我国与山西省转基因棉花发展状况与趋势

2011-04-13李燕娥张林水上官小霞

山西农业科学 2011年1期

李燕娥，吴霞，张林水，上官小霞

（山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000）

1 转基因棉花的发展现状

1.1 我国转基因棉花发展状况

为了提高棉花的产量、品质及抗逆性，我国1991年“863”立项“转基因棉花的研制”。1992年具有自主知识产权的Bt杀虫基因问世，1998年山西省农科院棉花研究所与中国农科院生物中心合作的第1个转基因抗虫棉晋棉26号（GK95-1）品种的审定，使我国成为世界上第2个拥有自主知识产权转基因抗虫棉的国家[1]。2006年我国转基因抗虫棉种植面积达352万hm2。2008年，我国710万农民种植转基因抗虫棉380万hm2[2]，占棉花总面积的69%。到2009年，转基因抗虫棉累计推广面积达0.21亿hm2，产值超过440亿元。至今，我国种植的转基因抗虫棉面积占全球面积的2/3[3]。

1.2 山西省转基因棉花发展状况

山西省农业科学院棉花研究所是国内最早开展棉花生物工程技术研究的省级研究所，从“八五”起承担国家“863”计划、国家转基因专项及山西省科技攻关等项目，与中国科学院、中国农业科学院、浙江大学、中国科技大学等长期合作，开展转基因棉花的研制。研究和建立了棉花农杆菌介导高效转化体系[4]，先后获得国内第1个转基因抗除草剂棉花[5]和转基因抗虫棉[1]，其转基因抗虫棉品种晋棉26号，在山西、河南、河北、陕西等植棉区已经累计推广133.3万余hm2。之后又相继审定了具有自主知识产权的晋棉系列转基因棉花新品种晋棉31号、晋棉38号、晋棉44号、晋棉50号、科能0518、运棉3539等，它们性状稳定，具有优质、抗逆、抗病虫等优良农艺性状。这些转基因抗虫棉品种已成为山西棉区近年来的主导品种，其中晋棉44号、晋棉50号已在河南、山东、河北省通过审定。

2 我国棉花基因工程及产业化发展存在的主要问题

2.1 生产上应用的优良基因较少，转基因作物安全评价周期较长

长期以来，国内对改良棉花品质和抗性相关的基因研究较多。目前，仅有转Bt基因抗虫棉（抗棉铃虫）得到大面积的推广种植，而与抗逆、纤维改良等性状有关的转基因棉花的研究和种植推广相对较为缓慢，未能大面积应用。究其原因，可能主要存在2个：一是与抗逆、纤维改良等性状相关的基因自身功能存在局限性，在转入棉花植株时未能达到预期的改良效果；二是一些优良的转基因株系，由于申报转基因作物安全评价时周期较长，使得转基因棉株无法进行有效的种植，从而影响其在生产中的推广应用。

2.2 抗虫棉的抗棉铃虫性能存在下降风险，新的棉花病害出现

目前，我国大面积应用的是转单价Bt基因的（常规、杂交）第1代抗虫棉，随着应用时间的延长，抗棉铃虫性能已出现下降局面[6]。另外，转基因抗虫棉对棉铃虫和红铃虫有较好的抗性，而对其他虫害无明显抗性，导致在不施药的情况下，棉田的蚜虫、蓟马、盲椿象、地老虎等害虫数量反而增加。病害对棉花生产影响也非常严重，如黄萎病等。而新生病害出现后防治措施较少，如山西省农业科学院棉花研究所近年发现的棉花萎蔫综合症[7]、国欣种业研究的棉花早枯症状等均对棉花生产构成严重影响[8]，目前正在积极探讨其发病机理并研究理想的防治手段，防止该病的进一步蔓延。

2.3 转基因抗虫棉的种子市场体系混乱

目前，国产转基因抗虫棉产量性状已优于国外转基因抗虫棉，但普遍存在品种间同质性较高、抗逆性差别较大、品种寿命短等问题。而且市场品种多、乱、杂；种子质量参差不齐[9]；一个品牌的种子性状类型很多；一个新品种一旦审定，冒牌种子随即就会出现，使棉农受害、科研单位受损，进而导致整个棉花种子市场混乱。

2.4 棉花配套栽培技术体系相对落后

近年来，随着农村从事田间劳作的劳动力减少、棉花市场的持续低迷以及棉花相应栽培技术更新较慢，造成目前转基因抗虫棉种植技术的推广应用停滞不前。其具体表现在：田间粗放管理，不同棉花品种之间的栽培模式不予区别，不能够严格按要求控制不同棉花品种对种植密度的需求；不及时或不实施化学调控，造成棉花营养生长与生殖生长比例失调、有效结铃率下降，没有合理施肥，重氮磷肥、少钾肥、缺微肥，造成营养失调；忽略棉铃虫之外的虫害（如盲椿象、蚜虫、白粉虱等）防治，使得这些害虫已成为棉田主要害虫。因此，造成转基因抗虫棉产量徘徊不前和经济效益不高。

3 转基因棉花面临的机遇及其发展趋势

目前，世界上作物基因工程领域主要研究方向为复合性状，这是未来的发展趋势，它符合农户和消费者的多样化需求。美国2009年种植的复合性状作物占到转基因作物的41%。孟山都公司计划于2015年将耐旱转基因棉花推向市场，其第2代转双Bt基因抗虫棉目前已在美国大面积种植。2010年，美国向市场推出SmartStaxTM玉米，这种转基因玉米携带8种不同的新型编码基因，可抗地上害虫和地下害虫，并对除草剂有一定的耐性[2]。未来的复合性状将包括抗虫、耐除草剂和耐干旱等。与国外相比，目前我国进入市场的转基因棉花主要是转基因抗虫棉，其他类型的转基因棉花还处于研究阶段。为此，我国“十一五”启动转基因重大专项，各个研究机构正在研究构建携带复合性状的多重抗逆基因的转化载体，预计在近年内将会推出兼有抗虫、抗病、耐盐碱、纤维改良等不同复合性状的转基因棉花品种用于商业种植。预计新型转基因棉花投入市场，棉花的抗逆性和产量将会上一个新的台阶。

在转基因作物中，转基因棉花发展速度较快，较为成功，预计2015年我国棉花面积将稳定在566.7 万 hm2，单产 1 350 kg/hm2，总产 800 万 t，国内棉花自给率在60%左右，转基因棉花将占植棉面积的90%以上。黄河流域棉区及新疆棉区333.3万hm2棉田，每年转基因棉花种子总需约3亿kg。随着转基因棉花品种的更新换代，急需新审定具有产量水平高、抗虫性稳定、抗病性好且有很好市场竞争力的棉花品种。

山西省棉花种植面积虽然小，但棉花基础研究、育种、生产水平均位居全国前列。山西省农科院棉花研究所培育的晋棉系列新品种具有适应性广、高产、品质好等特点，有很强的市场竞争力[10-11]。随着抗虫棉品种的更新换代，晋棉系列转基因棉花新品种市场前景十分广阔。目前，山西省农科院棉花研究所与国内多家单位合作，正在研究、转化、培育具有复合性状的新类型转基因棉花种质资源和品种，可望实现对棉花主要害虫的广谱高抗及简化种植的育种目标[12-13]。

4 转基因棉花的发展思路与发展目标

在现有的转基因棉花培育基础上，实行多单位、多人员协同合作，进一步构建、转化、培育具有自主知识产权的复合性状转基因棉花新种质资源和新品种；在现有技术的基础上，建立晋棉系列转基因棉花的育种试验站和稳定的生产基地；进一步建立完善的晋棉系列棉花新品种的配套生产技术体系、质量监控体系以及种子生产的安全评价体系；在全国继续扩大推广种植面积。

4.1 加强自主创新

坚持以自主创新为主，引进消化、转化推广为辅的路子，把常规育种与分子育种相结合，以精准育种作为目标定位，选育在复合性状多方面有突破性进展的强势品种。一是培育含有多抗基因的抗虫棉品种，提高棉花的抗棉铃虫效率和抗虫周期；二是挖掘利用不同的抗虫基因，扩大抗虫范围，除抗棉铃虫外，对地老虎、棉蚜、盲椿象等害虫中的一种或多种有抗性；三是研制抗虫性、抗病性、丰产性、耐盐碱、纤维改良等复合性状转基因棉花，培育多抗、优质、高产的棉花新种质资源及品种；四是进一步优化棉花农杆菌介导法，并创建新的快速棉花转化方法，提高转化效率，缩短转化周期。

4.2 规范种植管理

根据不同的生态气候条件、棉铃虫的发生规律以及不同转基因棉花品种的特征特性，因地制宜地配置合理的栽培技术，建立规范的转基因抗虫棉原原种、原种、良种繁育体系，加强品种的提纯复壮。

4.3 产业化经营

进一步强化棉花完整产业链建设，支持高等院校、科研院所同农民专业合作社、龙头企业、棉农开展多种形式的合作，建立上下联合、育繁推一体化、产供销一条龙的大型企业集团，使产业链条覆盖从育种到市场终端的整个过程，改变棉花生产分散、收储混乱、加工落后的局面，实现棉花生产技术集成化、劳动机械化、质量标准化、加工现代化，实现棉花生产区域化布局、标准化生产、产业化经营。

［1］李淑君，焦改丽，石跃进.转Bt基因抗虫棉晋棉26号的生产特性及其配套技术[J].山西农业科学，1998，26（3）：3-6.

［2］Clive James.2008年全球生物技术／转基因作物商业化发展态势[J].中国生物工程杂志，2009，29（2）：1-10.

［3］Clive James.2009年全球生物技术/转基因作物商业化发展态势[J].中国生物工程杂志，2010，30（2）：1-22.

［4］李燕娥，郭三堆.棉花农杆菌介导高效转化体系[J].中国棉花，2000，27（5）：10-11.

［5］陈志贤.利用农杆菌介导法转移tfdA基因获得可遗传的抗2，4-D棉株[J].中国农业科学，1994，27（2）：31-37.

［6］史冬平.高新技术在棉花育种上的应用及进展[J].中国农学通报，2009，25（2）：77-80.

［7］张林水，许爱玲，刘彦军，等.棉花萎蔫综合症初报[J].中国棉花，2010，37（5）：8-18.

［8］张德才.棉花早枯的原因及预防措施 [C]//中国棉花学会2010年年会论文汇编.延吉：中国棉花学会，2010.

［9］陈斌，何敏，穆宏声.当前转基因抗虫棉生产中存在的问题及对策[J].作物杂志，2005（5）：62-63.

［10］吴霞，焦改丽，吴家和，等.棉花农杆菌介导法转化机理及研究进展[J].山西农业科学，2001，29（1）：27-30.

［11］罗晓丽，吴家和，张安红，等.转Bt基因棉花的研究应用及问题与对策[J].山西农业科学，2005，33（1）：7-11.

［12］王彦霞，王省芬，马峙英.棉花转基因技术的研究及应用[J].华北农学报，2006，21（增刊）：41-45.