轉(zhuǎn)基因棉的應(yīng)用現(xiàn)狀及風險評價綜述

楊曉懷+阮兆英+李永紅等

摘 要：生物技術(shù)研究，特別是轉(zhuǎn)基因技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，已迅速擴展到生命科學的各個領(lǐng)域。轉(zhuǎn)基因棉花具有抗蟲、優(yōu)質(zhì)等顯著特點，在生產(chǎn)、加工方面得到了廣泛的應(yīng)用，但也存在諸如基因逃逸、對土壤微生物及其他非靶標生物影響等一系列潛在風險。面對近年來突飛猛進的轉(zhuǎn)基因技術(shù)，需要采取風險控制措施，采取完善轉(zhuǎn)基因安全法律法規(guī)體系、建立轉(zhuǎn)基因生物風險評估及預(yù)警體系等措施予以應(yīng)對。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)基因棉花；應(yīng)用現(xiàn)狀；風險控制

中圖分類號 S562 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）15-22-03

Application Status and Risk Assessment of Transgenic Cotton

Yang Xiaohuai et al.

（Shenzhen Agricultural Science and Technology Promotion Center，Shenzhen 518000，China）

Abstract：Transgenic breeding technology has become the focus of international competition in science and technology and economic competition. Transgenic soybean as one of the world's main transgenic crops，which has distinct characteristics，has been widely used in the production and processing，but it also has potential risk as gene escape and effects on soil microorganisms and other non-target. In the face of the rapid development of transgenic technology in recent years，we need to take the risk control measures，including improvement of transgenic crop safety laws and regulations and establishment of risk assessment and early warning system of transgenic organisms.

Key words：Transgenic cotton；Application status；Risk control

根據(jù)國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)局（ISAAA）報告，2014年轉(zhuǎn)基因作物在全球的種植面積達1.815億hm2，自1996年開始商業(yè)化種植以來，全球轉(zhuǎn)基因作物已經(jīng)連續(xù)第19年保持顯著增長的勢頭。1996-2012年間，全球近30個國家的近億農(nóng)民選擇種植轉(zhuǎn)基因作物，累計種植面積超過15億hm2。目前轉(zhuǎn)基因技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保、能源、農(nóng)業(yè)等各個領(lǐng)域。

1 轉(zhuǎn)基因棉研究進展

1983年，世界上第一例轉(zhuǎn)基因作物是含抗生素抗性基因的轉(zhuǎn)基因煙草。隨著基因工程技術(shù)取得突飛猛進的發(fā)展，以分子育種、轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)為核心的生物育種產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國際科技競爭乃至經(jīng)濟競爭的重點。全球的轉(zhuǎn)基因植物種類已達到35科120種以上[1]，范圍涵蓋糧食作物、蔬菜、水果、林木等，外源基因的表達性狀涉及抗除草劑、抗蟲、抗病、抗逆、品質(zhì)改良及發(fā)育調(diào)控產(chǎn)等多個方面。在作物特性方面，主要以抗除草劑、抗蟲兩大類轉(zhuǎn)基因作物為主導。目前，全球種植商業(yè)化面積最大的4種轉(zhuǎn)基因作物分別為棉花、大豆、玉米、油菜，并且在全球的種植面積比例呈每年增長趨勢。

以轉(zhuǎn)基因棉為例，病蟲害和纖維品質(zhì)低下是長期困擾我國棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩大頑疾。20世紀90年代，我國科學家研制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第一代轉(zhuǎn)基因棉花——轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉，成功抵御了棉鈴蟲危害，使國產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉市場占有率從最初的5%擴大到95%以上[2]。2012年，我國第二代以改善纖維品質(zhì)、提高作物產(chǎn)量、增強抗逆性等為主要目標的轉(zhuǎn)基因棉技術(shù)研究總體躍居世界領(lǐng)先水平，并擁有國際發(fā)明專利等自主知識產(chǎn)權(quán)，為擺脫高端棉花長期依賴進口的局面打下了堅實基礎(chǔ)。這是我國繼轉(zhuǎn)基因抗蟲棉之后，在這一高科技領(lǐng)域取得的又一項標志性重大科技成果。

近年來，我國在轉(zhuǎn)基因棉花優(yōu)質(zhì)纖維品種培育及材料創(chuàng)制方面獲得重大突破。如：“中棉所70”，利用海島棉優(yōu)質(zhì)漸滲系與轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品系雜交和分子聚合技術(shù)培育，該棉花材料纖維長度為32.5mm[3]，達到了優(yōu)質(zhì)棉標準。再如：優(yōu)質(zhì)大鈴轉(zhuǎn)RRM基因棉花種質(zhì)新材料，單鈴重可達7.5g，顯著高于一般棉花品種，其結(jié)鈴性比一般棉花品種提高20%以上[4]。在高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)品種培育方面具有非常大的應(yīng)用潛力，有利于全面提升我國整個棉花產(chǎn)業(yè)鏈的國際競爭力。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀

我國是世界上最大的棉花生產(chǎn)國，據(jù)國家棉花市場監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)查，2014年全國棉花實播面積為421.6萬hm2，約占我國農(nóng)作物種植面積的3%。棉花生產(chǎn)是我國農(nóng)民的重要經(jīng)濟來源之一，從事棉紡及相關(guān)行業(yè)的人員達1 000萬人，紡織品每年出口創(chuàng)匯500多億美元，占全國出口創(chuàng)匯總額的1/5。目前，擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉已占領(lǐng)了國內(nèi)90%以上棉花種子市場，在帶來巨大經(jīng)濟價值的同時也保障了我國棉花生產(chǎn)的安全，徹底打破了美國抗蟲棉早期壟斷我國市場的局面。轉(zhuǎn)基因棉花作為全球最主要的轉(zhuǎn)基因作物之一，也是我國商業(yè)化種植面積最大的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物，被廣泛運用于日用紡織品等多種領(lǐng)域。近幾年，農(nóng)業(yè)部批準發(fā)放了孟山都遠東有限公司申請的抗除草劑棉花MON88913、抗除草劑棉花1445、抗蟲棉花531等可進口用作加工原料的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全證書，主要應(yīng)用在抗病蟲害、品質(zhì)改良等多種方向。

2.1 抗病蟲害 棉鈴蟲是危害棉花生產(chǎn)的重要因素之一，而采取化學殺蟲劑則存在一系列負面影響，如：引起土壤、水等農(nóng)藥殘留，造成環(huán)境污染；長期使用殺蟲劑也會逐步使得害蟲產(chǎn)生抗藥性，反過來迫使用藥量及用藥品質(zhì)增加，形成惡性循環(huán)?？瓜x棉花能避免化學殺蟲劑的負面影響，即將外源抗蟲基因?qū)朊藁ǐ@取高度專一性的抗蟲效果。目前轉(zhuǎn)基因作物中，使用的抗蟲基因主要有：從微生物蘇云金芽孢桿菌中分理出殺蟲晶體蛋白基因（簡稱Bt基因）、蛋白酶抑制劑基因（PI）、植物凝集素基因等，其中，以Bt基因作為外源基因的應(yīng)用最為廣泛。Bt殺蟲晶體蛋白由cry基因和cyt基因編碼，目前主要有Cry1Ab、Cry1A（C）、Cry11A和Cry1AV等幾種轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，能有效降低蟲害，減少農(nóng)藥使用量。

2.2 品質(zhì)改良

2.2.1 改良棉花纖維的強度 因動物毛發(fā)所含有的角蛋白具有比植物纖維更強的堅韌度，通過利用角蛋白基因改良，將新西蘭大白兔血細胞總DNA中擴增出兔角蛋白基因編碼區(qū)序列[5]，并將該基因克隆到棉纖維特異表達啟動子后，獲取強化好、韌性優(yōu)的棉花纖維。

2.2.2 改良棉花纖維的色澤 天然棉花纖維色澤單調(diào)，日常加工紡織中需要利用染色、漂洗等化學處理，不僅增加了生產(chǎn)成本，而且容易帶來甲醛等有害物質(zhì)，造成土壤、水源等環(huán)境污染，對人體健康造成潛在威脅。利用色素合成酶基因改良，通過使用絡(luò)氨酸酶基因pz啟動子后導入棉花，可產(chǎn)生深褐色或黑色棉花纖維；通過使用色氨酸酶或加氧酶，則可產(chǎn)生靛藍色素[6]，這些基因工程可以制作出色澤多樣的“生態(tài)服裝”，滿足環(huán)保需求。

2.2.3 改良棉花纖維的保溫性 化學纖維具有質(zhì)地輕、耐用和保溫等優(yōu)點，在棉花纖維品質(zhì)改良中，可利用鏈烷基改良棉花纖維[7]，在植物體內(nèi)合成如聚-β-羥基丁酸這類的脂肪族熱塑性聚酯，提高了棉花纖維的吸熱性和傳熱性，可廣泛運用于冬季服裝起到保暖的功能。

3 風險評價

蟲害是危害棉花生產(chǎn)的主要因素之一，嚴重影響著棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)，為此，以Bt基因編碼不同殺蟲譜的Bt蛋白已廣泛應(yīng)用于培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。當前，大多數(shù)轉(zhuǎn)基因棉為轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，已取得了抗殺棉鈴蟲等主要蟲害的效果，但同時也存在可能引發(fā)非預(yù)期效應(yīng)的生態(tài)風險。

3.1 Bt殺蟲蛋白的時空表達及其對害蟲的控制效果 轉(zhuǎn)基因棉花中廣泛使用CaMV的35S啟動子，其Bt蛋白的表達量在棉花的發(fā)育過程中呈現(xiàn)明顯的動態(tài)時空變化，表達水平呈下降趨勢，殺蟲功效也逐步下降。目前，普遍存在抗蟲棉對第3～4代的棉鈴蟲控制效果不好的現(xiàn)象。

3.2 Bt棉花對非靶標生物體的影響 目前主要種植的轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉能夠有效控制棉鈴蟲，但是除此之外，對其他斜紋夜蛾等鱗翅目害蟲[8]，如棉粉虱、紅蜘蛛等刺吸式口器昆蟲[9]等非靶標害蟲無明顯不利影響，導致棉田次要害蟲上升為主要害蟲。

3.3 轉(zhuǎn)基因逃逸風險 轉(zhuǎn)基因逃逸是指轉(zhuǎn)基因生物的外源基因通過與親緣種的雜交或種子的逸生等形式進入到自然界中的過程[10]。主要有以下2種轉(zhuǎn)移方式，一種是種子傳播，即轉(zhuǎn)基因作物的種子通過傳播在另一個品種或其野生近緣種的種群內(nèi)建立能自我繁育的個體[11]，這種基因逃逸的距離較近；另一種是花粉流[12]，即轉(zhuǎn)基因作物通過花粉傳播與其他非轉(zhuǎn)基因作物品種或其野生近緣種進行雜交和回交，建立可育的雜交和回交后代[13]。目前研究基因逃逸的安全距離控制與棉花種植面積高度相關(guān)，50m或者100m緩沖帶[14]對轉(zhuǎn)基因花粉傳布的控制可能不夠。

4 風險管理控制

轉(zhuǎn)基因棉在抗蟲害、改良品質(zhì)等方面表現(xiàn)出優(yōu)良性狀，同時減少了農(nóng)藥等化學制劑的使用，具備一定的經(jīng)濟和社會效益，但也存在一定的潛在風險，如何調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)基因技術(shù)收益與風險的平衡，合理利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，需通過推動轉(zhuǎn)基因生物安全立法、開展轉(zhuǎn)基因生物風險研究、加強風險預(yù)警機管理等措施來發(fā)揮轉(zhuǎn)基因技術(shù)的正面積極作用。

4.1 加強轉(zhuǎn)基因棉花害蟲綜合評估體系建設(shè) 建立轉(zhuǎn)基因抗蟲棉綜合評估體系，針對轉(zhuǎn)基因棉抗蟲、耐除草劑等不同特性其潛在的環(huán)境風險問題，開展環(huán)境安全性評價及采取相應(yīng)的風險管理策略。如：對轉(zhuǎn)基因抗蟲棉開展抗性監(jiān)測及風險評估，對棉花天敵的種類、數(shù)量、群落數(shù)量等方面進行評估，并進行合理種植。棉花（下轉(zhuǎn)38頁）（上接23頁）生長前期害蟲為害較輕，自然天敵種類多、數(shù)量大，對害蟲的控制作用強，應(yīng)注重保護自然天敵，以生物生態(tài)控制為主，化學防治為輔，盡量推遲首次用藥時間，減少用藥次數(shù)和用藥量，避免直接殺傷天敵。棉花生長中后期由于氣溫高，棉田害蟲天敵的種類和數(shù)量明顯減少。同時隨著棉花的生長發(fā)育，轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉后期的抗蟲性有所減弱[15]。應(yīng)采取以化學防止為主、生物生態(tài)控制為輔的措施，盡量協(xié)調(diào)好化學防治與保護及利用天敵的矛盾，最大限度地保護和利用自然天敵。

4.2 完善轉(zhuǎn)基因安全法律法規(guī)體系 我國已建立了一套完整的、與國際接軌的轉(zhuǎn)基因生物安全管理法律法規(guī)體系。為規(guī)范日益增多的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物研究與環(huán)境釋放，確保生態(tài)環(huán)境的安全和人類健康，2001年我國頒布了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理條例》，后相繼發(fā)布與該條例配套的3個管理辦法，即《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評價管理辦法》、《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物進口安全管理辦法》和《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物標識管理辦法》，以及其他配套的法律法規(guī)。隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展步伐的加快，還需不斷尋求細化并完善適合我國轉(zhuǎn)基因安全管理實際的法律法規(guī)體系，特別是審批制度、追蹤制度和標簽標識制度等。

4.3 建立轉(zhuǎn)基因作物管理技術(shù)體系和風險評估管理體系 強化轉(zhuǎn)基因棉花在試驗研究、中間試驗、環(huán)境釋放、生產(chǎn)性試驗、安全證書等各個階段的安全管理，同時加強對轉(zhuǎn)基因棉花作物的研究，以及毒理學、致敏性評價等多項環(huán)節(jié)的評價。

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（責編：張宏民）