转基因棉花的应用研究

转基因棉花的应用研究

1.引言

自1990年美国合成苏云金芽胞杆菌基因（BT基因）并导入棉花获得世界上第一株抗虫转基因棉花以来，世界各国纷纷展开对转基因农作物的研究，发达国家把发展转基因技术作为抢占未来科技制高点和增强农业国际竞争力的战略重点，发展中国家也积极跟进。研究的主要方向分别是抗虫、耐除草剂、抗病、纤维改良、抗旱和耐盐碱[1]。

上个世纪90年代，在中国大部分种植棉花的地区持续性发生棉铃虫害，给棉花生产带来了巨大的威胁，大大增加了棉花种植成本，给种植棉花的农户造成了一定的经济损失。“八五”期间，中国人工合成的Cry1Ab和Cry1Ac杀虫基因导入棉花中获得成功，成为了世界上继美国之后第二个拥有自主研制抗虫棉的国家[2]。培育更加具备优良性状的转基因棉花品种，应用于棉花生产，解决棉花

病虫害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，成为了当代转基因技术研究工作者的目标。

2.转基因棉花的技术来源与应用实践

2.1 转基因技术介绍

随着生物基因技术的出现，在技术工具理性的驱动下，人类获得了打破物种间固有边界并根据人类自身的意愿重新改造生物的能力。转基因技术的原理是将人工分离或修饰过的优质基因，导入到生物体基因组中，从而达到改造生物的目的。其理论基础来源于进化论衍生来的分子生物学[3]。基因片段的来源可以是

提取特定生物体基因组中所需要的目的基因，也可以是人工合成指定序列的DNA 片段。

转基因技术的应用可以使重组生物增加人们所期望的新性状，培育出新品种。转基因作物的大规模商业化种植始于1996年，主要的转基因作物有棉花、大豆、玉米和油菜[4]。转基因技术的遗传转化方法按是否需要通过组织培养分成两大类，一类需要通过组织培养再生植株，常用的方法有农杆菌介导转化法、基因枪法；另一类方法不需要通过组织培养，比较成熟的主要有花粉管通道法[5]。

2.2转基因棉花介绍

棉花，属于锦葵科棉属，是世界上最主要的经济作物之一。全世界植棉国家和地区有96个，其中产量较高的国家有中国、美国、印度等[6]。中国是世界产棉大国，年植棉面积470万公顷，棉花产量占世界总产量的1/4[7]。病虫害对棉花的种植有很大的影响，制约了棉花的发展。与此同时，化学农药的大量使用导致了一些棉花害虫抗药性的产生，严重威胁了棉花的生产，并且使环境污染日益恶化。

随着转基因技术的发展，利用植物基因工程和遗传育种技术手段培育的转基因抗虫、耐除草剂棉花，为棉花害虫和草害的控制提供了新的手段。转基因棉花受到了棉农的喜爱，得到了进一步的推广。转基因棉花，就是将人们预想的可以得到表达的基因（比如抗病虫害的苏云金芽胞杆菌基因）通过遗传转化方法进行

培育。这些基因片段被导入到棉花的基因序列中，与其本身的基因组进行重组，重组后的棉花再经过数代人工选育，获得具有稳定表现特定的遗传性状的棉花个体。人类可以自由选择在某个种植区需要表达的性状的基因导入棉花中，获得需要的棉花品种。

2.3转基因棉花的应用现状

自1996年转基因棉花开始商业化种植以来，世界年种植面积逐年上升。2010年，全球转基因棉花的种植面积达到2100万公顷，其中转基因抗虫棉花（BT棉花）的种植面积是1610万公顷，转基因耐除草剂棉花（HT棉花）的种植面积是140万公顷，含有复合性状的转基因棉花（含BT杀虫基因和耐除草剂基因）种

植面积是350万公顷[6]。

中国于1997年开始商业化种植转基因抗虫棉花（BT棉花）。中国自主研发

的转基因抗虫棉花（BT棉花）GK系列（改造的融合基因Cry1Ab和Cry1Ac）首

先在安徽、山东、山西、湖北4个省种植[6]。1999年，中国开始商业化种植双

价抗虫棉（Cry1Ac＋胰蛋白抑制基因CPTI）[8]。到2010年，转基因抗虫棉在中国的种植面积达到345万公顷，占棉花总种植面积的69%。

截止到2015年，转基因作物在发达国家的种植面积为8260万公顷，占比46%；转基因作物在发展中国家的种植面积为9710万公顷，占比54%。2015年，中国转基因作物的种植面积为370多万公顷，其中最主要的转基因作物是转基因棉花，占370万公顷[9]。转基因棉花高产高抗性得到了越来越多棉农的青睐，

转基因棉花得到了广泛的应用，转基因棉花制品进入我们生活的各个角落。

3.转基因棉花面临的安全问题

近年来，转基因作物的安全问题在全世界范围内引起了广泛关注。目前对转基因作物的安全性评价主要集中在两个方面，一方面是环境安全性，另一方面是食品安全性[10]。而对于转基因棉花而言，最主要的安全问题就是环境安全性。

环境安全性可以分为4个问题[11][12]：

(1)影响生物的多样性；

(2)基因漂流影响其他物种，转基花的基因向附近野生近缘种的自发转移，

导致附近野生近缘种发生内在的基因变化，形成新的物种，以致整个生态环境发生结构性的变化[13]；

(3)转基因棉花本身可能演变为农田杂草。在获得特定抗性基因后，会增强

转基因棉花的生存竞争性。若释放到自然环境中可能会迅速地成为新的优势种群，进而演变成农田杂草；

(4)可能对非目标生物造成危害，杀死了环境中有益的昆虫和真菌。

目前，转基因作物的安全性评价技术与政策保障体系已经建立，今后还应加大为转基因棉花安全生产保驾护航作用的力度，使中国转基因棉花研究与应用水平走在世界前列。

4.结语

截止到2016年7月，全世界人口达到了72亿6291万。预计到2050年，世界人口总数将上升到92.02亿[14]。对于人类来说，到本世纪中叶供养百亿人口

是必须面对的一大挑战。而中国农业生产面临人口不断增长和资源短缺的双重挑战。研究证明，转基因作物在增加作物生产力、减少农业污染、改善生态环境发

展等方面具有巨大潜力。大力发展转基因农作物将是保障中国农业持续发展的重要措施。但是，转基因作物存在的问题也不容忽视，尤其是公众对转基因作物的安全问题的担忧也为转基因作物的应用与推广蒙上一层阴影。转基因作物发展是应该的，未来生物技术的发展要更好地兼用传统作物技术和现代生物技术（适当的转基因），以一种平衡、安全、可持续的方法取得作物生产率在全球15亿公顷耕地上的可持续增长。

参考文献

[1]刘传亮,田瑞平,孔德培,李凤莲,商海红,陈秀军. 棉花规模化转基因技术体系构建及其应用[J]. 中国农业科学,2014,21:4183-4197.

[2]互动百科《转基因棉花》

[3]百度百科《转基因技术》

[4]叶敬忠,李华. 关于转基因技术的综述与思考[J]. 农业技术经济,2014,01:11-21.

[5]王顺利,王轲,韩晓峰,晏月明. 小麦遗传转化方法研究进展[J]. 首都师范大学学报(自然科学版),2008,06:52-58.

[6]刘晨曦,吴孔明. 转基因棉花的研发现状与发展策略[J]. 植物保护,2011,06:11-17+26.

[7]徐勇,刘金波,徐福海,林晓金,陈高华,周成亮. 我国转基因抗虫棉的应用与推广[J]. 种子世界,2006,08:4-5.

[8]李付广. 双价转基因抗虫棉的获得及其抗虫性与生理生化特征[D].中国农业科学院,2003.

[9]中国产业信息网《2016年全球转基因种植现状》

[10]范可. 全球化与转基因问题的政治想象[J]. 江苏行政学院学报,2014,04:61-68.

[11]郭三堆,王远,孙国清,金石桥,周焘,孟志刚,张锐. 中国转基因棉花研发应用二十年[J]. 中国农业科学,2015,17:3372-3387.

[12]王俊杰,郭伟翔,杨涛,王兴智. 转基因作物对环境影响的讨论[J]. 分子植物育

种,2003,04:443-456.

[13]樊龙江,周雪平,胡秉民,石春海,吴建国. 转基因植物的基因漂流风险[J]. 应用生态学

报,2001,04:630-632.

[14]世界人口网《2050年世界各国人口排名预测》