S20135422刘晓倩我国转基因抗虫棉的发展..doc

我国转基因抗虫棉的发展 作物 刘晓倩 摘要：棉花是我国最重要的经济作物之一，抗虫棉的研制成功与大规模产业化在保障我国植棉业的稳步发展、促进棉纺工业的快速增长、保护环境、增加农民收入和促进农业可持续发展方面作出了重要贡献。我国转基因抗虫棉研究起步于20世纪90年代，1992年人工合成了GFM crg lAcryBt基因，1995年研制成功了CrylA+CPTI双价抗虫基因，并相继育出了单价、双价和杂交抗虫棉新品种。作者回顾了转基因抗虫棉的研究历程，介绍了抗虫棉的抗虫特性研究，安全性研究及抗虫棉的产业化进程，继而提出我国现阶段抗虫棉发展遇到的问题，并对抗虫棉的深化研究、未来发展方向作出展望。 关键词：转基因抗虫棉；安全性研究；发展 全球人口快速增长使可耕土地愈来愈少，化学农药过度滥用引起生态系统严重破坏，无机化肥不适当地大量使用带来土壤肥力退化，不可降解塑料的白色污染已成为全球一大公害，自然环境破坏引起的气候变暖在进一步加剧，水土流失、土地沙漠化、盐碱化在进一步扩大，人类面临的粮食安全、消除贫困、环境治理和农业可持续发展等问题将更加突出，依靠传统常规的农业技术已不可能有效地解决以上问题。发展农业生物技术，已成为现代农业生产及至人类生存的战略途径。国际上许多发达国家制定发展计划，投入巨资、人力和物力，开展转基因植物的研究与产业化。 我国既是棉花生产大国，也是棉花消费大国；棉花既是纺织业的重要原料，也是重要战略物资，栽培面积最高曾达700多万hm2。20世纪90年代以来，我国内地主产棉区棉铃虫连年大暴发，造成重大经济损失，仅以1992年为例，北方棉区减产皮棉80万t，直接经济损失超过50亿元，间接损失超过100亿元。棉农谈虫色变，挫伤了农民的植棉积极性，中国植棉面积大幅度下降，全国棉花播种面积由1992年的683万hm2减少到1993年的498万hm2，减少了27%[1]。此外，1992年仅棉田使用化学杀虫剂15万t以上，中毒人数超过数万人。棉铃虫的肆虐不但让当时我国棉花生产遭受巨大损失，而且由于过量使用化学农药造成了严重的环境污染以及人、畜中毒死亡事故。 棉铃虫问题引起了国家的高度重视。中央及各主产棉省多次专门开会研究防治棉铃虫问题，国内外对抗虫棉育种非常重视，主要发达国家投巨资和科研力量开展转基因研究。美国在1980年首先培育成转Bt基因抗虫棉，并且迅速应用于生产，1997年美国转基因抗虫棉新棉33B进入中国河北市场，仅三年时间推广面积就占河北省植棉总面积的80%以上。中国于20世纪90年代开展了利用基因工程技术培育抗虫棉研究，经过科技人员的不断研究取得了突破性进展，很快育成了中国自主知识产权的一些优良品系和品种，如晋棉26号、GK12、GK21、GK19、SGK321等，并在生产上得到应用[2]。转基因抗虫棉可以减少80左右的农药使用量，大幅度地降低了棉铃虫对棉花的危害程度，提高了棉花产量。国家“863”计划遵循解决国家重大需求的立项宗旨，1991年提出通过基因工程的方法解决棉铃虫问题。“八五”期间，基因单价抗虫棉产生，标志着我国成为继美国之后，世界上独立自主研制成功抗虫棉的第二个国家。 1 转基因抗虫棉的内涵 抗虫棉主要有三种类型，分别为形态抗虫棉、生化抗虫棉和转基因抗虫棉。转基因抗虫棉是指通过现代生物技术或通过现代生物技术与常规育种相结合，将外源抗虫基因导入棉花植株而培育出的具有抗虫性状的棉花品种。目前导入棉花并育成品种的抗虫基因主要有Bt基因(苏云金芽孢杆菌)和CPTI基因(豇豆胰蛋白酶抑制基因)。根据导入抗虫基因数量的不同，可分为单价转基因抗虫棉和双价转基因抗虫棉；根据育种途径不同，可分为常规抗虫棉和杂交抗虫棉(或称抗虫杂交棉)。我国种植的棉花主要是转基因抗虫棉花。 2 我国转基因抗虫棉的研究历程 2.1 我国单价转基因抗虫棉的研究 Bt杀虫晶体蛋白Cry1A可毒杀包括棉铃虫在内的鳞翅目害虫，因此根据Cry1A杀虫蛋白质的氨基酸序列，进行杀虫基因的设计。由于Cry1Ab具有较好的细胞裂解能力，而Cry1Ac与昆虫细胞膜的结合性较好，设计时毒性结构域和细胞结合结构域分别与Cry1Ab和Cry1Ac最大程度地保持了一致。为了使基因在植物中高效表达，完全采用植物偏爱密码子，并去除了所有多聚腺苷酸信号序列及其相似序列。共人工合成82个寡核苷酸片段，9个大片段，总计3674个碱基(表1)，于1992年底研制成功GFM Cry1A杀虫基因，全长1827个碱基对，编码608个氨基酸。因为该基因编码的氨基酸序列来自Bt杀虫晶体蛋白(crys2tal protein)Cry1A基因，而后经郭三堆领导的抗虫棉研究组设计并全修饰(full modifiation)后人工合成融合(fusion)基因，所以将