国内转基因抗虫棉研究应用进展及存在问题
转基因抗虫棉花基因类型及原理研究进展
转基因抗虫棉花基因类型及原理研究进展孙璇;马燕斌;张树伟;段超;王新胜;李燕娥【摘要】评述了苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白基因、苏云金芽孢杆菌营养期杀虫蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、植物外源凝集素类基因、RNA干扰技术涉及到的一些昆虫来源基因等几类抗虫基因的抗虫机理及其在转基因棉花中的应用,并分析了抗虫转基因棉花研究目前存在的问题和发展趋势.通过回顾总结我国转基因抗虫棉已取得的成果,以了解我国现阶段转基因抗虫棉研究的进展程度,为进一步研究转基因抗虫棉提供方向.【期刊名称】《山西农业科学》【年(卷),期】2016(044)001【总页数】4页(P115-118)【关键词】棉花;转基因;抗虫基因【作者】孙璇;马燕斌;张树伟;段超;王新胜;李燕娥【作者单位】山西省农业科学院棉花研究所,山西运城044000;山西省农业科学院棉花研究所,山西运城044000;山西省农业科学院棉花研究所,山西运城044000;山西省农业科学院棉花研究所,山西运城044000;山西省农业科学院棉花研究所,山西运城044000;山西省农业科学院棉花研究所,山西运城044000【正文语种】中文【中图分类】S562棉花（Gossypium hirsutum L.）隶属于锦葵科（Malvaceae）棉属（Gossypium），是世界上最主要的经济作物之一，同时，其也是我国重要的经济作物之一。
随着基因工程技术的快速发展，转基因抗虫棉得到了迅猛的发展。
转基因抗虫棉基因类型主要有：苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白（Insecticidal Crystal Proteins，ICPs）基因；苏云金芽孢杆菌营养期杀虫蛋白（Vegetative Insectidal Proteins，VIPs）基因；蛋白酶抑制剂（Proteinase Inhibitors，PIS）基因；植物外源凝集素（Lectins）类基因以及RNA干扰技术（RNAi）所涉及到的一些昆虫来源基因等。
转基因抗虫棉
转基因抗虫棉的研究进展摘要：综述了转基因抗虫棉的研究进展，包括抗虫基因的研究、载体构建技术的研究、转化技术的研究及存在的问题等，并展望了转基因抗虫棉未来发展前景。
关键词：转基因抗虫棉花研究进展引言棉花生长周期长、虫害多，造成的损失非常严重。
据统计，在转基因抗虫棉商品化之前，全球每年用于防治棉花虫害的费用高达20亿美元，约占所有农作物防虫费用的四分之一。
[1]传统的化学农药防治棉铃虫不仅费用高，且已引发了棉虫的抗药性，同时化学杀虫剂的过量使用也带来了环境污染的问题，而转基因植物所产生的杀虫蛋白主要是通过抑制害虫消化等生理功能而达到抗虫的目的。
与施药防治棉田害虫相比，转基因技术具有较多优势：不会在土壤和地下水中造成残留；不会被雨水冲刷流失；对非靶标生物无毒性；保护作用无盲区；减少农药及用工投入[2]等。
雪花凝集素（Gulanthus nivalis agglutinin gene，GNA）是第一个转入重要作物、并对刺吸式口器害虫有抗性的基因，转GNA的水稻可降低害虫的存活率，阻止害虫的发育[3]。
另外烟草阴离子过氧化物酶[4]、昆虫几丁质酶基因[5]也被用于抗虫基因工程的研究。
迄今为止在棉花抗虫基因工程研究领域，最成功的例子是苏云金芽孢杆菌Bt杀虫基因的应用，其次是蛋白酶抑制剂基因。
另外，凝集素、α-淀粉酶抑制剂、胆固醇氧化酶等转基因抗虫植物的研究也取得了进展，所以利用基因工程技术培育转基因抗虫棉受到了各国的高度重视。
自1996年商品化种植转基因作物开始，全球转基因植物的种植面积已由1996年的170万hm2猛增到2008年的1.25亿hm2，增长了73倍，2008年全球市场价值已达75亿美元，约占全球商业种子市场的22%，其市场价值优势明显，转基因产业得到了蓬勃发展，尤其在发展中国家。
印度Bt棉2002年引入，连年种植面积快速增加，至2008年达760万hm2，产量翻番，曾经是全球棉花产量很低的国家，现已成为棉花出口国。
新疆转基因抗虫棉研究现状与建议
仅 能使 棉 花 自身 产 生 抗 （ 杀 死 ） 或 害虫 的 物 质 ， 高 提 自身 防 御 机 制 ， 且 能 减 少 化 学 农 药 的 使 用 ， 少 而 减
环境 污染 和 农 药 残 留 ， 因而 世 界 各 国都 十 分 重 视 将 外 源抗 虫 基 因 导人 棉 花 的研 究 、 开发 与利 用 。 自 ９ ０ 年 代 中 期 ， 疆 开 始 进 行 转 基 因 抗 虫 棉 品 种 的 选 新 育 ， 取 得 了显 著 成 效 。 并
１转基 因抗 虫棉 研 究进 展
目前 ， 转 基 因 抗 虫 棉 培 育 中 ， 常 用 的 外 源 在 最 抗 虫 基 因有 苏 云金 芽 孢 杆 菌毒 素 蛋 白基 因 （ 称 Ｂ 简 ｔ 基 因 ） 蛋 白 酶 抑 制 基 因 、 粉 酶 抑 制 基 因 、 源 凝 、 淀 外 集 素 基 因 、 丁质 酶 基 因 、 毒 素基 因 、 蛛 毒 素 基 几 蝎 蜘 因等 。 在 ， ｔ 因和 豇豆 胰 蛋 白酶 抑制 基 因 （ 称 现 Ｂ 基 简 Ｃ ＴＩ 因 ） 经 分别 导 人 棉 花 中 ， 获 得 抗 虫 性 强 ｐ 基 已 并
覆 盖 了许 多重 要 害 虫 ，包括 鳞 翅 目、直 翅 目及鞘 翅
目等 。
性 、时 空性 等 问 题 ，提 出 了筛选 广 谱 性 抗 虫 基 因、 培 育 转 多基 因抗 虫 棉 、采用 特 异 启 动 子调 控 外 源抗 虫 基 因在 棉株 体 内的 高效 表 达 、培 育 多种 类 型 的单
８ 或 基 本 不 用 药 。 棉单 产 与 当 地 推 广 的 品 种 ０ 皮
不 相 上 下 ， 其 在 棉 铃 虫 发 生 较 重 的 年 份 和 地 区皮 尤 棉 花 是 新疆 重要 经 济 支 柱及 优 势 产 业 ， 年 来 近 由于气 候 条 件 和生 态 环境 的变 化 、 虫 抗 药 性 的增 害 强 ， 虫 危 害 尤 其 是 棉 铃 虫 的 为 害 日趋 严 重 ， 此 棉 对
转基因抗虫棉风险性分析及应对策略
摘 要 主要针 对转基 因抗 虫棉 抗 虫时空性 问题 ， 棉花 不 同生育期 、 株部 位 、 同害 虫世 代 抗 虫性的 变化 ， 虫棉 对 棉 田 害虫和 天敌 种 植 不 抗 群 结构的影响 ， 虫对抗 虫棉毒 蛋 白的抗性 ， 虫棉抗 性基 因的漂移 ， 虫棉籽 产 品的安 全性 问题 等 潜在 的 生态风 险性 进行 了分析 ， 害 抗 抗 进 而提 出了降低 转基 因抗 虫棉 潜在 的生态风 险性措施 。 关键词 转基 因抗 虫棉 ； 风险性 分析 ； 策 对 中图分 类号 ￥ ６ 文献标 识码 Ａ ５２ 文章编号 ０ １ — ６ １２０ ）３ ０４ — ２ ５ ７ ６ １（０７ ３ —１ ５ ０ ６
转基 因抗 虫棉是 ２ 世纪生 物技术 在农 业领 域 应用 取得 ０
的重 大成果 ， 在我 国黄 河 、 江流 域 已得 到广 大棉农 的普遍 长
（ ．６ 和 ０ ５４５ 。而天 敌 昆虫 群 落 的多样 性 指数 （ ．０ ２ ７３０ ．８ ） ２４ ４
９和 均匀度指 数 （． ０５均 高 于常规 棉 田（ ． ６ 和 ０６８ ） ０５ ） ８ ２６ ２０ ． ３ ８， ）说明转 Ｂ 棉 田昆虫群 落稳 定 性较 好 ， ｔ 天敌 昆虫 Ａ ｈ ｉ ｇｉ ｃ．０７ ３ （３ ：０４ —１６６ １６９ Ｊｕｎｌ ｆ ｎｕ Ａ ．Ｓｉ２０ ，５ ３ ）１６ ５ ０４ ，０ ５
责任编 辑
孙红忠
责任校对
李菲菲
转 基 因抗 虫棉 风 险性 分 析 及 应对 策 略
对抗 虫棉抗性 进 行 长期 跟踪 、 监测 ， 采 取 了如 “ 护 所 ” 并 庇 对
转基因作物生物安全的研究进展及问题
转基因作物生物安全的研究进展及问题将人工分离和修饰过的基因导人到生物体的基因组中，由于导人基因的表达，引起生物体性状的可遗传修饰，这一技术称为转基因技术。
人们常说的“遗传工程”、“基因工程”、遗传转化，均为转基因的同义词。
随着转基因技术的发展，它对整个社会经济、人类生活及思想产生着越来越大的影响。
首先，在生物制药及医疗方面，对人类健康的影响。
其次是在动植物新品种培育方面，转基因技术已成为区别于常规育种的一种新育种技术，它加快了育种进程、丰富了育种方法，人们可通过人工的方法修饰或改良一些有用基因，使这种新品种产生优良性状，让其更加符合人类的需要。
另外是在环境方面，现代工业和农业的发展不可避免地对环境产生了影响，通过转基因的方法可得到一些有用生物，而这些生物可将一些污染物清除。
同时，生物技术还在不断发展，新的技术不断产生。
生物技术的发展已改变着人类社会的许多方面，创造了新的技术，产生了新的产业，对人们生活的方方面面均产生了巨大的影响，甚至影响了人们的思想。
正如当年进化论刚提出时，大部分人感觉不可接受，但正是这些科学的事业推动着人们的社会发展。
文中综述了转基因技术对农作物及其生物安全产生的影响，旨在为转基因技术的进一步发展提供理论依据。
1 转基因作物的发展及现状转基因作物是利用生物技术将人工分离和修饰过的外源基因有目的地导入目标作物的基因组中，人为地加强或减弱某种生物功能，从而获得遗传性状发生改变的新品种（系）的过程。
转基因作物育种是生物技术在农业方面发展最早、进展最快的研究领域。
1972年美国科学家伯格，利用限制性内切酶，将猿猴病毒DNA和噬菌体DNA切开、重组，得到了第一批重组DNA分子，标志着DNA重组技术开始成为现代生物技术和生命科学的基础与核心。
1983年美国华盛顿大学和威斯康星大学的科学家分别宣布将卡那霉素基因导人烟草和将大豆基因转入向日葵，标志着植物转基因技术改良农作物的开始。
1986年美国批准首批转基因植物进入田间试验，这批作物主要是抗虫和抗除草剂棉花。
中国棉花转基因研究与应用
外 源 凝 集 素 是 一 组 广 泛 存 在 于植 物组 织 中 的
Ｔｈ ｓ ｒ ｉｌ ｒ ｐｏｒ ｅ ｔ ａ ｖａ ｅ ｈｅ ｔ ｉ ａ ｔｃ ｅ ｅ ｔ ｄ ｈｅ ｄ ｎｃ ｓ ｏｎ ｔ ｓ ｕｄｙ
ｏｆ ｍ ｐｒ ｅ ｅ ｏｆ ｏ ｔ ｔ ａｎｓ ｎｉ ｉ ｏｖ ｍ ｎｔ ｃ ｔ ｏｎ ｒ ｇｅ ｃ， ｓ ｈ ｕｃ ａｓ ｉ ｐｒ ｍ ｏｖｅ ｅ ｏｆ ｈｅ ｒ ｓ ｓ ａｎｃ ｔ ｉ ｓ ｃ ｓ， ｔ ｍ ｎｔ ｔ ｅ ｉ ｔ ｅ Ｏ ｎｅｔ Ｏ ｈｅ ｂｉ ｉ ｅ ｒ ｃ ｄ ｓ， ｔ ｒ ｎｄ ｔ ｂｉ ｉ ｔ ｅ ｓ ｅ ｃ ｏ ｖｉｕｓ ａ Ｏ ａ ｏｔｃ ｓ ｒ ｓ ｔ ．
ＬＩ Ｕ Ｆａｎ 。 Ｗ Ａ Ｎ Ｇ ｕｎ＿ ｏ。 ＳＯ Ｎ Ｇ ＵＯ一ｊ ｇ Ｋ ｂ Ｇ １
（ ｔｏ ｓａ ｃ ｎ ｔｔ ｔ Ｃｏｔ ｎ Ｒｅｅ ｒ ｈ Ｉ ｓｉｕ ｅ，ＣＡＡＳ ；Ｋｅ ｂ ｆ ｙ Ｌａ ．ｏ Ｃｏｔ ｎ Ｇｅ ｅ ｉ Ｉ ｔｏ ｎ ｔｃ ｍｐ， ｖ ｍｅ ｔ 。Ｍ ｉ ｉｔｙ ｏ Ａｇｒ． ｅ ｎ ｏ ｎ ｓｒ ｆ ｉ
维普资讯
棉 花 学 报
ＣｏｔｎＳ ｉｎ ｅ ｔｏ ｃｅ ｃ
２ ０ ，４ ４ ： ４ ～ ２ ３ ０ ２ １ （ ） ２ ９ ５
中 国棉 花 转 基 因研 究 与 应 用
刘 方 ， 王 坤 波 ， 宋 国 立
专
题
与
述
评
（ 国农 业科 学 院 棉 花 研 究所 ， 中 农 业部 棉 花 遗 传 改 良重 点 开 放 实验 室 ， 阳 ４ ５ ｌ） 安 ５ ｌ ２ １ ～ ｌ ， 灾 年份 损 失 尤 甚 ， 国每 年 用 于 棉 Ｏ ５ 重 全 花 害 虫 防 治 的 杀 虫 剂 用 量 占杀 虫 剂 总 使 用 量 的 ２ ３ 害 虫 抗 药 性 的 增 加 使 化 学 防 治 越 来 越 困难 。 ／，
棉花转基因技术研究进展
农业生物技术课程论文题目：棉花转基因技术研究进展院（系）：农学院专业：农学班级：农学081姓名：秦绍龙学号：01108012成绩：完成日期：2011年5月25日棉花转基因技术研究进展摘要：近些年来，转基因技术被广泛应用于遗传育种中，尤其是在棉花遗传育种和基因改良方面取得了重大的突破，本文主要通过查阅参考文献，综合阐述了三大转基因技术手段及其在棉花抗虫、抗病、抗除草剂以及品质改良等方面的应用与最新进展，并对棉花转基因研究进展中存在的主要问题进行分析。
关键词：棉花；转基因；育种；外源基因；进展转基因技术又称外源基因导入技术, 它是通过采用农杆菌介导技术、花粉管通道技术与基因枪导入技术, 将外源基因导入受体作物的细胞，并得到整合与表达的一种现代高新育种技术。
在国家“863”项目的支持下，我国自20世纪80年代末开始棉花转基因育种技术研究与开发应用,该项技术在我国发展很快，也取得了一些重大的成就与技术突破。
在转基因技术的正确指引下，目前棉花转基因育种中已获得了大量转基因抗病、抗虫、抗除草剂等方面的优良抗性株系,并选育出了多个转基因抗病虫品种,这些品种在增强抗病虫性的同时，基本上延续了受体亲本原有的高产、优质的良好性状，但所选育的转基因棉花品种仍不同程度地存在种子活力低、前期生长发育偏慢、中期易发生茎枯病、后期易脱肥早衰、抗性范围窄且随生育进程强度下降等缺陷。
一、转基因棉花研究的概况自从1983年，人类首次获得转基因烟草、马铃薯以来，植物转基因技术在基础研究和应用开发中获得了显著进展，成功培育一批具有抗虫、抗病、耐除草剂和高产优质等外源优异性状的农作物新品种，对农业的生产方式和经济效益产生了深刻影响。
棉花是利用转基因技术进行遗传改良最为成功的作物之一，仅我国自主研制的CryA+CpTI双价抗虫等基因就已被转育到41个棉花品种中。
棉花作为主要的经济作物之一，对一个国家国民经济发展起到了举足轻重的作用，也曾一度被列入我国战略储备物资行列。
新疆转基因抗虫棉发展回顾、现状及建议
摘要:回顾了1996年以来新疆转基因抗虫棉研究和种植发展历程;简述了新疆转基因抗虫棉生产种植、研究进展和种植效果;提出了新疆转基因抗虫棉存在问题和发展建议。
关键词:新疆;转基因抗虫棉;研究;种植收稿日期:2019-08-06*通信作者:xjmh2338@基金项目:优质纤维转基因棉花新品种培育(2016ZX08005-003);国家现代农业产业技术体系(CARS-18-11);国家重点研发计划(2017YFD0201903)新疆转基因抗虫棉发展历程截至2019年,新疆转基因抗虫棉经历了20年发展历程。
“九五”期间(1996―2000年)新疆棉花育种攻关第一次将生物技术与常规育种结合选育棉花品种列为专项,并将转基因抗虫性状列为育种目标,其间依据国家“863”计划,新疆科技厅、新疆维吾尔自治区和新疆兵团种子管理站、新疆农业科学院组织实施了国家“863”转基因抗虫棉联试,对11个转基因棉参试品系进行了2年8个试点的比较鉴定,初步筛选出综合性状较优的GK19。
1998年,为保障我国棉花生产的可持续发展,原农业部提出短期内新疆暂不发展抗虫棉的管理要求。
在特定时期内,该管理要求有力促进了我国抗虫棉的发展,促进了新疆棉花生产向科学化、规范化方向发展,提升了我国抗虫棉的竞争力。
2007年由新疆农业科学院经济作物研究所与中国农业科学院生物技术研究所合作选育的新疆第一个转基因抗虫棉品种新陆棉1号通过国家审定,2011年合作选育的转基因抗虫棉品种新桑塔6号通过国家审定。
根据调研,2012年新疆转基因抗虫棉种植面积过半。
2015―2016年新华社记者对新疆转基因抗虫棉种植情况的报道得到国家领导人和原农业部重视,组织专家调研。
2015―2018年中国农学会棉花分会及有关专家向有关部门提出放开新疆种植转基因抗虫棉的建议。
2019年新疆开展了转基因抗虫棉区试,南北疆分别有11、13个品系参试。
新疆转基因抗虫棉种植现状1992年,我国棉铃虫大暴发,在各种作物上累计发生面积达2192万hm 2,造成直接经济损失逾百亿元[1-4]。
国产转基因抗虫棉技术集成创新与推广应用
国产转基因抗虫棉技术集成创新与推广应用国产转基因抗虫棉技术集成创新与推广应用近年来，随着生产力不断提高，种植业也不断发展，但农业生产中的虫害问题仍然是个重要的难题。
虫害会直接影响农业收成和农民的收入，甚至威胁人类食品安全。
随着科技的发展，转基因技术成为了一个解决虫害问题的强有力工具。
本文将围绕“国产转基因抗虫棉技术集成创新与推广应用”这一话题进行阐述。
第一步，探究转基因技术在棉花抗虫方面的应用。
棉花是全球最重要的经济作物之一，但同时也是最受虫害威胁的作物之一。
因此，抗虫棉的研究一直是种植业研究的热点之一。
转基因技术可以使棉花在基因水平上获得更强的抗虫能力，同时还能保证棉花的其他优良品质和产量。
转基因抗虫棉是利用细菌基因工程技术，将一种具有强效杀虫基因的细菌基因转入棉花基因组中，从而达到防止害虫侵袭的目的。
该技术的出现对农业生产和环境保护都有一定的推动作用。
第二步，分析国产转基因抗虫棉花技术的创新。
在国内，转基因抗虫棉花的研发已经有一定的历史，但也还存在着一些问题。
例如，由于基因层面上存在差异，转入不同基因的棉花的抗虫性能不相同。
此外，由于技术的复杂性，国内的转基因技术水平一直较低，上市的抗虫棉缺乏新的变型，种植品种缺乏更新。
针对这些问题，我们需要进一步加强转基因抗虫棉花技术的研究和创新，从而提高这项技术在实践中的可行性和适用性。
第三步，探究转基因抗虫棉花技术的推广应用。
转基因抗虫棉花技术目前已经有了一定的成果，许多国家和地区都在实行抗虫棉花种植生产。
我国作为棉花生产大国，一直在积极探索转基因抗虫棉花在实践中的推广应用。
然而，由于人们对转基因技术的认知存在一定的误区和偏见，转基因抗虫棉花在我国的推广和应用一直受到一定的限制。
因此，在推广转基因抗虫棉花技术时，我们需要加强对公众的宣传和教育，纠正公众对转基因技术的错误认知，并尽最大努力保障人类食品安全和生态环境。
综上所述，国产转基因抗虫棉技术集成创新与推广应用，可以有效解决棉花生产中的虫害问题，从而推动国内种植业的发展，提升棉花产量和品质。
新疆棉花育种面临的问题和转基因在棉花育种上的应用
中国棉花学会 学习总结
专题三：转基因技术在棉花育种上的应用
棉花转基因技术是指将外源DNA通过物理、化学或生物学方法导入棉花细 胞并得到整合和表达的过程。 转基因技术在棉花遗传改良中的应用,包括棉花抗病、抗虫、抗除草剂、 抗逆以及品质改良等方面。 ----抗虫基因工程 目前应用于棉花的抗虫基因主要有苏云金芽孢杆菌的内毒素蛋白(Bt基因)。 Bt基因是抗虫棉中研究最多、进展最快、应用最广泛的一类基因,它对鳞翅目 昆虫有专一杀伤作用。Bt抗虫棉对棉铃虫、红铃虫、玉米螟等害虫有较高的抗 性。 ---抗逆境基因工程 近年来,国内外围绕棉花抗盐性、抗早衰等方面开展了一些研究,并取得了 一定进展。研究发现,抗氧化酶如谷胱甘肽还原酶和超氧化物歧化酶的活性与 逆境胁迫关系密切。
简报名称
日期
中国棉花学会 学习总结
专题二：棉花种子质量遗传改良
棉花种子质量
（2）净度检验：是对种子批的组成的检验，主要是测定供检样品中不同成分 的重量百分率和样品混合物的特性。计算出净种子在样品中所占百分含量 ，为此批种子的净度。 （3）发芽试验：是测定种子批的最大发芽潜力，据此推测不同种子批的质量 ，也可估测播种价值。所谓发芽是指在实验室内幼苗的出现和生长达到一 定阶段，根据幼苗的胚根、胚轴、顶芽和子叶等主要形态结构的表现，来 判断在田间的适宜条件下进一步生长成为正常的植株的潜力。
简报名称
日期
中国棉花学会 学习总结
学 习 总 结
经过近期针对性的对中国棉花学会相关专业知识的学习，在此总结了一 些粗浅的经验，提出些小的建议，望领导、同事指正。
1、提升选育棉花品种的整体品质 由于近年新疆棉花品种品质呈下降趋势，在以后工作中，更要依托我们 公司以长绒棉品质育种为主的大方向把提升选育材料的品质量化。 -----选育中长绒陆地棉。可以利用引进的陆地棉材料做母本已有的海岛棉 做父本进行陆海杂交育种，培育产量高于海岛棉，品质好于陆地棉的中长绒 品种。预期目标：绒长>34mm、比强度>35cm/tex、马值<4.4；衣分>41%,试 纺CF70--CF90。 -----选育高产长绒棉。预期目标：绒长>35mm、比强度>40cm/tex、马值 <4.2；衣分35-37%、铃重3.8-4.0g，试纺CF80--CF150。 -----选育超级长绒棉。预期目标：绒长>38mm、比强度>45cm/tex、马值 <4.0；衣分31-33%、铃重3.2-3.3g，试纺>CF200超高支纺。
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国内转基因抗虫棉研究应用进展及存在问题秦玉金1)赵俊2)(1)江苏省扬州市植保植检站,江苏扬州225002;2)江苏省仪征市胥浦农技站)摘要简要介绍了国内转基因抗虫棉研究应用现状,分析了抗虫棉当前存在的主要问题,并提出了应对策略。
关键词转基因抗虫棉;研究应用进展;存在问题;对策中图分类号Q78;S562文献标识码A文章编号0517-6611(2004)02-0363-0220世纪90年代以后,棉铃虫先后在我国山东、河北、河南、山西、陕西、江苏、安徽、湖北和辽宁等省大发生,特别是1992年在黄河流域、长江流域和辽河流域等主要产棉区的400万hm2棉田特大暴发,使我国当年棉花总产减收30%以上。
棉花害虫的猖獗危害给棉花生产造成了严重的损失,是限制我国棉花生产进一步发展的主要因素。
生产上迫切需要尽快选择培育具有良好性状的抗虫棉花新品种来抵御虫害的侵害,提高防虫和植棉的综合效益。
培育和推广抗虫棉不仅是控制棉铃虫暴发为害最为经济、有效的途径,而且也是减少有毒化学农药的用量,防止环境污染,保护生态平衡的有效措施。
特别是采用现代基因工程技术将杀虫基因导入棉花,可以创造出具有高抗虫能力的转基因植株,并与常规育种方法相结合,培育出抗虫棉花新品种,应用于生产。
因此,研究开发和推广种植抗虫棉对于发展棉花生产和保护生态环境均具有十分重要的意义。
1育种研究进展传统的棉花育种方法发展到今天面临着种质资源贫乏、远缘杂交困难等问题,这就使有益性状的组合,尤其是高产、优质、多抗性状的有机组合十分困难。
利用基因工程手段培育抗虫棉花品种是一个新兴的领域,DNA体外重组技术及棉花组织培养植株再生技术为棉花基因工程奠定了基础。
将外源抗虫基因转入到棉花细胞中,使其在棉花细胞内稳定地遗传和表达,从而育成抗虫的棉花新品种(系)。
目前用于棉花抗虫转育的基因主要有:苏云金芽孢杆菌毒素蛋白基因(Bt基因)和豇豆胰蛋白酶抑制基因(Cp TI基因)。
人们已经将这两类基因分别导入棉花植株,并且获得了抗虫性极强并能稳定遗传的转化植株。
为了寻求遏制棉铃虫的良策,国家/8630高科技发展计划于1991年首先启动了/转基因抗虫棉0的研究,随后,国家转基因植物专项、农业部发展棉花生产专项资金、中华农业科教基金和计委产业化项目等计划相继实施。
1992年首次人工合成了拥有我国自主知识产权的CryIA 杀虫基因。
1993年由合作单位通过农杆菌介导法和外源作者简介:秦玉金(1974-),男,江苏省仪征市人,农艺师,从事农作物病虫测报与防治工作。
收稿日期:2004-02-17基因胚珠直接注射法,将人工合成的CryIA杀虫基因导入中棉12、泗棉3号等我国主栽品种中。
分子生物学检测为阳性,生物杀虫试验,抗虫能力可达90%以上,在国内首先获得了我国自己研制的高抗虫的转基因棉花株系,使我国在世界上成为人工合成杀虫基因,并成功导入棉花的第2个国家,达到了国际同类研究的先进水平。
1998年抗虫棉的3个优系GK95-1、GK-1和GK-12分别通过了山西省、安徽省和山东省的品种鉴定,分别定名为晋棉26号、国抗棉1号和国抗棉12号。
1998年中国农科院棉花研究所的2个转基因棉品种(中棉所29和中棉所30)通过国家审定,标志着我国转基因棉研究进入了大面积推广阶段。
棉花抗虫基因工程人工合成了单价Bt杀虫基因和Bt与CpTI双价杀虫基因,并导入我国长江、黄河流域及新疆棉花主栽品种中,双价抗虫棉通过验收,并经农业部批准在国内4个省份进行商业化生产。
应用杂交法、回交法和电生理等方法证明棉铃虫对转Bt基因棉的抗性是单基因控制的不完全隐性遗传,并采用R T-PCR 技术得到控制kdr抗性的pa ra基因的部分DNA片断,获得棉铃虫敏感品系的基因序列。
抗虫棉关键技术/编码杀虫蛋白质融合基因和表达载体及其应用01998年获国家发明专利,2001年获由世界知识产权组织(WI PO)和中国知识产权组织(SIPO)颁发的中国专利金奖。
双价抗虫棉关键技术/两种编码杀虫蛋白质基因和双价融合表达载体及其应用02002年获国家发明专利。
2应用进展山东省棉花研究中心李汝忠等人报道,1994年我国开始大面积种植转Bt基因抗虫棉,中国农科院棉花所推出的R33-1-R33-7系列抗虫棉品系在生产上得到了较大面积种植,山东省种植面积达到333.4hm2;1995年试种面积扩大到10666.7hm2。
河南、河北等省也有较大面积的试种。
1997年农业部批准了转基因抗虫棉在河北、河南、江苏、新疆和辽宁5省(自治区)进行环境释放,在山东、山西、安徽和湖北4省进行商品化生产。
1999~ 2000年,中棉所35在新疆、河南、山东建立0.67万hm2良繁基地,抗虫杂交棉中棉所29示范推广2.67万hm2,中棉所20、中棉所27、中棉所36在河南、河北、山东、新疆示范推广24.67万hm2。
2003年我国国产抗虫棉种植面积已增至133.3万hm2以上,占我国棉田的比例超过25%,累安徽农业科学,2004,32(2):363-364,382 Journal of Anhui Agricultural Sciences计效益已超过50亿元。
目前我国国产抗虫棉产业化体系已初具规模,其中总部设在深圳的创世纪转基因技术有限公司发挥了重要作用。
我国抗虫棉主要专家郭三堆担任了这家公司的总经理,参股单位有科技部中国生物工程开发中心、中国农科院生物技术研究所、深圳东方明珠股份有限公司等,并先后在新疆、河南、山东等省区建立了5个区域抗虫棉种业公司,还组建了中棉种业原种公司、杂交棉公司、早熟棉公司等4个专业公司。
创世纪公司以知识产权为纽带、以市场为导向,成功地在长江流域、黄河流域、新疆3大产棉区建立了国产抗虫棉的推广网络。
3存在问题3.1外源Bt基因在棉株中存在的时空性外源Bt基因在转基因棉株中的表达不够稳定,而呈明显的时空动态性。
即同一组织器官Bt蛋白的表达随着棉株生长、发育、成熟、衰老逐渐呈现动态下降;不同组织器官的抗性存在一定差异,同一时期营养器官的抗虫性高于生殖器官。
由于抗虫棉基因的表达不具时空性,即能在所有的新细胞中合成这种晶体蛋白,但随着棉株的生长和老化,新生细胞减少,抗虫性减弱。
这就是目前转Bt基因抗虫棉对第2代棉铃虫抗性强,对第3、4代棉铃虫抗性渐弱的原因。
因而种植转Bt基因抗虫棉中早期一般不用防治棉铃虫,而后期则应注意及时防治,以免造成危害。
3.2转基因抗虫棉的产量有待提高目前我国培育出的转基因抗虫棉的产量与常规优良品种相比较显得偏低。
在现有报道中,有些声称转基因抗虫棉比某个优良推广品种增产,其实是由于评比方法造成的。
转基因抗虫棉的最显著特点是抗虫,因而在评比试验中应充分发挥转基因抗虫棉的抗虫特性。
象美国、澳大利亚评比抗虫棉产量一样,在常规棉花品种正常治虫,转基因抗虫棉不治虫或少治虫的情况下比较抗虫棉品种的产量;而我国目前的抗虫棉评比试验,大多都是在少治虫或不治虫的情况下进行的,这样转基因抗虫棉的产量潜力得到有效发挥,而常规棉花品种由于受棉铃虫等害虫的危害而减产,从而也就表现出常规棉产量不如转基因抗虫棉。
3.3转基因抗虫棉的抗虫范围有待拓宽据统计,为害棉花的害虫大约有几十种,仅主要害虫就有棉铃虫、红铃虫、棉蚜、棉叶螨等多种。
郭荣等报道,由于转基因棉株形态、生理生化与常规棉的差异,棉田昆虫群落的变化,以及化学防治策略的改变,直接影响了靶标害虫)))棉铃虫以外的其他害虫的消长规律。
一些害虫为害加重,一些过去防治棉铃虫时兼治的次要害虫,逐步上升为主要防治对象;一些过去很少发生的害虫,发生频率增加并造成危害。
目前,转基因棉田发生为害严重的害虫主要有棉蚜、红蜘蛛、甜菜夜蛾、棉盲蝽、蓟马和美洲斑潜蝇等。
只有扩大转基因抗虫棉的抗虫范围,才能真正达到有效地预防棉花害虫的目的。
3.4害虫对转基因抗虫棉的抗性问题郭荣等报道,转基因棉连年种植后,棉铃虫发生加重。
转基因棉种植较早的河北棉区,种植规模大,集中连片,在总体发生程度轻于1998年的情况下,1999年2、3代棉铃虫残虫量均高于1998年。
山东棉区大面积种植转基因棉始于1997年, 1999年棉铃虫总体发生水平较轻,3代棉铃虫局部地区残虫量高于1998年。
一方面转基因棉抗性毒蛋白经过多代种植后退化,对棉铃虫的抗性减弱;另一方面,棉铃虫对Bt毒素的抗性上升。
相关的研究结果认为,在持续高选择压下,棉铃虫对Bt毒素的抗性上升较快,室内测定,连续种植转基因棉,棉铃虫的抗性呈明显的上升趋势;再者,转基因棉在对靶标害虫棉铃虫产生作用的同时,间接地改变了田间棉铃虫(或其他鳞翅目昆虫)天敌种群结构和数量,从而削弱了天敌自然控制棉铃虫的效力。
4对策4.1在棉花育种过程中加强既高产优质,又具有多种复合抗虫、抗病性的棉花新品种的培育单一基因培育出的转基因抗虫棉虽然具有许多优点,但也存在着许多不足,如抗虫范围相对较窄,抗虫性还不是特别强,且害虫易产生抗性等,而双价或多价抗虫棉可有效地解决这些问题。
将常规育种与转基因育种相结合培育以外源抗虫基因为主兼顾棉花形态和生化抗性的转基因抗虫棉,将转基因抗虫棉与常规的形态和生化抗虫棉杂交,或者直接将外源抗虫基因导入到常规抗虫棉品种(系)中去,达到现代高新技术与常规育种技术的完美结合,选育出既高产优质,又具有多种复合抗虫、抗病性的棉花新品种。
4.2在生产应用中要正确加以宣传和引导目前的转基因棉对棉铃虫具有抗性,对刺吸性害虫没有抗性,抗虫棉不是无虫棉,种植了转基因棉并不能解决棉花病虫害所有的问题,即使对靶标害虫棉铃虫,后期还应做好3、4代棉铃虫的监测,达到防治指标时,及时采取措施进行防治,控制为害,压低种群数量。
对常发和呈上升趋势的非靶标害虫种类,要积极研究种群动态变化和防治技术,提出综合治理对策。
科学指导种植,延长转基因棉的寿命,在推广种植转Bt基因棉时,不能只顾眼前利益和短期效益,应加强对种植转基因棉的管理,指导农民科学种植,延缓棉铃虫对Bt抗性种群的产生和发展,延长转基因棉的应用寿命。
在转基因抗虫棉种植区设立棉铃虫天然庇护所(即采用/抗虫棉+大豆或花生+玉米0的种植模式),可以延缓棉铃虫对抗虫棉产生抗性的发展。
提倡综合防治,合理使用化学农药,从棉田生态系统总体出发,采取综合防治措施,提倡使用生物和物理措施,保护利用天敌,发挥自然控制作用。
5参考文献1冰川.我国优质抗虫棉和生态安全性研究取得重大新突破[J/O L].江西农业科技网,http://kejiao.j /ShowDetailZ D.Asp?ID= 687.2002-09-02.(下转第382页)影响着他们对国家政策的认识、理解、掌握和运用,同时也使他们难以摆脱小农意识而增强对市场的应变能力,从而制约着农业劳动生产率的提高,影响着农民增收。