转基因抗除草剂作物与除草剂开发及使用

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农药 第 41 卷 第 7 期 (2002)
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减少 耕 作 耗 油 31 百 万 升 ( Devine M. D & J . L . 成本 。抗性作物的种植不仅显著改变除草剂品种的 But h ,2001) 。所有这些均与抗除草剂作物的优越性 销售市场及使用 ,使品种趋向单一化 ,而且也影响新 密不可分 ( Glick H. L . 2001) : 1) ,除草效果好 ,除草 品开发 ,因为开发一个新品种费用高达 80～100 百 时期短 ,花费时间少 ,通常 1 或 2 次处理便解决问 万美元 ,这远远高于开发抗性作物的费用 ,同时随着 题 ;2) 用便宜的除草剂取代昂贵的除草剂 ,1 次处理 一个广谱除草剂品种问世 ,随之而来的是开发公司 代替多次处理 ;3) 避免使用长残留性除草剂 ,解决了 将创制相应的抗性作物 ,以扩大其销售 ,如罗纳勃朗 对后茬作 物 的 安 全 性 ; 4) 解 决 了 对 三 氮 苯 , AL S , 克公 司 开 发 成 功 用 于 玉 米 与 甘 蔗 田 的 异 恶 唑 酮 ACCase 抗性杂草及麦田禾本科杂草的多抗性 ;5) 解 (isoxaflutole) 后 ,随即创制大豆等其它抗性作物 ,这 决一些特殊杂草的防治问题 ,如麦田雀麦 ,寄生性杂 说明 ,一方面新品种开发的难度加大 ,市场空间缩 草以及稻田的赤稻 、野生稻 、匍茎剪股颖 、稻李氏禾 小 ,另一方面品种的竞争也涉及抗性基因转移的竞 等 ;6) 促进少耕与免耕 ,有利于水土保持 ,降低生产 争 。
豆田 AL S 抑制剂从 1993 年使用面积 86 %下降至 1998 年 43 % ;同时 ,二硝基苯胺 、ACCase 抑制剂与 Protox 抑制剂也显著下降 ,这将导致今后数年美国 大豆除草剂销售总量减少 20 %～25 % ( Shaner D. L . ,2000) 。
加拿大由于抗性油菜的推广 ,使除草剂用量减 少 50 % ,油菜平均增产 9 % ,种子等级从 63 %提高 至 85 % ,每公顷收益 50 美元 。1999 与 2000 年农民 少用除草剂 6000 吨 ,占除草剂销售值 40 % ,2000 年
抗性基因通过花粉与种子进行传播释放是人们 关心的一大问题 。影响基因流的因素包括授粉繁殖 与种子传播方式 、遗传稳定性 、适应性与杂种繁殖 力 、开花期的重叠以及群落大小与距离 。在大多数 Baidu Nhomakorabea基因作物中 ,60 %以上是异花授粉或混合授粉 ,其 中 ,昆虫授粉占很大比例 ,如胡萝卜 、棉花 、黄瓜 、甜 瓜 、辣椒 、油菜 、南瓜 、向日葵 、烟草 、西瓜等 ,其中油 菜是一种基因转入相关杂草最普遍的作物 ,花粉传 播距离达 360 米 ,蜜蜂可将花粉传至数公里外 ,转基
花生 番茄
马铃薯
小麦
Roundup Ready Groundnup Roundup Ready Tomato Liberty Link Tomato
Roundup Ready Potato Liberty Link Potato
Roundup Ready wheat Liberty Link Wheat IMI - Wheat
2 ,4 - D 草甘膦 草铵膦 磺酰脲 咪唑啉酮
创制公司 美国氰胺 孟山都 艾格福 巴斯夫 杜邦 孟山都 艾格福 加拿大 Guelph 大学 孟山都 艾格福 美国氰胺 — 孟山都 艾格福 杜邦 罗纳勃朗克 ,Calgene — 孟山都 艾格福 杜邦 美国氰胺
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大 ,已经并将继续对除草剂开发与使用产生显著影 响 ,主要表现在 : (1) 使用的除草剂品种逐步减少 ,除 草剂总用量下降 ; (2) 新品种开发难度加大 ; (3) 品种 开发与生物技术公司及遗传公司的联系日益密切 。
在抗性作物推广中 ,抗草甘膦作物占重要地位 , 因而草甘膦成为大豆 、玉米 、棉花与油菜田主要除草 剂品种 (表 2) 。随着其种植面积迅速扩大 ,美国大
抗除草剂类型及品种 草甘膦 草铵膦 咪唑啉酮 草甘膦 草铵膦 溴苯腈
2 ,4 - D 绿磺隆 绿麦隆 、黄草灵 、噻草啶 异恶草酮
草甘膦 草甘膦 草铵膦 噻草定 、三氟羧草醚 草甘膦 草铵膦 绿麦隆 、敌草隆 、莠去津 草甘膦 草铵膦 咪唑啉酮 毒莠定
草甘膦 溴苯腈 磺酰脲 草铵膦 草铵膦 绿磺隆 草甘膦 草铵膦 草铵膦 草甘膦 草铵膦 溴苯腈
Roundup Ready L upin Roundup Ready Bluegrass Roundup Ready Creeping Bentgrass Roundup Ready Buffalograss Roundup Ready Poplar Liberty Link Poplar
2 转基因抗除草剂作物推广与除草剂开发及使用 随着全球转基因抗除草剂作物种植面积迅速扩
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PES TICID ES Vol141 No17 (2002)
抗性作物 水稻
烟草
抗性品种或商品名 Roundup Ready Rice Liberty Link Rice IMI - Rice ,Clearfield Rice Roundup Ready Tobacco Liberty Link Tobacco BXN - Tobacco
1998 年则跃升至 27. 8 百万公顷 ,2000 年为 44. 2 百 万公顷 。随着种植面积迅速扩大 ,以抗除草剂作物 为主的转基因作物市场销售额不断增加 ,1998 年 12 ～15 亿美元 ,1995 年 16 亿美元 ,1999 年 21～23 亿 美元 ,2000 年 30 亿美元 ,2005 年预计 80 亿美元 , 2010 年将达 250 亿美元 (J ames C. ,2000) 。
2. 4
43
2. 4
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3 转基因抗除草剂作物的风险 在转基因抗除草剂作物迅速发展的同时 ,其所
存在的潜在风险引起人们的极大关注 ,并产生激烈 争论 。 3. 1 转基因作物成为杂草
转基因作物变成杂草因种 、管理水平及收获时 落粒情况而定 。油菜种子在土壤中存活多年 ,自生 严重 。由于落粒形成杂草型 ;在加拿大抗草甘膦 、草 铵膦及咪唑啉酮玉米已成为次年大豆田杂草 ,每米2 达 0. 1 株 ;近年来 ,在美国中北部地区 ,向日葵 、玉米 等抗性作物机械收割落粒已成为后作大豆 、小麦田 严重杂草 。在欧洲 ,人们关心的是自生作物问题 ,例 如马铃薯在英国是个麻烦问题 ,通常用草甘膦防治 , 但如果种植抗草甘膦马铃薯就难以防治了 。 3. 2 抗性基因的释放与污染
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专题与综述 转基因抗除草剂作物与除草剂开发及使用
苏少泉
(东北农业大学 ,哈尔滨 150030)
摘 要 论述了转基因抗除草剂作物的发展现况 、风险及对除草剂开发与使用的影响 。 关键词 转基因抗除草剂作物 基因释放 食品安全
作为现代生物技术重要领域的基因工程使人们 稻等作物 ,创制成功一系列抗性品种并大面积推广
向日葵
亚麻 甘蔗 高粱 豇豆 菠菜 胡萝卜 花椰菜 苜蓿
白车轴草 羽扇豆 草地旱熟禾 匍茎剪股颖 野牛草 杨树
Roundup Ready Sunflower BXN - Sunflower
Liberty Link Sugarcane Liberty Link Sorghum
Roundup Ready Spinach Liberty Link Carrot Liberty Link Cauliflower Roundup Ready Alfalfa Liberty Link Alfalfa
草甘膦 草甘膦 草甘膦 草甘膦 草甘膦 草铵膦
创制公司 孟山都 艾格福 美国氰胺 孟山都 艾格福 罗纳勃朗克 ,Calgene 先令 杜邦 — —
孟山都 孟山都 艾格福 — 孟山都 艾格福 — 孟山都 艾格福 美国氰胺 —
孟山都 罗纳勃朗克 杜邦 艾格福 艾格福 杜邦 孟山都 艾格福 艾格福 孟山都 艾格福 CSIRO Y 孟山都 孟山都 孟山都 孟山都 孟山都 艾格福
表 2 北美洲抗草甘膦作物种植面积 (Shaner D. L . ,2000)
1998
1999
2000
2001
2002
2005
作物
公顷 占种植 公顷 占种植 公顷 占种植 公顷 占种植 公顷 占种植 公顷 占种植 ×106 总面积 ( %) ×106 总面积 ( %) ×106 总面积 ( %) ×106 总面积 ( %) ×106 总面积 ( %) ×106 总面积 ( %)
Roundup Ready Sugarbeet , Hillesh g Liberty Link Sugarbeet CRI - B IMI - Sugarbeet
抗除草剂类型及品种 咪唑啉酮 草甘膦 草铵膦 稀禾定 磺酰脲 草甘膦 草铵膦 莠去津 草甘膦 草铵膦 咪唑啉酮 溴苯腈 草甘膦 草铵膦 磺酰脲 溴苯腈
以及农药科学带来革命性的变革 。
持续扩大 , 1997 年增加近 10 倍 , 达 11 百万公顷 ,
1 转基因抗除草剂作物的推广与市场 80 年代中期 ,转基因抗除草剂技术引入植物保
护领域后 ,由于其具有诸多优点而迅速发展 。1986 ～1994 年全球进行的 1500 项以上遗传工程田间试 验中 ,转基因抗除草剂项目占 40 %以上 ,涉及 15 个 国家及大豆 、玉米 、小麦 、棉花 、油菜 、亚麻 、甜菜 、水
表 1 创制成功的抗除草剂作物
抗性作物 玉米
大豆
双低油菜 棉花
甜菜
抗性品种或商品名 IR , IT Roundup Ready Corn Liberty Link Corn SR Corn ,Poast Protected Corn STS Roundup Ready Soybean Liberty link Sobean Triton Roundup Ready Canola (Quest) Liberty Link Canola ( Innovator) , Clearfield Canola IMI - Canola ,Smart (45A > 1) BXN - Canola GTCot ,Roundup Ready Cotton Liberty Link Cotton (Coker312) 19 - 51a Cotton BXN - Cotton
因植株 1 米为中心范围内种植非转基因植物时 ,产 生 418 %杂交种子 ,距离范围外 1 米产生杂交种子 115 % , 3 米 —0. 4 % , 12 米 —0. 02 % , 47 米 — 0100033 %( Rieger M. A. 等 ,1999) 。
加拿大种植的油菜 86 %是抗除草剂油菜 ,其中 抗草甘膦 52 % ,抗草铵膦 28 % ,抗溴苯腈 < 1 % ,抗 咪唑啉酮 20 % ,种植油菜 1 年后 ,在 4～5 年存在自 生油菜 ,收获后土壤每平方米含 2000 粒种子 ,并已 发现了多抗性 (草甘膦 - 草铵膦 - 咪唑啉酮) 自生油 菜 (Legere A. 等 ,2001) 。
大豆 11. 0
40
13. 8
48
16. 2
57
17. 4
61
18. 2
65
18. 6
66
棉花 1. 6
32
1. 6
32
1. 6
40
2. 4
47
2. 4
49
2. 8
50
玉米 0. 4
1. 5
1. 2
4
2. 4
8
4. 0
12
4. 9
15
6. 5
20
油菜 1. 6
30
1. 6
30
2. 0
35
2. 4
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摆脱了单纯利用自然界生物体固有遗传性状而进入 (表 1) ,其中以孟山都公司的抗草甘膦作物及艾格
自由构建所希望的遗传性状的新时代 ,其中外源基 福公司的抗草铵膦作物最为突出 。
因导入植物中的表达 ,为作物提供了增产 、优质及植
通过数百项田间试验后 ,1996 年全球第一次大
物保护新措施 ,已经并将继续对作物育种 、植物保护 面积种植转基因抗除草剂作物 2. 8 百万公顷 ,其后