轉基因棉花

美國孟山都公司把蘇雲金桿菌基因插入棉花植株獲得了轉基因棉花植株，經與農業研究局和一些大學科學家連續兩年的田間試驗，防治蟲害效果良好。

基本介紹

• 中文學名：轉基因棉花
• 分布區域：美國孟山
• 特點：自己生成殺蟲劑取代噴灑殺蟲劑
• 基因：蘇雲金桿菌

概念

美國孟山都公司把蘇雲金桿菌基因插入棉花植株獲得了轉基因棉花植株，經與農業研究局和一些大學科學家連續兩年的田間試驗，防治蟲害效果良好。

轉基因棉花是指把其他物種中的有用基因導入棉花的基因組後，獲得了該基因功能的棉花。1990年美國亞利桑那州試驗田上收穫的HD-1轉基因棉的纖維質量與Coker312的相同，但前者的纖維比後者的較粗糙，纖維長度和彈性相當，兩種棉花都有較強的纖維。

殺蟲劑

一項來自中國農業科學院、農業部農業技術推廣服務中心的研究人員的研究人員的研究提供了證據表明轉基因Bt棉花可以自己生成殺蟲劑取代噴灑殺蟲劑，促進了昆蟲天敵回歸，為轉基因棉花及周圍的田野提供了有效的生物學蟲害防治，從而為解決農作物病蟲害提供了更好的長期解決方案。Bt棉花（轉Bt基因抗蟲棉，Bt即蘇雲金桿菌）是一種轉基因作物，由孟山都公司研發。它自身能產生殺滅棉鈴蟲（Helicoverpa armigera）的殺蟲成分。

在這篇文章中，研究人員採用自然實驗，藉助中國北方農民網路系統回顧了可追溯到1990年的36個地點的數據。利用這一強大的工具，研究人員比較了Bt棉花種植前，種植期間及種植後害蟲和天敵的種群動態。

他們發現所有的地點由於減少噴灑殺蟲劑，捕食性節肢動物種群數量增多，使得蚜蟲種群下降。此外，研究小組還研究了實驗Bt棉花地，發現不僅Bt棉花中的捕食動物種群較高，在周圍的花生和大豆地中也相應增高，表明其增加天敵的益處也覆蓋到了鄰近作物。

生態系統中更多的天敵有助於長期控制蟲害避免了通常在噴灑殺蟲劑後出現抗性害蟲爆發。捕食動物的適應性強，可以廣泛分布，捕食幾種不同的害蟲，提供了天然的生物蟲害控制。

在美國情況

孟山都公司研究用的材料是蘇雲金桿菌的不同菌株HD-1和HD-73基因和商業棉花Coker312，這是第一代Bt-Cotton產品。後又開發出第二代Bt-Cotton產品Bollgard II。孟山都公司與美國農業局和大學的科學家進行協作，1990年選擇了7個點，1991年6個點，對這種轉基因棉花作了戶外對照試驗，幾乎消滅了煙青蟲、棉鈴蟲等害蟲。1990年試驗結果表明，蘇雲金桿菌棉花植株的蟲害損失不到1%，比噴灑農藥的常規植株的蟲害還小。1991年是重複試驗，試驗了來自4個轉基因系的12萬棵蘇雲金桿菌棉花植株，結果也令人相當滿意。

Bollgard II轉基因棉花

1990年美國亞利桑那州試驗田上收穫的HD-1轉基因棉的纖維質量與Coker312的相同，但前者的纖維比後者的較粗糙，纖維長度和彈性相當，兩種棉花都有較強的纖維。孟山都公司正在與5家種子公司協作，把蘇雲金桿菌菌株與種子公司的最佳棉花進行逆代雜交，以改進棉纖維質量。

在中國情況

抗蟲基因導入

自上個世紀90年代以來，由於棉鈴蟲在我國大部分棉區持續性大發生或爆發，給棉花生產帶來了巨大的威脅，棉農談“蟲”色變，僅1992年一年即造成直接經濟損失60多億元，間接損失超過100億元，對整個國民經濟發展造成了很大影響。同時由於棉鈴蟲的大爆發，防蟲治蟲使棉花的生產成本增加，植棉的比較效益降低。

我國“抗蟲棉”研究在“七五”期間開始進行，“八五”期間，在“863”計畫資助下，人工合成的CryIA(b)和CryIA(c)殺蟲基因導入我國棉花主栽品種獲得成功，成為繼美國之後，第二個擁有自主研製抗蟲棉的國家。“九五”開始，“抗蟲棉”的研究又被國家“863”計畫立為重大項目，進一步開展單價基因、雙價基因及多價基因抗蟲棉的研究，同時還將根據現有單價抗蟲棉可能存在的棉鈴蟲產生抗性的問題，在生產中使用的持久性問題，環境釋放的安全性問題，遺傳分離與穩定性問題等作深入的研究。總之，培育持久性雙價抗蟲棉或既抗鱗翅目又抗同翅目害蟲的多價抗蟲棉，使之產業化，套用於棉花生產，以解決棉花害蟲給棉花生產帶來的巨大損失，減少化學農藥的使用量，保護環境和生態平衡。

國產轉基因抗蟲棉已有多個品種通過審定。1998年5月和7月，GK95－1和GK-1分別通過品種審定，被定名為“晉棉26號”和“國抗1號”。1999年1月，GK－12也在山東省通過品種審定，被定名為“國抗12號”。2000年11月，GK22通過江蘇省農作物品種審定委員會審定，定名為“國抗22號”。2001年年初，GK19通過新疆自治區品種審定委員會審定。2001年3月，SGK321通過河北省品種審定委員會審定，並於2002年1月27日通過了國家抗蟲棉品種審定，成為目前國內惟一通過品種審定的雙價抗蟲棉品種，也是世界上第一個通過品種審定的雙價轉基因抗蟲棉新品種。在此之前，SGK321已經通過了農業轉基因生物安全性評價，並獲準在晉、冀、魯、豫、皖進行了商品化生產。綜合2000－2001年兩年國家組織的生產試驗結果：SGK321早熟性明顯優於其他品種，生育期僅128天，植株較高，株型緊湊，透光性好，抗蟲性突出。葉片大小適中，葉色較深，莖桿堅韌，前中期長勢強，後期長勢一般，整齊性好，開花結鈴集中，吐絮暢，衣分高，豐產性好。果枝始節位6.8，霜前花率90.8%，株高91.0厘米，鈴重5.17克，衣分39.8%。霜前皮棉畝產75.4公斤，相當於對照抗蟲雜交種（第一年為中棉所29，第二年為中棉所38）的93.4%。纖維品質：顏色潔白，平均長度為29.2毫米，比強度29.4厘牛/特克斯，馬克隆值4.8。

中棉所38

動物角蛋白基因導入

除了轉基因抗病、抗蟲棉的研究外，目前我國還進行其他方面的轉基因研究，由中國科學家陳曉亞教授為首發明的動物角蛋白轉基因棉花，即將兔、羊毛的角蛋白轉棉花纖維中，已獲國家專利。將動物角蛋白基因導入棉纖維中，使之特異表達，從而使棉纖維得以改良，具有光澤好，手感柔軟，彈性好，保暖性強等特性，既保留了傳統棉花的天然本質，又具有了兔、羊毛的品質。

基因導入方式進展

在迄今發展起來的棉花轉基因技術中，農桿菌介導的遺傳轉化套用最為廣泛。自1987年Umbeck等通過農桿菌介導法成功獲得坷字棉轉基因植株後，農桿菌介導法逐漸成為國際上最普遍的轉化手段，並且取得很大進展。中國農科院棉花研究所成功建立了20多個棉花品種的高效、穩定的規模化轉化體系，實現了流水線操作，建立了高效、工廠化的棉花轉基因技術體系。儘管農桿菌介導法是理論和實踐都較為完善的一種轉化技術，且已被廣泛用於雙子葉植物的轉化，但該方法受宿主基因型範圍的限制，很多優良品種(系)很難以此法進行轉化，並且轉化程式煩瑣複雜。花粉管通道轉化法雖然沒有基因型、種屬控制，但其轉化技術不太完善，對轉化機制缺乏系統的研究，常局限於開花期才能套用。因此，需要發展出有效的基因轉化方法。

中國農業科學院棉花研究所葉武威等人在2013年開發出一種棉花的基因槍活體快速轉化方法，通過第三代攜帶型基因槍和最佳化轉化的參數使活體轉化時對花蕾和花粉形成微創傷，大大縮短了獲得轉基因植株的周期。該方法包括如下步驟:(1)利用基因槍轟擊的方法，將含有外源基因的載體轟入父本棉花的花粉中;(2)將基因槍轟擊後的父本花粉授粉到活體母本棉花中;(3)授粉後的母本棉花所結的種子便是轉基因棉花種子，實現了棉花的基因轉化。此方法無需組織培養步驟，直接在活體棉花上便實現基因轉化，實用、易操作、不依賴組織培養、穩定性好。

其他國家

在巴基斯坦

巴基斯坦國內已開展轉基因棉花種子生產工作，另外，巴方正在和美國孟山都(Monsanto)公司洽談10億美元轉基因棉花種子的購銷契約。

據悉，巴基斯坦棉花種植總面積為800萬英畝，現有轉基因棉花種植面積約270萬英畝，目標是使轉基因棉花種植面積要達到棉花種植總面積的60%，預計棉花產量將因此提高40%。

在印度

據亞太地區農業生物技術聯盟（APCoAB）的新報告，2008-2009年，印度的轉基因棉花種植面積達到760萬公頃，占印度棉花總面積近81%。 APCoAB是亞太地區農業研究協會（APAARI）的一個項目。報告說，35個以上的種子公司和公共部門從事發展轉基因棉花，轉基因棉花雜交種用於商業品種數已超過600個。此外，印度農業研究理事會——一個公共研究機構——已發布第一個真正的新品種。根據該報告，這為農民提供了個機會，可在不失去轉基因的效果的同時保護自己的種子。

合理觀點

經過農業轉基因生物安全委員會評審，農業部1997年首次批准了轉基因抗蟲棉花商業化種植。此後，我國科學家對不同棉區大面積種植抗蟲棉後對農田生態和自然環境的影響進行了連續10多年跟蹤監測，積累了大量第一手資料，得出了幾個明確的結論：（一）在全國範圍內有效控制了棉鈴蟲和紅鈴蟲的危害。棉鈴蟲和紅鈴蟲是我國棉花生產的主要害蟲，以往棉農防治棉鈴蟲一年需要打藥10次到20次，大量用藥導致農民成本提高，收益減少，人畜中毒，環境污染，天敵減少，害蟲對農藥產生抗藥性等一系列問題。種植轉基因抗蟲棉之後，品種本身就具有良好的抗蟲效果，一般只需要打藥2次到5次，就能有效控制這兩種主要害蟲，不僅棉花上農藥用量減少達70%以上，而且大豆/玉米/花生上棉鈴蟲的數量也顯著減少。

棉鈴蟲

（二）為天敵和益蟲提供了良好的環境條件，農田生物多樣性更加豐富。由於減輕了農藥對害蟲天敵和有益昆蟲的傷害，瓢蟲/草蛉/蜘蛛和寄生蜂等害蟲天敵和有益昆蟲的數量成幾倍到幾百倍的增加，抗蟲棉田及其周邊生物多樣性更加豐富多樣，有利於農田環境保護。

（三）發展了配套的害蟲綜合治理技術。隨著主要害蟲得到有效控制和農藥用量顯著減少，次要害蟲種群數量發生了變化，主要表現為蚜蟲數量減少，盲蝽象數量增加。圍繞抗蟲棉的栽培管理，及時滅除雜草和轉主寄主，合理使用低毒農藥，可以確保棉花豐收。

轉基因抗蟲棉是解決棉鈴蟲危害的有效手段，在我國已經取得了巨大成功。李付廣說：“本課題的研發將使抗蟲棉的產量、適應性等更上一層樓，同時，建立的高效規模化轉基因技術體系也為其它棉花功能基因或調控基因的驗證提供了保障。”

此外，課題組還對獲得的新品種進行推廣生產。在河南、山東、浙江、安徽、山西、陝西等省累計推廣1000多萬畝，項目實施期間，其中中棉所41累計推廣810萬畝，中棉所45也已成為我國的棉花主栽品種；獲得的抗病新品系也為解決黃萎病長期為害提供了新的育種材料。

從經濟效益來看，根據通常的方法計算，種植轉基因抗蟲棉每畝比對照可平均增產7.5千克皮棉，按10元/千克計，每畝可增收75元；每畝減少農藥投入50元、減少人工投入計工費30元，也就是說，推廣轉基因抗蟲棉，每畝可增收節支155元。

存在問題

變種蟲、草

轉基因作物存在後遺症，出現了變種的蟲子和草。以棉花為例，中美兩國科學家對轉基因棉花跟蹤七年的調查表明，孟山都公司的轉基因棉花的優勢在第三年發生逆轉，不僅產量下降，使用農藥等農化產品的數量也大幅度上升。

轉基因棉籽粕的飼料監管

轉基因棉籽粕大量直接進入飼養業。轉基因棉籽並沒類似轉基因水稻做BT蛋白的表達抑制。

抗性、品種單一，監管有待加強

轉基因抗蟲棉種植面積在我國逐年增加,取得了顯著的經濟和社會效益,但存在的抗性單一、缺乏品質改良品種以及市場監管混亂等問題,嚴重影響了我國棉業的健康發展。所以必須加快轉基因育種,由第一代的簡單抗病、抗蟲性等單性狀改良到第二代複合性狀和品種品質改良。此外必須加強市場監管,一方面我國法規有待進部完善,如增加相應標準和參照指標,加強處罰力度;另一方面需要增加安全監管的投入,使轉基因技術研究與安全監管並重。

盲蝽特徵

盲蝽

盲蝽是盲蝽科（Miridae）一些昆蟲的統稱，以前在中國北方只是一種數量較少、危害並不嚴重的害蟲。但是，研究人員發現自從1997年以來它們的數量增加了12倍。“現在盲蝽成了北方地區的主要害蟲。”吳孔明說， “它們的數量大量增加與大規模種植Bt轉基因棉花有很大的關係。”吳孔明和他的同事推測盲蝽種群數量的激增與引進Bt轉基因棉花之後農田裡使用廣譜殺蟲劑減少有關。“盲蝽對Bt毒素並不敏感，因此當農民不再使用殺蟲劑後它們就開始興盛蔓延。”吳孔明說。他們的研究成果發表在這周的《科學》雜誌上。

“盲蝽和棉鈴蟲一樣，如果不加控制可以使棉花減產高達50%。”吳孔明補充說。這些昆蟲同樣也會對其他農作物形成威脅，例如青豆、穀物、蔬菜和各種水果。

吳孔明和他的同事正在尋找利用殺蟲劑的最有效的方式，並且他們在棉田附近種植害蟲喜歡吃的普通作物來減少盲蝽對棉花的損害。同時中國研究人員也在試圖開發能夠同時殺死棉鈴蟲和盲蝽的轉基因棉花品種。然而，吳孔明強調害蟲防控必須保持整個生態系統的視野。 “轉基因作物的影響必須在環境水平上進行評估，考慮到不同生物物種的生態環境上的投入。”他說，“這是確保它們的可持續性套用的唯一方法。”