我國與山西省轉(zhuǎn)基因棉花發(fā)展?fàn)顩r與趨勢

李燕娥，吳 霞，張林水，上官小霞

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，山西運城044000）

1 轉(zhuǎn)基因棉花的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 我國轉(zhuǎn)基因棉花發(fā)展?fàn)顩r

為了提高棉花的產(chǎn)量、品質(zhì)及抗逆性，我國1991年“863”立項“轉(zhuǎn)基因棉花的研制”。1992年具有自主知識產(chǎn)權(quán)的Bt殺蟲基因問世，1998年山西省農(nóng)科院棉花研究所與中國農(nóng)科院生物中心合作的第1個轉(zhuǎn)基因抗蟲棉晉棉26號（GK95-1）品種的審定，使我國成為世界上第2個擁有自主知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的國家[1]。2006年我國轉(zhuǎn)基因抗蟲棉種植面積達352萬hm2。2008年，我國710萬農(nóng)民種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉380萬hm2[2]，占棉花總面積的69%。到2009年，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉累計推廣面積達0.21億hm2，產(chǎn)值超過440億元。至今，我國種植的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉面積占全球面積的2/3[3]。

1.2 山西省轉(zhuǎn)基因棉花發(fā)展?fàn)顩r

山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所是國內(nèi)最早開展棉花生物工程技術(shù)研究的省級研究所，從“八五”起承擔(dān)國家“863”計劃、國家轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ椉吧轿魇】萍脊リP(guān)等項目，與中國科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、浙江大學(xué)、中國科技大學(xué)等長期合作，開展轉(zhuǎn)基因棉花的研制。研究和建立了棉花農(nóng)桿菌介導(dǎo)高效轉(zhuǎn)化體系[4]，先后獲得國內(nèi)第1個轉(zhuǎn)基因抗除草劑棉花[5]和轉(zhuǎn)基因抗蟲棉[1]，其轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種晉棉26號，在山西、河南、河北、陜西等植棉區(qū)已經(jīng)累計推廣133.3萬余hm2。之后又相繼審定了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的晉棉系列轉(zhuǎn)基因棉花新品種晉棉31號、晉棉38號、晉棉44號、晉棉50號、科能0518、運棉3539等，它們性狀穩(wěn)定，具有優(yōu)質(zhì)、抗逆、抗病蟲等優(yōu)良農(nóng)藝性狀。這些轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種已成為山西棉區(qū)近年來的主導(dǎo)品種，其中晉棉44號、晉棉50號已在河南、山東、河北省通過審定。

2 我國棉花基因工程及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展存在的主要問題

2.1 生產(chǎn)上應(yīng)用的優(yōu)良基因較少，轉(zhuǎn)基因作物安全評價周期較長

長期以來，國內(nèi)對改良棉花品質(zhì)和抗性相關(guān)的基因研究較多。目前，僅有轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉（抗棉鈴蟲）得到大面積的推廣種植，而與抗逆、纖維改良等性狀有關(guān)的轉(zhuǎn)基因棉花的研究和種植推廣相對較為緩慢，未能大面積應(yīng)用。究其原因，可能主要存在2個：一是與抗逆、纖維改良等性狀相關(guān)的基因自身功能存在局限性，在轉(zhuǎn)入棉花植株時未能達到預(yù)期的改良效果；二是一些優(yōu)良的轉(zhuǎn)基因株系，由于申報轉(zhuǎn)基因作物安全評價時周期較長，使得轉(zhuǎn)基因棉株無法進行有效的種植，從而影響其在生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用。

2.2 抗蟲棉的抗棉鈴蟲性能存在下降風(fēng)險，新的棉花病害出現(xiàn)

目前，我國大面積應(yīng)用的是轉(zhuǎn)單價Bt基因的（常規(guī)、雜交）第1代抗蟲棉，隨著應(yīng)用時間的延長，抗棉鈴蟲性能已出現(xiàn)下降局面[6]。另外，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉對棉鈴蟲和紅鈴蟲有較好的抗性，而對其他蟲害無明顯抗性，導(dǎo)致在不施藥的情況下，棉田的蚜蟲、薊馬、盲椿象、地老虎等害蟲數(shù)量反而增加。病害對棉花生產(chǎn)影響也非常嚴(yán)重，如黃萎病等。而新生病害出現(xiàn)后防治措施較少，如山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所近年發(fā)現(xiàn)的棉花萎蔫綜合癥[7]、國欣種業(yè)研究的棉花早枯癥狀等均對棉花生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重影響[8]，目前正在積極探討其發(fā)病機理并研究理想的防治手段，防止該病的進一步蔓延。

2.3 轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的種子市場體系混亂

目前，國產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉產(chǎn)量性狀已優(yōu)于國外轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，但普遍存在品種間同質(zhì)性較高、抗逆性差別較大、品種壽命短等問題。而且市場品種多、亂、雜；種子質(zhì)量參差不齊[9]；一個品牌的種子性狀類型很多；一個新品種一旦審定，冒牌種子隨即就會出現(xiàn)，使棉農(nóng)受害、科研單位受損，進而導(dǎo)致整個棉花種子市場混亂。

2.4 棉花配套栽培技術(shù)體系相對落后

近年來，隨著農(nóng)村從事田間勞作的勞動力減少、棉花市場的持續(xù)低迷以及棉花相應(yīng)栽培技術(shù)更新較慢，造成目前轉(zhuǎn)基因抗蟲棉種植技術(shù)的推廣應(yīng)用停滯不前。其具體表現(xiàn)在：田間粗放管理，不同棉花品種之間的栽培模式不予區(qū)別，不能夠嚴(yán)格按要求控制不同棉花品種對種植密度的需求；不及時或不實施化學(xué)調(diào)控，造成棉花營養(yǎng)生長與生殖生長比例失調(diào)、有效結(jié)鈴率下降，沒有合理施肥，重氮磷肥、少鉀肥、缺微肥，造成營養(yǎng)失調(diào)；忽略棉鈴蟲之外的蟲害（如盲椿象、蚜蟲、白粉虱等）防治，使得這些害蟲已成為棉田主要害蟲。因此，造成轉(zhuǎn)基因抗蟲棉產(chǎn)量徘徊不前和經(jīng)濟效益不高。

3 轉(zhuǎn)基因棉花面臨的機遇及其發(fā)展趨勢

目前，世界上作物基因工程領(lǐng)域主要研究方向為復(fù)合性狀，這是未來的發(fā)展趨勢，它符合農(nóng)戶和消費者的多樣化需求。美國2009年種植的復(fù)合性狀作物占到轉(zhuǎn)基因作物的41%。孟山都公司計劃于2015年將耐旱轉(zhuǎn)基因棉花推向市場，其第2代轉(zhuǎn)雙Bt基因抗蟲棉目前已在美國大面積種植。2010年，美國向市場推出SmartStaxTM玉米，這種轉(zhuǎn)基因玉米攜帶8種不同的新型編碼基因，可抗地上害蟲和地下害蟲，并對除草劑有一定的耐性[2]。未來的復(fù)合性狀將包括抗蟲、耐除草劑和耐干旱等。與國外相比，目前我國進入市場的轉(zhuǎn)基因棉花主要是轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，其他類型的轉(zhuǎn)基因棉花還處于研究階段。為此，我國“十一五”啟動轉(zhuǎn)基因重大專項，各個研究機構(gòu)正在研究構(gòu)建攜帶復(fù)合性狀的多重抗逆基因的轉(zhuǎn)化載體，預(yù)計在近年內(nèi)將會推出兼有抗蟲、抗病、耐鹽堿、纖維改良等不同復(fù)合性狀的轉(zhuǎn)基因棉花品種用于商業(yè)種植。預(yù)計新型轉(zhuǎn)基因棉花投入市場，棉花的抗逆性和產(chǎn)量將會上一個新的臺階。

在轉(zhuǎn)基因作物中，轉(zhuǎn)基因棉花發(fā)展速度較快，較為成功，預(yù)計2015年我國棉花面積將穩(wěn)定在566.7 萬 hm2，單產(chǎn) 1 350 kg/hm2，總產(chǎn) 800 萬 t，國內(nèi)棉花自給率在60%左右，轉(zhuǎn)基因棉花將占植棉面積的90%以上。黃河流域棉區(qū)及新疆棉區(qū)333.3萬hm2棉田，每年轉(zhuǎn)基因棉花種子總需約3億kg。隨著轉(zhuǎn)基因棉花品種的更新?lián)Q代，急需新審定具有產(chǎn)量水平高、抗蟲性穩(wěn)定、抗病性好且有很好市場競爭力的棉花品種。

山西省棉花種植面積雖然小，但棉花基礎(chǔ)研究、育種、生產(chǎn)水平均位居全國前列。山西省農(nóng)科院棉花研究所培育的晉棉系列新品種具有適應(yīng)性廣、高產(chǎn)、品質(zhì)好等特點，有很強的市場競爭力[10-11]。隨著抗蟲棉品種的更新?lián)Q代，晉棉系列轉(zhuǎn)基因棉花新品種市場前景十分廣闊。目前，山西省農(nóng)科院棉花研究所與國內(nèi)多家單位合作，正在研究、轉(zhuǎn)化、培育具有復(fù)合性狀的新類型轉(zhuǎn)基因棉花種質(zhì)資源和品種，可望實現(xiàn)對棉花主要害蟲的廣譜高抗及簡化種植的育種目標(biāo)[12-13]。

4 轉(zhuǎn)基因棉花的發(fā)展思路與發(fā)展目標(biāo)

在現(xiàn)有的轉(zhuǎn)基因棉花培育基礎(chǔ)上，實行多單位、多人員協(xié)同合作，進一步構(gòu)建、轉(zhuǎn)化、培育具有自主知識產(chǎn)權(quán)的復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因棉花新種質(zhì)資源和新品種；在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立晉棉系列轉(zhuǎn)基因棉花的育種試驗站和穩(wěn)定的生產(chǎn)基地；進一步建立完善的晉棉系列棉花新品種的配套生產(chǎn)技術(shù)體系、質(zhì)量監(jiān)控體系以及種子生產(chǎn)的安全評價體系；在全國繼續(xù)擴大推廣種植面積。

4.1 加強自主創(chuàng)新

堅持以自主創(chuàng)新為主，引進消化、轉(zhuǎn)化推廣為輔的路子，把常規(guī)育種與分子育種相結(jié)合，以精準(zhǔn)育種作為目標(biāo)定位，選育在復(fù)合性狀多方面有突破性進展的強勢品種。一是培育含有多抗基因的抗蟲棉品種，提高棉花的抗棉鈴蟲效率和抗蟲周期；二是挖掘利用不同的抗蟲基因，擴大抗蟲范圍，除抗棉鈴蟲外，對地老虎、棉蚜、盲椿象等害蟲中的一種或多種有抗性；三是研制抗蟲性、抗病性、豐產(chǎn)性、耐鹽堿、纖維改良等復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因棉花，培育多抗、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的棉花新種質(zhì)資源及品種；四是進一步優(yōu)化棉花農(nóng)桿菌介導(dǎo)法，并創(chuàng)建新的快速棉花轉(zhuǎn)化方法，提高轉(zhuǎn)化效率，縮短轉(zhuǎn)化周期。

4.2 規(guī)范種植管理

根據(jù)不同的生態(tài)氣候條件、棉鈴蟲的發(fā)生規(guī)律以及不同轉(zhuǎn)基因棉花品種的特征特性，因地制宜地配置合理的栽培技術(shù)，建立規(guī)范的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉原原種、原種、良種繁育體系，加強品種的提純復(fù)壯。

4.3 產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營

進一步強化棉花完整產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)，支持高等院校、科研院所同農(nóng)民專業(yè)合作社、龍頭企業(yè)、棉農(nóng)開展多種形式的合作，建立上下聯(lián)合、育繁推一體化、產(chǎn)供銷一條龍的大型企業(yè)集團，使產(chǎn)業(yè)鏈條覆蓋從育種到市場終端的整個過程，改變棉花生產(chǎn)分散、收儲混亂、加工落后的局面，實現(xiàn)棉花生產(chǎn)技術(shù)集成化、勞動機械化、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化、加工現(xiàn)代化，實現(xiàn)棉花生產(chǎn)區(qū)域化布局、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營。

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