轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉以研發(fā)促生產(chǎn)

        棉花是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，是2億棉農(nóng)的重要經(jīng)濟(jì)來(lái)源,還為1900多萬(wàn)紡織及相關(guān)行業(yè)工人提供就業(yè)。棉花也是我國(guó)重要的創(chuàng)匯源，2007年我國(guó)棉紡織品及服裝出口創(chuàng)匯1700多億美元，占全部出口創(chuàng)匯額的14%，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有舉足輕重的地位。因此，抓好棉花生產(chǎn)，尤其是轉(zhuǎn)基因棉花的研發(fā)與生產(chǎn)顯得尤為重要。

        我國(guó)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉研發(fā)歷程

        長(zhǎng)期以來(lái)，棉鈴蟲(chóng)是我國(guó)棉花重大害蟲(chóng)之一，而棉鈴蟲(chóng)的防治主要以化學(xué)防治為主。上世紀(jì)九十年代，由于氣候條件適宜、棉鈴蟲(chóng)抗藥性增強(qiáng)等原因，棉鈴蟲(chóng)連續(xù)暴發(fā)為害，每年給國(guó)家造成幾十億甚至上百億元的經(jīng)濟(jì)損失。因此，棉農(nóng)不得不高頻次、高濃度地施用殺蟲(chóng)劑，每年防治棉鈴蟲(chóng)20余次，不僅增加了棉花的生產(chǎn)成本和棉農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，也破壞了生態(tài)環(huán)境，同時(shí)還嚴(yán)重?fù)p害了棉農(nóng)的身心健康。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1992～1996年棉農(nóng)因防治棉鈴蟲(chóng)而中毒的人數(shù)超過(guò)24萬(wàn)人次。
        早在1938年，蘇云金芽孢桿菌（即Bt）作為一種生物殺蟲(chóng)劑就用于防治地中海粉螟。1981年，科學(xué)家首次成功克隆了第一個(gè)編碼Bt殺蟲(chóng)晶體蛋白基因。1988年美國(guó)孟山都（Monsanto）公司獲得轉(zhuǎn)Bt棉花。我國(guó)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的研究在科技部國(guó)家“863”計(jì)劃、國(guó)家轉(zhuǎn)基因植物研究專項(xiàng)等項(xiàng)目和農(nóng)業(yè)部、發(fā)改委、財(cái)政部等部委的大力支持下取得了顯著進(jìn)展。1991年國(guó)家“863”計(jì)劃啟動(dòng)抗蟲(chóng)棉研制工作后，我國(guó)科學(xué)家于1992年底研制成功具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的GFM Cry1A 融合Bt殺蟲(chóng)基因，并利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法和花粉管通道法將其導(dǎo)入棉花，創(chuàng)造出單價(jià)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉，這使我國(guó)成為繼美國(guó)之后第二個(gè)能夠獨(dú)立研制抗蟲(chóng)棉的國(guó)家。1995年，利用GFM Cry1A Bt殺蟲(chóng)基因和豇豆胰蛋白酶抑制劑(CpTI)基因，構(gòu)建了雙價(jià)抗蟲(chóng)(Bt+CpTI)基因。1996年研制成功雙價(jià)抗蟲(chóng)棉，標(biāo)志著我國(guó)第二代抗蟲(chóng)棉的研究達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。2002年由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所建成“棉花規(guī)?；D(zhuǎn)基因技術(shù)體系平臺(tái)”，將農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)化方法大大改進(jìn)，培養(yǎng)周期由原來(lái)的12個(gè)月縮短到6個(gè)月，轉(zhuǎn)基因試管苗移栽成活率提高到90%以上；可以同時(shí)利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法、花粉管通道法和基因槍轟擊法3種方法進(jìn)行外源基因的遺傳轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了流水線操作，年產(chǎn)轉(zhuǎn)基因植株8000株以上，真正做到了棉花轉(zhuǎn)基因規(guī)?；凸S化。該項(xiàng)研究成果于2003年獲河南省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，2005年獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
        當(dāng)前，我國(guó)轉(zhuǎn)基因棉花的研究正從單一抗棉鈴蟲(chóng)向抗棉蚜蟲(chóng)、抗病、抗除草劑、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、抗逆、復(fù)合多抗等方向發(fā)展，轉(zhuǎn)基因棉花將在我國(guó)棉花生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。

        積極搭建轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉研發(fā)平臺(tái)

        2002年，“國(guó)家轉(zhuǎn)基因棉花中試與產(chǎn)業(yè)化基地”項(xiàng)目在河南安陽(yáng)中國(guó)農(nóng)科院棉花所啟動(dòng)，2005年，基地初步建成并通過(guò)項(xiàng)目驗(yàn)收。該項(xiàng)目的建設(shè)目標(biāo)是要以優(yōu)勢(shì)育種單位和轉(zhuǎn)基因優(yōu)勢(shì)單位中國(guó)農(nóng)科院棉花研究所為主體，圍繞轉(zhuǎn)基因棉花育種平臺(tái)建設(shè)、棉花轉(zhuǎn)基因和分子標(biāo)記等技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)等任務(wù)，系統(tǒng)整合轉(zhuǎn)基因棉花上、中、下游科技力量，重點(diǎn)開(kāi)展棉花基因轉(zhuǎn)化的技術(shù)創(chuàng)新研究與高效表達(dá)系統(tǒng)建立以及相關(guān)技術(shù)平臺(tái)的建設(shè)。
        一是建立了棉花工廠化轉(zhuǎn)基因技術(shù)體系，構(gòu)建了我國(guó)棉花轉(zhuǎn)基因平臺(tái)。具體表現(xiàn)為：建成轉(zhuǎn)基因棉花試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)大樓及配套設(shè)施10000m2；外源基因遺傳轉(zhuǎn)化率平均達(dá)到7.5%，其中農(nóng)桿菌介導(dǎo)法平均轉(zhuǎn)化率為4.1%，最高達(dá)到15.1%，花粉管通道法轉(zhuǎn)化率0.5%～2%之間，基因槍轟擊法轉(zhuǎn)化棉花莖尖轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定在4.7%～9.4%之間，平均7.1%左右；利用我國(guó)自育棉花新品種——中棉所24代替?zhèn)鹘y(tǒng)的美國(guó)品種珂字棉201、珂字棉312，并將其發(fā)展成為模式棉花品種，其轉(zhuǎn)化率高達(dá)15.1%；農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)化周期由原來(lái)12個(gè)月縮短到5～7個(gè)月；以雙價(jià)抗蟲(chóng)基因、反式抗棉蚜基因、棉纖維品質(zhì)改良基因、抗黃萎病基因等為目的基因，以我國(guó)主要生產(chǎn)品種為棉花受體材料，進(jìn)行外源基因的遺傳轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn)轉(zhuǎn)基因植株8000株以上水平，首次在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了棉花工廠化轉(zhuǎn)基因。
        二是建立轉(zhuǎn)基因棉花生物育種體系，構(gòu)建了轉(zhuǎn)基因棉花育種平臺(tái)。根據(jù)各棉區(qū)的實(shí)際需要和轉(zhuǎn)基因棉花品種的生長(zhǎng)特點(diǎn)，有針對(duì)性地開(kāi)展高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、早熟、抗蟲(chóng)、抗病、耐鹽堿等品種的培育與其育種技術(shù)的研究，已建立起較完善的棉花育種技術(shù)體系，并育成系列轉(zhuǎn)基因棉花品種。至2005年，已選育各種類型的特異轉(zhuǎn)基因棉花新品系112個(gè)；參加國(guó)家和省級(jí)棉花新品種區(qū)域試驗(yàn)、生產(chǎn)試驗(yàn)的棉花區(qū)試品種15個(gè)；通過(guò)國(guó)家或省級(jí)棉花品種審定委員會(huì)審定的新品種(組合)7個(gè)。
        三是構(gòu)建了相對(duì)穩(wěn)定的國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)基因棉花產(chǎn)業(yè)化體系框架。以項(xiàng)目依托單位——中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所的科技成果為主要依托，在黃淮流域棉區(qū)、長(zhǎng)江流域棉區(qū)、新疆棉區(qū)及海南建立了5個(gè)生態(tài)育種試驗(yàn)站和南繁基地；以中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所科技貿(mào)易公司為主體，建立了轉(zhuǎn)基因棉花新品種示范點(diǎn)150個(gè)，逐步形成了國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)基因棉花示范推廣網(wǎng)絡(luò)。
        四是建立了轉(zhuǎn)基因棉花環(huán)境安全檢測(cè)與監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室。對(duì)轉(zhuǎn)基因棉花的安全性進(jìn)行跟蹤評(píng)價(jià)，為轉(zhuǎn)基因棉花環(huán)境釋放提供科學(xué)依據(jù)。
        五是建立了轉(zhuǎn)基因棉花交流與培訓(xùn)中心。為國(guó)內(nèi)外的橫向聯(lián)合與縱向合作，提供良好的條件支撐與后勤保障。
        基地通過(guò)轉(zhuǎn)基因棉花品種的研制和輻射全國(guó)主要棉區(qū)的產(chǎn)業(yè)化營(yíng)銷網(wǎng)絡(luò)與技術(shù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)，一方面加快我國(guó)高技術(shù)成果的推廣與轉(zhuǎn)化；另一方面借助經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，培育出具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的棉花高科技企業(yè)，并加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)儲(chǔ)備和能力建設(shè)。最終將提升我國(guó)棉花產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，為我國(guó)棉花持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展、促進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、增加農(nóng)民收入提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

        轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉在生產(chǎn)上的應(yīng)用

        我國(guó)采用生化輔助育種技術(shù)和棉花簡(jiǎn)化制種技術(shù)等自主創(chuàng)新技術(shù)，育成一系列轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉新品種，成為繼美國(guó)之后第二個(gè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)抗蟲(chóng)棉的國(guó)家。特別是轉(zhuǎn)雙價(jià)基因抗蟲(chóng)棉中棉所41、45、47、48、50等新品種的成功培育，使國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的市場(chǎng)占有率迅速上升。
        轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉生產(chǎn)管理技術(shù)方面，在相關(guān)項(xiàng)目的支持下，研究明確了相應(yīng)的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉對(duì)肥水的需求規(guī)律，提出了以轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉“壯根-壯苗-早發(fā)-省工-節(jié)本-增產(chǎn)-增效”為核心的“棉花無(wú)土育苗無(wú)載體裸苗移栽”技術(shù)和平衡施肥技術(shù)；研究明確了抗蟲(chóng)棉田主要害蟲(chóng)地位演替規(guī)律和主要害蟲(chóng)的防治指標(biāo)，提出了病蟲(chóng)害生物生態(tài)控制技術(shù)和化學(xué)防治技術(shù)，篩選出新型選擇性農(nóng)藥和種衣劑，建立了不同耕作制度條件下的標(biāo)準(zhǔn)化主要病蟲(chóng)害可持續(xù)控制技術(shù)體系，提出了轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉田主要病蟲(chóng)綜合防治技術(shù)規(guī)程。轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉配套栽培和植保技術(shù)的研究，為我國(guó)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的大面積推廣種植起到了重要作用。
        此外，依托科技部“國(guó)家轉(zhuǎn)基因棉花中試與產(chǎn)業(yè)化基地”項(xiàng)目，以中棉所科技貿(mào)易公司為主體，按照建設(shè)育、繁、推一體化轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉產(chǎn)業(yè)化工程的目標(biāo)，規(guī)劃建設(shè)了技術(shù)創(chuàng)新、中間試驗(yàn)、良種繁育、生產(chǎn)加工、質(zhì)量監(jiān)控和營(yíng)銷推廣六大產(chǎn)業(yè)體系；建立了國(guó)家轉(zhuǎn)基因棉花檢測(cè)與監(jiān)測(cè)中心，對(duì)轉(zhuǎn)基因棉花的安全性進(jìn)行跟蹤評(píng)價(jià)；建立了轉(zhuǎn)基因棉花新品種示范點(diǎn)150多個(gè)，有力地推進(jìn)了國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
        在多方力量的共同努力下，2004年，國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的種植面積達(dá)3000多萬(wàn)畝，占市場(chǎng)份額的62%；2005年國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的市場(chǎng)份額達(dá)到70%左右。2008年我國(guó)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉面積已達(dá)5700萬(wàn)畝，占全國(guó)棉田面積的70%，其中國(guó)產(chǎn)抗蟲(chóng)棉已占93%以上。目前我國(guó)已培育100余個(gè)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉系列新品種：包括中棉所29、37、38、39、41、43、44、45、46、47、48、50、51、52、70號(hào)，魯棉研15、16、18、19、20、25、28、魯1138，晉棉26、31、33、34、38，GK12、GK19、GK22，川雜12、13，湘雜棉6號(hào)、8號(hào)，華雜302，科棉1號(hào)、2號(hào)，南抗3號(hào)，sGK321和新研96-48等。其中，雙價(jià)抗蟲(chóng)棉中棉所41、45的培育成功標(biāo)志著我國(guó)第二代國(guó)產(chǎn)抗蟲(chóng)棉達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。
        截止2007年，我國(guó)國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉累計(jì)推廣面積2億多畝，直接為棉農(nóng)帶來(lái)收益390億元。種植轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉后，每年化學(xué)農(nóng)藥的使用量減少1～1.5萬(wàn)噸，相當(dāng)于我國(guó)化學(xué)殺蟲(chóng)劑年生產(chǎn)總量的7.5%左右；棉田生態(tài)環(huán)境得到明顯改善，棉農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度顯著下降，棉農(nóng)中毒事件降低了70%～80%。                                        責(zé)編/吳 浪