。

1.3　转基因抗虫棉的分布

Bt抗虫棉已在中国10多个省(市区)推广种

FAO棉花IPM会议报告)。但2001年后在长江

植。目前Bt棉主要种植在黄河流域棉区,如山东、河南、山西、河北等省。但是近年来Bt棉在长江流域面棉区得到迅速扩展,已在湖北、湖南、安徽、江苏等省大面积种植。据统计,2000年在Bt棉的总种植面积中,黄河流域棉区占75%,长江流域棉区占24%,新疆棉区占1%(朴永范,2001,

流域的面积比例有大幅度提高,如湖南省2002年

抗虫棉种植面积已达到9100hm,较2001年的

3100hm增幅173%。

2　转基因抗虫棉存在的问题

2.1　抗虫性的时空变化

转基因抗虫棉抗虫的时空性包括两个方面,

一是指棉株不同的发育时期对棉铃虫的抗性不

同,二是指棉株的不同部位、不同器官的抗虫能力也不同。研究表明,抗虫棉的抗虫性随着棉株生育期进展而降低,即抗虫棉的杀虫活性主要在棉铃虫的一代和二代,而在第三、第四代时明显降低;在同一时期内,棉株营养器官的抗虫性较生殖器官要强,即叶??蕾??铃??花,其中以花蕾的抗性最弱,棉田中的幼虫多在花蕊中找到。所以,转Bt基因棉在受二、三代棉铃虫危害较重的黄淮海棉区抗虫性比较好,而在受三、四代棉铃虫危害较

[12216]

重的长江流域棉区抗性较弱。2.2　抗虫范围狭窄,抗虫强度差

现有抗虫棉的抗性比较单一,只对棉铃虫、红铃虫等少数鳞翅目害虫有杀虫效果。而危害棉田的害虫极多,抗虫棉对他们没有抗性。此外,转基因抗虫棉仅对低龄幼虫抗性较强,而对高龄棉幼

[14216]

虫效果不明显。因而抗虫棉在棉花生长后期仍要一定的农药防治。2.3　害虫抗性的问题用抗虫棉在室内逐代汰选棉铃虫初孵幼虫,抗虫棉对汰选种群的抗性等级由“高抗”级分别降

[14]

低为“抗”和“中抗”级。大量实验表明,棉铃虫对抗虫棉会产生抗性。这就存在着不仅Bt抗虫

[17218]

棉失效,而且Bt生物农药失效的巨大隐患。2.4　安全性问题

转基因抗虫棉的安全性问题包括三个方面的问题:一是抗虫棉对环境或生态的影响;二是棉铃虫产生抗性的隐患;三是抗虫棉的棉子及其加工

[19223]

品对人、动物的影响。

3.1.1　Bt基因抗虫棉对棉铃虫的捕食性天敌影

响不大。但抗虫棉对棉铃虫的寄生性天敌质量有

显著影响,表现为寄生峰的寄生率和蜂的羽化率明显下降,茧重和蜂重显著减轻,故田间寄生性天敌的种群数量大大减少。

3.112　转Bt基因抗虫棉对棉铃虫以外的其它主

要害虫效果很差,尤其是对刺吸式害虫基本上没有效应。田间试验表明,在转基因棉田,当靶标害虫棉铃虫受到控制后,非靶标的次重要害虫如棉蚜、红蜘蛛、棉蓟马、盲蝽蟓、白灰虱、棉叶蟑、甜菜夜蛾等的发生比常规棉对照严重,有些次重要害虫已上升为最主要害虫,对棉花生长产生危害。3.1.3　基因棉田的昆虫群落、害虫亚群落和天敌亚群落的多样性指数和均匀度指数均低于常规棉田。然而,转基因棉田害虫的优势集中性高于常规棉田,所以转基因棉田昆虫群落、害虫和天敌亚群落的稳定性不如常规棉田,存在某些害虫大发生的机率。3.1.4　基因漂流。基因漂流是指Bt等基因通过花粉传至非转基因作物或相关杂草从而可能引起的生态问题。棉花在较近距离内有相当高的异交率,发现在棉花地周围1m处的异交率可达11%。随着距离的增加,异交率逐渐递减,至50m处仍有低频率的异交(0.03%),100m及100m以上基本不再有花粉漂流引起的异交。鉴于我国不是棉花的起源地,在自然界不存在相关的野生种,在农业生态条件下也不存在可与棉花杂交的相关杂草,因此Bt基因的漂流一般可不必严重

[19221]

关注。3.2　Bt基因棉的抗性室内观察和田间监测都已证明,棉铃虫对转Bt基因棉可产生抗性。试验室汰选抗性棉铃虫的试验表明,连续饲喂转Bt基因棉至17代,单价转基因棉对棉铃虫的抗性下降至30%,当饲喂至40代以上,棉铃虫的抗性指数增加1000倍。专家由此推断,在大田连续种植8～10年后,单价转Bt基因棉可能丧失对棉铃虫的抗性,从而失去利用价值。

对转基因棉的抗性治理有高剂量毒素表达和棉铃虫避难所的机制和设想措施,但其实施效果有待实践证实;双价转基因抗虫棉从理论上可延缓棉铃虫的抗性,在生产上可连续种植20～30年,也有待生产上的应用证实。

3　转基因抗虫棉的安全性

转基因作物的安全性评估,主要包括环境或生态安全性、食品和饲料安全性以及抗性三个方面。Bt抗虫棉的大面积生产应用,是否会对环境和人类健康产生潜在的危险是公众共同关心的问题。3.1　Bt棉的环境安全性

根据中国农科院植物保护研究所、中国农科院棉花研究所等多年的研究结果,转Bt基因抗虫棉对棉花生长的最主要害虫———棉铃虫有一定的控制作用,尤其是对棉花苗期的害虫防治比较有效。但是,根据几年来对转Bt基因抗虫棉的室内试验和田间监测,其对环境的影响可归纳为如下

[11,14,24227]

几点。

3.3　Bt棉棉子粉、棉子油的安全性

实验结果表明,Bt棉及普通棉的棉子粉及棉子油对小鼠的体细胞和性细胞均没有诱变活性,且没有剂量效应,对小鼠的食欲、肝、脾、肾等亦无影响;对斑马鱼外周血红细胞的微核率亦无影响,受试鱼的解剖和组织病理学检查均未发现异常。因此用Bt棉的棉子粉、棉子油作饲料、食品或食

[28]

品成分,对哺乳动物及鱼类是安全的。

经研究,在棉花生育后期及收获期,棉叶中的Bt蛋白含量显著降低,尤其是棉子粉中的含量很低,棉子油中的Bt蛋白在检测水平以下。

综上所述,转Bt基因抗虫棉的应用,除需要对靶标昆虫的Bt抗性作长期跟踪外,就环境及食品饲料而言应当是安全的。

棉花生长中后期高效表达,就能大大提高抗虫效果。诱导表达启动子的特点是带有该启动子的植株只有在遭到害虫危害时才会高效表达,这样当害虫侵害棉花后,在损伤部位短时间内合成大量杀虫物质以杀死害虫。

4.2　关于转基因抗虫棉的种植管理对策4.2.1　因地制宜发展转基因抗虫棉。根据不同

棉区自然条件、棉铃虫发生规律以及转基因抗虫棉的特点,黄河流域棉区可积极推广转基因抗虫棉,并以推广常规转基因抗虫棉为主,兼顾杂交转基因抗虫棉品种;长江流域棉区可选择优质、高产、中后期抗性较强的转基因抗虫棉品种按一定比例种植,以杂交、双价转基因抗虫棉品种为主,兼顾常规转基因抗虫棉品种;而新疆棉区暂不种植。

4.2.2　加强转基因抗虫棉的规范种植。为预防

4　中国转基因抗虫棉的发展对策

对于转基因抗虫棉,我国政府有关部门坚持

“积极、稳妥、科学、合法”的原则,积极扶持发展转基因抗虫棉。按照“降低成本、增加效益、提高竞争力”的要求,通过种植转基因抗虫棉,减少农药投入及施药用工,提高棉花单产,进一步增强国产棉花的竞争力。4.1　关于转基因抗虫棉的研究对策

[5]

4.1.1　培育转多基因抗虫棉。研究表明,单价

基因抗虫棉产生抗性个体的机率为10,而双价

212

基因抗虫棉则为10。目前已发现的抗虫基因有Bt基因、CpTI基因外,还有淀粉酶抑制剂基因、外源凝集素基因、几丁质酶基因、蝎毒素基因、脂肪氧化酶基因等,并将会不断发现新的抗虫基因。如果将两类或多类不同的抗虫基因同时导入同一棉株内,无疑会提高棉花的抗虫能力和抗虫范围,延缓害虫对其产生抗性。

4.1.2寻找和筛选广谱抗虫基因。棉田害虫极多,除棉铃虫外,还有棉叶螨、象鼻虫、棉蚜、红铃虫、红蜘蛛等。若转入的基因能抗多种害虫,就能达到少用药和不用药。目前认为比较合适的基因是CpTI基因,但其表达量不够,尚需进一步研究。4.1.3　采用特异启动子和诱导表达启动子。目前用于棉花等作物转化的启动子均为CaMV35s,该启动子在棉花的不同生长时期和不同部位均能表达,这样就降低了棉株体内杀虫物质的浓度,影响了杀虫效果。如果改用特异启动子,控制抗虫基因只在特定部位如蕾、花、铃中和特定时期如在

和延缓棉铃虫对抗虫基因产生抗性,一般采用在

转基因抗虫棉种植区设置非转基因棉的所谓“庇护所(Refuge)”政策;同时,严格禁止在同一种植区内种植同一抗虫基因的不同作物,如转Bt基因的棉花和转Bt基因的玉米。此外,可采取将转不同Bt亚种的抗虫棉相邻种植,并定期进行品种轮换的栽培方式。4.2.3　加强转基因抗虫棉的种子管理。根据转基因抗虫棉的发展情况,应建立转基因抗虫棉原原种、原种田和良种繁殖区,加强基础设施建设,加快品种提纯复壮,防止混杂,减缓种性及抗虫性退化,保持品种的杀虫活性和纯度。积极培育和扶持优势企业进入转基因抗虫棉产业,整合科研和推广力量,主推优势品种,推进转基因抗虫棉棉种产业。4.3　关于转基因抗虫棉安全性的对策

由于转基因产品存在一定的风险,因此,必须从保障人类健康、发展农业生产和维护生态平衡与社会安全的基础出发,提出一系列具有指导意义的对应策略和行之有效的具体措施。具体建议如下:4.3.1　加强对不同抗虫基因安全性的立项研究。目前,对转Bt基因抗虫棉安全性有了较为详细的研究报道,但大都集中在黄河流域棉区的研究,应加强对不同棉区转基因抗虫棉安全性的评价研究。以后,对转基因抗虫棉的选育立项研究应包括安全性的研究。在批准商品化应用之前,严格对抗虫棉抗虫效果的时空动态、害虫防治的配套

(4):3672373.

[9]郭三堆.CryLA杀虫基因的人工合成[J].中国农业科

措施、抗性治理方案等进行审查;同时加强抗虫棉

深加工产品人食和饲养动物的安全性评价研究。4.3.2　加强宏观调控和品种审批制度。加强基因与品种管理,把抗虫基因转入品种要有总体规划,要考虑超前性,也要分区域、分类型进行。在发展抗虫棉的过程中,要按照基因释放、区域实验、品种审定、商业化生产、种植布局等规定,严格按程序办事,坚持基因安全性评价的特殊要求。

综上所述,转基因抗虫棉在我国是应运而生,它一经问世便显示了强大的生命力。尽管目前在我国推广种植的转基因抗虫棉还存在品种不够完善,抗虫性不够强,抗虫基因单一;也存在棉铃虫的抗性及对棉田环境有某些影响等问题。但转基因抗虫棉以其抗虫、丰产、降低成本及其使用的简便性产生了良好的经济效益;转基因抗虫棉大大减少了化学农药的使用,减少了环境污染,保护了棉铃虫天敌,维护了生态平衡,有着积极的社会效益。可以预计,未来几年转基因抗虫棉在中国将会得到进一步发展。

参考文献:

[1]郭予元,丁红建,王武刚,等.棉铃虫的研究[M].北京:

学,1997,26(2):85286.

[10]倪万潮,张震林,郭三堆,等.转基因抗虫棉的培育

[J].中国农业科学,1998,31(2):8213.

[11]薛达元.转基因抗虫棉环境影响的综合报告[M].

南京:南京环境科学研究所,2002,6:1226.

[12]FOXJL.EPAseeksrefugefromBtresistance[J].

NatureBiotech,1997,15:409.

[13]FORRESTERN,PykeB.TheBtreport[J].The

AustraliaCottonGrower,1998,4:14.

[14]张永军,吴孔明,郭予元,等.转Bt基因棉杀虫蛋白

时空表达及对棉铃虫的毒杀效果[J].植物保护学报,2001,28(1):126.

[15]赵建周,赵奎军,卢美光,等.华北地区棉铃虫与转杀

虫蛋白基因棉花间的互作研究[J].中国农业科学,

1998,31(5):126.

[16]崔金杰,夏敬源.转Bt基因棉对棉铃虫抗性的时空

动态[J].棉花学报,1999,11(3):1412146.

[17]MCGAUGHEYWH.Insectresistancetothebiologi2

calinsecticideBacillusthuringiensis[J].Science,1985,229:1932195.

[18]TABASHNICBE.EvolutionofresistancetoBacillus

thuringiensis[J].AnnuRevEnt,1994,39:47279.

[19]贾士荣.Bt抗虫棉的安全性[EBΠOL],http:ΠΠ

biocentury.com.cnΠzskfΠaqxpj0.htm

[20]贾士荣.转基因产品的安全性及其对应策略[J].遗

中国农业出版社,1998:122,2792286.

[2]农业部农村经济研究中心(杜珉).近年来中国Bt棉

的发展现状与前景[A].2001年中国国际棉花会议论文集[C].桂林,2001.86291.

[3]谢德意.转基因抗虫棉研究进展、问题及对策[J].中

传,2001,(6):5772579.

[21]刘　翔,朱　祯.转CpTI基因棉花的安全性[EBΠ

OL].http:ΠΠΠzskfΠaqxpj1.htm

[22]樊龙江,周雪平.转基因作物安全性争论与事实

[M].北京:中国农业出版社,2001.17222;26230.[23]崔洪志.国产抗虫棉的安全性评价申报及审批.ht2

tp:ΠΠΠzskfΠaqxpj10.htm.[24]崔金杰,夏敬源.转Bt基因棉对棉田主要害虫及其

国棉花,2001,28(2):628.

[4]ResearchCenterforRuralEconomy,MOA.TheDevel2

opmentandAdoptionofBiotechnologyinCotton:theChallengeAhead(BRIANMOIR,SHANGNANSHUI)[M\〗.2001CHINAINTERNATIONALCOTTONCONFERENCE.GuilinChina,2001.16225.

[5]郭香墨,刘海涛,张永山,等.我国转Bt基因棉育种技

天敌种群消长的影响[J].河南农业大学学报,1997,

26(4):3512356.

[25]崔金杰,夏敬源.转Bt基因棉对天敌种群的影响

[J].棉花学报,1999,2:84291.

26]崔金杰,夏敬源.转Bt基因棉田昆虫群落多样性及

术与成就[J].中国棉花,1999,26(7):225.

[6]生物引擎编辑部.2002年全球转基因作物普及迅速

[EBΠOL].http:ΠΠΠplazaΠnewsΠviewnews.asp?id=10377,20022121715∶06∶00[7]王仁祥,雷秉乾.农业转基因生物的应用与安全性争

其影响因素研究[J].生态学报,2000,20(5):8242829.

[27]赵建周.棉铃虫对转Bt基因棉的抗性问题及其对策

[J].农业生物技术通讯,1998,2:122.

[28]杨晓东,谢方灵.转基因棉花的安全性评价[J].中

论[J].湖南农业大学学报(社会科学版),2002,3(3):

26229.

[8]谢道昕,范云六,倪万潮,等.苏云金杆菌杀虫晶体蛋

白导入棉花获得转基因棉株[J].中国科学(B),1991,国棉花,1999,26(1):728.　　●

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