崔金杰：解轉(zhuǎn)基因棉花之惑

本刊記者 宋 潔

如果達(dá)爾文活在當(dāng)下，他一定會為昆蟲世界在適者生存理論上所表現(xiàn)出的驗證感到高興和驚訝，一種害蟲被抑制，新的昆蟲種群迅速取而代之。

上世紀(jì)90年代，轉(zhuǎn)基因棉花作為中國第一種商業(yè)化種植的農(nóng)作物，化解了棉鈴蟲危機(jī)，但盤桓不去的是其他種類害蟲的侵襲。

20多年過去了，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉為人類做了很大的貢獻(xiàn)，但是現(xiàn)在很多專家、學(xué)者對轉(zhuǎn)基因作物的安全性還有很多的爭論。從1994年開始，中國農(nóng)科院棉花研究所研究員崔金杰帶領(lǐng)團(tuán)隊，與棉花害蟲開展了一場長期戰(zhàn)役。

不讓棉鈴蟲災(zāi)變重蹈

所有的棉農(nóng)都不會忘記，1992年我國棉鈴蟲災(zāi)大暴發(fā)的場景?！澳且荒贽r(nóng)藥突然不管用了，棉鈴蟲泡在農(nóng)藥里都不死，只能用手抓。當(dāng)時的朱镕基總理甚至都在電視里示范下田抓蟲，但蟲子太多了，根本抓不過來。棉花幾乎絕收?！狈乐蚊掴徬x成為各級政府的中心任務(wù)，全民一心抗擊蟲害。這種夜蛾科昆蟲差點搞垮了我國棉花產(chǎn)業(yè)。許多棉農(nóng)不愿意種棉花了，我國棉花的種植面積從原來的1億畝銳減到了6000萬畝，轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉的研究應(yīng)運而生。

作為防治棉鈴蟲的新手段，我國1997年開始種植Bt棉花?！皬目茖W(xué)意義上看，種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花和80年代初開始使用菊酯類農(nóng)藥防治棉鈴蟲一樣，一個新技術(shù)的介入將影響害蟲種群演化的過程。我經(jīng)歷過當(dāng)年的歷史階段，所以從1997年Bt棉花種植開始研究棉鈴蟲和轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花的關(guān)系，希望通過科學(xué)研究發(fā)展風(fēng)險管理技術(shù)，避免重演棉鈴蟲災(zāi)變的歷史?！贝藿鸾芨嬖V記者。

Bt的專業(yè)名稱叫“蘇云金桿菌”，1992年底我國研制成功具有自主知識產(chǎn)權(quán)的GFM Cry1A融合Bt殺蟲基因，并將其導(dǎo)入棉花，創(chuàng)造出轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉。目前種植的轉(zhuǎn)基因棉花均為轉(zhuǎn)Cry1Ac/b基因棉花。

“常規(guī)的雜交育種是利用父本和母本發(fā)揮雜交優(yōu)勢，比如說產(chǎn)量上的優(yōu)勢，抗蟲、抗病的優(yōu)勢，而轉(zhuǎn)基因方法是應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)來進(jìn)行，是用基因工程手段在分子水平的操作。這種基因一旦轉(zhuǎn)到棉花里面，基因就成為棉花的組成部分?！贝藿鸾芟蛴浾呓忉專拔覀兯f的轉(zhuǎn)基因不是自然狀態(tài)下的隨機(jī)進(jìn)化，而是人類根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求而進(jìn)行的有目的的進(jìn)化。比如說棉花，我們要提高其對棉鈴蟲的抗蟲性，就選擇對棉鈴蟲等鱗翅目夜蛾科害蟲具有殺蟲作用的Bt基因。該基因只對棉鈴蟲、紅鈴蟲、小造橋蟲等害蟲具有殺蟲作用，對其他害蟲和自然天敵則無明顯的抗性。”

1990年，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)系農(nóng)業(yè)昆蟲專業(yè)大學(xué)畢業(yè)的崔金杰留在了棉花研究所，2003年獲得中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院農(nóng)業(yè)昆蟲與害蟲防治專業(yè)博士學(xué)位，從4個方面開啟了對抗棉花害蟲的研究之路。

在棉花害蟲生物生態(tài)調(diào)控技術(shù)上，崔金杰團(tuán)隊?wèi)?yīng)用景觀生態(tài)學(xué)的原理和方法，研究利用誘集作物、抗病蟲品種、肥水調(diào)控、作物布局等害蟲生態(tài)控制技術(shù)；研究自然天敵保護(hù)、增殖、利用技術(shù)及天敵規(guī)?；曫B(yǎng)和田間釋放等生物防治技術(shù)；結(jié)合高效低毒農(nóng)藥使用技術(shù)，組建鹽堿旱地棉區(qū)和不同種植模式下棉田害蟲綜合防控技術(shù)體系。組建鹽堿旱地棉區(qū)和不同種植模式下棉田害蟲綜合防控技術(shù)體系，為棉花生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展提供技術(shù)支撐。

為挖掘利用棉花優(yōu)異抗蟲基因奠定基礎(chǔ)，崔金杰團(tuán)隊在棉花抗蟲防御體系分子調(diào)控機(jī)理方面，利用抗感蟲棉花材料，通過高通量測序技術(shù)建立害蟲脅迫誘導(dǎo)棉花的數(shù)字化基因表達(dá)譜，篩選并克隆棉花抗蟲性關(guān)鍵基因。分析害蟲脅迫棉花可能啟動的關(guān)鍵信號途徑以及蟲害誘導(dǎo)后控制萜類物質(zhì)合成的相關(guān)基因；利用擬南芥轉(zhuǎn)化技術(shù)初步驗證候選基因的功能。

針對棉花害蟲致害分子的機(jī)理，他的團(tuán)隊研究棉鈴蟲、棉盲蝽、棉蚜等棉花重大害蟲對棉花的致害分子機(jī)制，篩選分離致害基因，開發(fā)棉花害蟲分子治理新技術(shù)；明確棉花害蟲致害機(jī)理，提出棉花害蟲分子治理技術(shù)。

在轉(zhuǎn)基因棉花安全評價中，他的團(tuán)隊主要研究新型抗蟲、抗除草劑、抗旱耐逆、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)等轉(zhuǎn)基因棉花生存競爭能力、目標(biāo)性狀、生物多樣性影響、基因漂移等安全評價技術(shù)，建立系統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因棉花環(huán)境安全評價技術(shù)體系；研制新型轉(zhuǎn)基因棉花環(huán)境安全評價技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及轉(zhuǎn)基因成分檢測標(biāo)準(zhǔn)。

（3）客觀性和必然性。在企業(yè)中，即便是利用預(yù)防措施，只能夠減少企業(yè)在財務(wù)方面的風(fēng)險，并且降低風(fēng)險產(chǎn)生的頻率，但是并不能從根本上消除風(fēng)險的產(chǎn)生。

揭開轉(zhuǎn)基因棉花的真相

轉(zhuǎn)Bt基因棉花是轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物中的一種，抗蟲棉之所以抗蟲，是因為外源Bt基因整合到棉花后，可以在棉株體內(nèi)合成一種叫δ-內(nèi)毒素的伴孢晶體，該晶體是一種蛋白質(zhì)晶體，被鱗翅目等敏感昆蟲的幼蟲吞食后，在其腸道堿性條件和酶的作用下，伴孢晶體能水解成毒性肽，這些多肽與蟲腸上皮細(xì)胞一些特異受體蛋白結(jié)合，破壞細(xì)胞膜，最后導(dǎo)致害蟲死亡。2013年全球轉(zhuǎn)基因作物的種植面積超過1.75億公頃，種植轉(zhuǎn)基因作物的國家達(dá)到27個。我國轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的種植達(dá)到420萬公頃。

但是由于人類對大規(guī)模種植Bt植物對生態(tài)環(huán)境可能產(chǎn)生的潛在影響尚缺乏足夠的經(jīng)驗和認(rèn)識，Bt棉花的環(huán)境安全性問題受到高度重視并帶來廣泛的爭議。為了找尋其中的科學(xué)依據(jù)。作為國家棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系抗性監(jiān)控崗位的科學(xué)家，崔金杰領(lǐng)銜主持了“國家轉(zhuǎn)基因植物新品種培育”項目課題“轉(zhuǎn)基因棉花環(huán)境安全評價技術(shù)”。

他帶領(lǐng)科研團(tuán)隊于2001年開始系統(tǒng)研究了轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉花的環(huán)境安全性及其評價技術(shù)，明確了主要害蟲及其天敵的演化規(guī)律，特別是明確得出了抗蟲棉對捕食性天敵種群動態(tài)無明顯的影響，但對寄生性天敵種群動態(tài)影響較大的結(jié)論；建立了一整套抗蟲棉田土壤中殺蟲蛋白的檢測方法。研究了外源基因表達(dá)產(chǎn)物在土壤中的分解、遷移、結(jié)構(gòu)變化，明確了抗蟲棉殺蟲蛋白在土壤中的降解規(guī)律和對土壤微生物種群數(shù)量的影響；研究了抗蟲棉殺蟲蛋白的表達(dá)與降解動態(tài)，明確了轉(zhuǎn)基因抗蟲棉不同生長期和不同組織器官對棉鈴蟲的抗性；同時監(jiān)測了不同生態(tài)區(qū)棉鈴蟲對抗蟲棉的抗性動態(tài)，結(jié)果表明，華北棉區(qū)的棉鈴蟲田間種群還未出現(xiàn)明顯的抗性上升，抗性基因頻率還處于正常水平；明確了轉(zhuǎn)基因棉花副產(chǎn)品棉籽殼對食用菌生長發(fā)育的影響；建立了與國際接軌的轉(zhuǎn)基因棉花安全性評價技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對提高我國轉(zhuǎn)基因棉花環(huán)境監(jiān)測的能力和環(huán)境安全管理能力起到了積極的作用；研究制定了棉鈴蟲對轉(zhuǎn)基因棉花的抗性風(fēng)險和抗性治理對策，為轉(zhuǎn)基因棉花的科學(xué)利用提供了依據(jù)。

在層層深入的研究中，他們發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因Bt棉種植會帶來另外一個問題。其在有效地控制棉鈴蟲危害的同時，棉葉螨、煙粉虱、棉盲蝽、斜紋夜蛾、甜菜夜蛾等棉田害蟲的危害日益嚴(yán)重，成為棉田新的靶標(biāo)害蟲。2000年以來，上述害蟲連續(xù)在我國黃河流域的山東、河南、河北、山西和長江流域的江蘇、湖北、湖南、安徽等主產(chǎn)棉區(qū)猖獗為害，受害面積高達(dá)80%以上，棉花產(chǎn)量降低30%～40%。同時棉田用藥次數(shù)和用藥量明顯增加，不僅增加了植棉成本，也嚴(yán)重污染了環(huán)境，增加了害蟲的抗藥性風(fēng)險。

直擊新問題，2008年，崔金杰又領(lǐng)銜科研團(tuán)隊開展了Bt棉田新靶標(biāo)害蟲綜合防治技術(shù)的相關(guān)研究，明確了棉田新靶標(biāo)害蟲大發(fā)生的機(jī)制；提出了棉田新靶標(biāo)害蟲預(yù)測預(yù)報技術(shù)；研制出棉田新靶標(biāo)害蟲綜合防治技術(shù)，并提出了棉鈴蟲及新靶標(biāo)害蟲抗性延緩和治理技術(shù)措施，這些研究成果極大地推動了我國棉花害蟲綜合防治技術(shù)的發(fā)展，為我國棉花生產(chǎn)安全奠定了基礎(chǔ)。

和轉(zhuǎn)基因物種打了20多年交道，崔金杰對轉(zhuǎn)基因技術(shù)表示出樂觀的態(tài)度?！坝捎谏锛夹g(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)基因確實對新物種的突破做出了很大的貢獻(xiàn)。一個新物種的出現(xiàn)，如果走自然進(jìn)化路線，需要很長時間，而如果我們直接用一種基因，無論是動物、微生物基因，我們將這些基因直接轉(zhuǎn)到某個物種的內(nèi)部，讓這個基因成為它的一部分，進(jìn)化的速率將大大加快。”

“頂天”“立地”，協(xié)同作戰(zhàn)

在科研道路上，“單槍匹馬”是不可能取得大的成功的。近年來，團(tuán)隊共引進(jìn)生態(tài)學(xué)和農(nóng)業(yè)昆蟲與害蟲防治專業(yè)博士2人，培養(yǎng)生態(tài)學(xué)專業(yè)博士1人，培養(yǎng)農(nóng)業(yè)昆蟲與害蟲防治專業(yè)博士2人，培養(yǎng)昆蟲分子生物學(xué)專業(yè)碩士10人，生物安全專業(yè)碩士5人，已畢業(yè)5人。團(tuán)隊中1人獲得安陽市十大杰出青年，1人獲得安陽市新長征突擊手，1人獲得安陽市優(yōu)秀共產(chǎn)黨員，1人成為安陽市市管專家。目前，這支團(tuán)隊已“兵強(qiáng)馬壯”。

崔金杰作為該團(tuán)隊的首席科學(xué)家，帶領(lǐng)這支中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院首批科技創(chuàng)新工程研究團(tuán)隊，開展棉花害蟲綜合防治技術(shù)、昆蟲生態(tài)學(xué)、昆蟲分子生物學(xué)、棉鈴蟲抗性監(jiān)測治理等研究工作。

近年來，根據(jù)植保學(xué)科發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀，崔金杰積極調(diào)整科研方向，從單純的宏觀生態(tài)學(xué)研究轉(zhuǎn)向宏觀與微觀相結(jié)合的研究模式，“頂天”與“立地”研究齊頭并進(jìn)，但是始終不變的是，棉花蟲害研究課題組科技創(chuàng)新的工作特色。

作為團(tuán)隊負(fù)責(zé)人，崔金杰始終把握棉花蟲害防控的研究前沿科學(xué)問題、發(fā)展動態(tài)和發(fā)展方向，在學(xué)科建設(shè)中發(fā)揮著組織者和帶頭人的作用，面向棉花重大戰(zhàn)略需求和國際科技前沿，積極爭取和承擔(dān)國家重大科技計劃項目；提出了相關(guān)領(lǐng)域基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性、前瞻性的科學(xué)問題和研究布局，帶領(lǐng)科研團(tuán)隊在本學(xué)科領(lǐng)域開展了具有國內(nèi)一流水平的科學(xué)創(chuàng)新工作，組織團(tuán)隊的國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流活動。

作為團(tuán)隊的負(fù)責(zé)人，崔金杰沒有忘記服務(wù)農(nóng)業(yè)的責(zé)任，自2004年開始籌建“農(nóng)業(yè)部轉(zhuǎn)基因植物環(huán)境安全監(jiān)督檢驗測試中心（安陽）”，并于2007年通過國家認(rèn)監(jiān)委和農(nóng)業(yè)部的評審，成為我國第一個通過雙認(rèn)證的部級轉(zhuǎn)基因植物環(huán)境安全監(jiān)測中心，該中心具備了對棉花、水稻、玉米、大豆、油菜等17類產(chǎn)品92個參數(shù)范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)基因植物環(huán)境安全和轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品成分的檢測能力。中心每年對100余個抗蟲棉新品種進(jìn)行環(huán)境安全檢測，對玉米、小麥、棉花等參加區(qū)試的作物品種進(jìn)行轉(zhuǎn)基因成分檢測，為我國抗蟲棉產(chǎn)業(yè)化和轉(zhuǎn)基因作物的安全管理作出了巨大貢獻(xiàn)。

作為團(tuán)隊的領(lǐng)頭人，優(yōu)秀的團(tuán)隊為他在科研道路上的攀登提供了牢固的基石，而他也收獲了屬于自己的榮譽。他先后獲得河南省科技進(jìn)步獎二等獎2項、中國農(nóng)科院科技進(jìn)步獎一等獎1項、河北省科技進(jìn)步獎1項。發(fā)表論文200余篇，其中SCI論文20余篇；主編《轉(zhuǎn)基因抗蟲棉豐產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)》《棉花病蟲草害防治技術(shù)》《中國農(nóng)業(yè)病蟲草害原色圖解》《轉(zhuǎn)雙價基因抗蟲棉花》等著作10部；獲得國家發(fā)明專利5項；制定國家標(biāo)準(zhǔn)6項，農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項。

在原有工作基礎(chǔ)上，目前，團(tuán)隊主要針對棉田重大害蟲災(zāi)變機(jī)理和棉花與害蟲互作機(jī)制進(jìn)行研究，同時進(jìn)行抗蟲棉抗性風(fēng)險評估和新型農(nóng)藥高效利用與評估，組建基于景觀生態(tài)學(xué)的害蟲綜合防控技術(shù)體系。

不久前，英國《自然》雜志網(wǎng)站曾刊登，對一種轉(zhuǎn)基因棉花長期種植的環(huán)境影響調(diào)查顯示，棉花田中的益蟲增多，周圍其他農(nóng)田也會受益，整個農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)良性發(fā)展?！稗D(zhuǎn)基因抗蟲棉為人類做了很大的貢獻(xiàn)，從目前看是沒有什么不安全的問題，但是評價轉(zhuǎn)基因的安全性必須經(jīng)過長期的檢測和監(jiān)測?！边@條路漫長卻意義非凡，崔金杰和他的團(tuán)隊正在這條道路上跋涉前行。