转基因棉花

转基因抗虫棉的发展以及存在的问题张文亮26摘要：棉花是重要的农作物以及经济产物，自上个世纪90年代以来，由于棉铃虫在我国大部分棉区持续性大发生或爆发，给棉花生产带来了巨大的威胁，因此开始进行抗虫棉的研究。本文叙述了抗虫棉的发展过程以及抗虫棉的特点，从而对转基因抗虫棉有了更深刻的了解，不仅仅停留在其优点，也发现了它的潜在危害，毕竟所有事物都是有两面性的。关键词：转基因棉花、抗虫棉、抗虫性、Bt蛋白、Abstract：Cottonisoneoftheimportantcropsandeconomicproduct,sincethe90soflastcentury,becauseofthecottonbollworminmajorcottongrowingareasofChinacontinuingoccurrenceoroutbreak,cottonproductionhasbroughtgreatthreat,sostartstudyoninsectresistantcotton.ThispaperdescribestheBtcottoninthedevelopmentprocessandcharacteristicsoftheinsectresistantcotton,thusofinsectresistanttransgeniccottonhavemoreprofoundunderstanding,notonlystayintheutilitymodelhastheadvantagesof,alsofoundthepotentialharm,afterall,allthingsaretwosides.Keywords:Transgeniccotton、btcotton、insectresistance、Btprotein正文棉花是我国仅次于粮食的第二大农作物，对国民经济的发展也有着极其重要的影响。同时棉花是我国病虫害发生种类最多,受害最为严重的作物之一，而棉铃虫对是我国主产棉区生产构成威胁最严重的害虫。在病虫害严重影响棉花生产及生态环境的情况下,各国政府都试图寻找防治棉铃虫及其它病虫害的有效办法。在这种情形下，科学家利用生物技术合成了杀虫基因,并将其导入棉花而获得抗虫转基因棉花,在一定程度上解决了棉花病虫害的问题。转基因抗虫棉是指携带人工分离、构建、导入的外源目的基因———抗虫基因,并在体内高效表达且稳定遗传,自身合成一种或几种对某些害虫有毒杀作用的物质的棉花,其中最常用的外源基因为Bt基因和CPTI基因,这2种基因已被分别或同时导入棉株中并获得了批有发展前景的转基因棉花品种，其中研究最多、取得最大进展的为转Bt基因抗虫棉研究。转基因抗虫棉在中国的种植面积也迅速扩大,占国内棉花总种植面积的比例逐年上升。1、转基因抗虫棉的发展自上个世纪90年代以来，由于棉铃虫在我国大部分棉区持续性大发生或爆发，给棉花生产带来了巨大的威胁，棉农谈“虫”色变，仅1992年一年即造成直接经济损失60多亿元，间接损失超过100亿元，对整个国民经济发展造成了很大影响。同时由于棉铃虫的大爆发，防虫治虫使棉花的生产成本增加，植棉的比较效益降低。我国“抗虫棉”研究在“七五”期间开始进行，“八五”期间，在“863”计划资助下，人工合成的CryIA(b)和CryIA(c)杀虫基因导入我国棉花主栽品种获得成功，成为继美国之后，第二个拥有自主研制抗虫棉的国家。“九五”开始，“抗虫棉”的研究又被国家“863”计划立为重大项目，进一步开展单价基因、双价基因及多价基因抗虫棉的研究，同时还将根据现有单价抗虫棉可能存在的棉铃虫产生抗性的问题，在生产中使用的持久性问题，环境释放的安全性问题，遗传分离与稳定性问题等作深入的研究。总之，培育持久性双价抗虫棉或既抗鳞翅目又抗同翅目害虫的多价抗虫棉，使之产业化，应用于棉花生产，以解决棉花害虫给棉花生产带来的巨大损失，减少化学农药的使用量，保护环境和生态平衡。自1992年合成Bt杀虫基因以来，我国科学家以农杆菌介导法及独创的花粉管道法将抗虫基因导入多个棉花主裁品种，在各棉花生产区选育单位的共同努力下，经过多年选育、示范、选育出山东省GK12、GK2，山西省的95-1，安徽省的GK1，江苏省的GK14，湖北省的GK19、GK21等20余个转基因的抗虫棉优系，丰产性、适应性、与当地主裁品种相当。在此基础上，转Bt和CPTI基因的双价抗虫棉GK-321也在河北省选育成功，其抗虫性和丰产性均优于国外抗虫棉品系。2、抗虫棉存在的问题2.1转基因抗虫棉抗虫能力的弱化Bt毒蛋白是抗虫的主要物质，其产量决定抗虫棉的抗虫性。影响Bt毒蛋白产量的因素主要有转基因抗虫棉抗虫的时空性、棉株生育和目的基因的表达程度。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转基因抗虫棉所产生的Bt毒蛋白不同，对棉铃虫的抗性不同,二是指棉株的不同部位、不同器官表达的毒蛋白产量不同，抗虫能力也不同。除此之外，抗虫棉的抗虫性会随着棉株生育期的进展而降低,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。基因的结构和运载体构成的不同也会对Bt毒蛋白产量造成差异，主要原因是：1、所转化的Bt基因结构不同，差异包括基因的功能区和调控序列；2、转化途径不同，Bt基因的整合位点也不同，导致Bt基因的表达量存在差异。长期种植抗虫棉使害虫产生抗性，由于当前生产上推广的转基因抗虫棉一般都是单价的转Bt基因,现在已发现有不少对Bt产生抗性的害虫,应考虑转基因抗虫棉对棉铃虫产生抗性的隐患问题。抗虫棉外源基因直接作用对象是生物，如大面积或长期使用，昆虫有可能对抗虫棉产生适应性或抗性，这会严重影响抗虫棉的应用，为了解决这个问题，人们往往在种植抗虫棉时种植一定量的非抗虫棉。这也只会延缓而根本不能解决棉铃虫的抗性问题。2.2转基因抗虫棉对环境的影响我们应该考虑到推广利用转基因抗虫棉所存在的安全隐患等方面的问题，其中一方面就是抗虫棉对环境或生态的影响。有科学家认为转入的基因将可能在野生种群中得到保存并进一步产生扩散以致产生较严重的生态学和生物进化上的后果，并影响到生物多样性。转基因作物在为人类带来巨大效益的同时也带来了一系列不容小觑的环境问题，转基因抗虫棉当然也不例外。土壤是生态系统中物质循环和能量转化过程的重要场所，转基因作物的外源基因可通过根系分泌物或作物残骸进入土壤生态系统，土壤的特异生物功能类群以及土壤生物多样性都有可能因此改变。遗传改良可能影响到植物分解速率和C、N水平，进而影响土壤生物、动物类群和土壤生态过程。转基因作物产生的杀虫毒素可由根部渗入周围土壤且保持了很强的活性，所以研究人员认为渗入土壤的毒素可能助长一些害虫对杀虫剂产生抗药性，对土壤生态环境产生长远的负面影响。Bt毒素还有可能在土壤中积累，进一步影响土壤的生物多样性。3、展望中国转基因棉花研究虽然起步较晚，但进展较快，以转基因抗虫棉品系为亲本，或把转基因抗虫棉材料作为亲本，运用传统杂交方法，根据杂种优势，培育出综合性状优良的杂交抗虫棉近几年取得了可喜进展。目前，仅有转Bt基因抗虫棉得到大面积地推广种植，而与抗逆、纤维改良等性状有关的转基因棉花的研究和种植推广相对缓慢，未能大面积应用。究其原因可能有两个：一是与抗逆、纤维改良等性状的相关基因自身功能存在局限性，在转入棉花植株时未能达到预期的改良效果；二是一些优良的转基因株系，由于申报转基因作物安全评价时周期较长，使得转基因棉株无法进行有效地种植，从而影响其在生产中的推广应用。相信在不久的将来，通过完善棉花遗传转化体系，可以将更多优良的克隆基因转移到棉花上，获得安全、稳定、持久、优质等综合性状都理想的新一代棉花品种类型。参考文献1陈松，吴敬音，周宝良，黄骏麒等.转Bt基因棉Bt毒蛋白表达量的时空变化.棉花学报.2000，12（4）：189-193.2陈颖,徐宝梁,葛毅强,等.转基因作物及其食品的安全性[J].生物技术,2003,(5):40-41.3樊龙江,周雪平,胡秉民,等.转基因植物的基因漂流风险[J].应用生态学报,2001,12(4):630-632.4贾士荣，郭三堆，安道昌.转基因棉花.科学出版社，2001：191～2005秦永华、乔志新、刘进元、等转基因技术在棉花育种上的应用[J].棉花学报，2007，19（6）：482-4886郭香墨、刘海涛、张永山等1我国转Bt基因棉育种技术与成就[J]1《中国棉花》1999(7)：2—57夏敬源1抗虫棉在棉铃虫综合治理中的作用研究初探[J]1《中国棉花》，1995(8)：8—108刘方，王坤波，宋国立．中国棉花转基因研究与应用[J]．棉花学报，2002，14(4)9李汝忠．转基因棉花的研究进展与发展前景[J]．科技创新与品牌，2009(6)10熊格生,唐海明,陈金湘.中国转基因抗虫棉的研究利用现状及发展对策[J].中国农学通报,2006,05:193-197.