概述
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。
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。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。
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。
在中國的發展
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,同時還將根據目前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。
目前,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。
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,如最近道的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,目前已獲國家專利。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。
正面觀點
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。
(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。
反面觀點
變種蟲、草
目前轉基因作物存在後遺症,現在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,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。
中國轉基因棉花失敗案例中國是世界上最大的棉花生產國,於1996年開始引進轉基因棉花種植,目前已有10多年的種植歷史,2007年中國種植轉基因棉花面積達380萬公頃,占中國棉花種植面積的69%。但是目前,中國的轉基因棉花種植過程中問題不斷湧現,特別是2009年江蘇省的棉花種植受病蟲害影響損失嚴重,部分地區甚至減產絕收。
影響棉花生產
另據中國農業部發布的訊息,2009年中國棉花的生產出現下滑,面積和產量減幅均超過10%。由此可見,轉基因棉花可能是造成此類問題的原因之一。另外,轉基因棉花的問題已經暴露,長期的安全性值得擔憂,也將影響中國的棉花生產。
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。
致盲蝽大爆發
據英國《自然》雜誌5月13日報導,中國農業科學院植保所在《科學》發表報告稱,中國大面積種植轉基因棉花造成盲蝽大爆發。
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。