崔金杰：解转基因棉花之惑

本刊记者 宋 洁

如果达尔文活在当下，他一定会为昆虫世界在适者生存理论上所表现出的验证感到高兴和惊讶，一种害虫被抑制，新的昆虫种群迅速取而代之。

上世纪90年代，转基因棉花作为中国第一种商业化种植的农作物，化解了棉铃虫危机，但盘桓不去的是其他种类害虫的侵袭。

20多年过去了，转基因抗虫棉为人类做了很大的贡献，但是现在很多专家、学者对转基因作物的安全性还有很多的争论。从1994年开始，中国农科院棉花研究所研究员崔金杰带领团队，与棉花害虫开展了一场长期战役。

不让棉铃虫灾变重蹈

所有的棉农都不会忘记，1992年我国棉铃虫灾大暴发的场景。“那一年农药突然不管用了，棉铃虫泡在农药里都不死，只能用手抓。当时的朱镕基总理甚至都在电视里示范下田抓虫，但虫子太多了，根本抓不过来。棉花几乎绝收。”防治棉铃虫成为各级政府的中心任务，全民一心抗击虫害。这种夜蛾科昆虫差点搞垮了我国棉花产业。许多棉农不愿意种棉花了，我国棉花的种植面积从原来的1亿亩锐减到了6000万亩，转Bt基因抗虫棉的研究应运而生。

作为防治棉铃虫的新手段，我国1997年开始种植Bt棉花。“从科学意义上看，种植转基因抗虫棉花和80年代初开始使用菊酯类农药防治棉铃虫一样，一个新技术的介入将影响害虫种群演化的过程。我经历过当年的历史阶段，所以从1997年Bt棉花种植开始研究棉铃虫和转基因抗虫棉花的关系，希望通过科学研究发展风险管理技术，避免重演棉铃虫灾变的历史。”崔金杰告诉记者。

Bt的专业名称叫“苏云金杆菌”，1992年底我国研制成功具有自主知识产权的GFM Cry1A融合Bt杀虫基因，并将其导入棉花，创造出转Bt基因抗虫棉。目前种植的转基因棉花均为转Cry1Ac/b基因棉花。

“常规的杂交育种是利用父本和母本发挥杂交优势，比如说产量上的优势，抗虫、抗病的优势，而转基因方法是应用现代生物技术来进行，是用基因工程手段在分子水平的操作。这种基因一旦转到棉花里面，基因就成为棉花的组成部分。”崔金杰向记者解释，“我们所说的转基因不是自然状态下的随机进化，而是人类根据农业生产的要求而进行的有目的的进化。比如说棉花，我们要提高其对棉铃虫的抗虫性，就选择对棉铃虫等鳞翅目夜蛾科害虫具有杀虫作用的Bt基因。该基因只对棉铃虫、红铃虫、小造桥虫等害虫具有杀虫作用，对其他害虫和自然天敌则无明显的抗性。”

1990年，南京农业大学植物保护系农业昆虫专业大学毕业的崔金杰留在了棉花研究所，2003年获得中国农业科学院研究生院农业昆虫与害虫防治专业博士学位，从4个方面开启了对抗棉花害虫的研究之路。

在棉花害虫生物生态调控技术上，崔金杰团队应用景观生态学的原理和方法，研究利用诱集作物、抗病虫品种、肥水调控、作物布局等害虫生态控制技术；研究自然天敌保护、增殖、利用技术及天敌规模化饲养和田间释放等生物防治技术；结合高效低毒农药使用技术，组建盐碱旱地棉区和不同种植模式下棉田害虫综合防控技术体系。组建盐碱旱地棉区和不同种植模式下棉田害虫综合防控技术体系，为棉花生产的稳定发展提供技术支撑。

为挖掘利用棉花优异抗虫基因奠定基础，崔金杰团队在棉花抗虫防御体系分子调控机理方面，利用抗感虫棉花材料，通过高通量测序技术建立害虫胁迫诱导棉花的数字化基因表达谱，筛选并克隆棉花抗虫性关键基因。分析害虫胁迫棉花可能启动的关键信号途径以及虫害诱导后控制萜类物质合成的相关基因；利用拟南芥转化技术初步验证候选基因的功能。

针对棉花害虫致害分子的机理，他的团队研究棉铃虫、棉盲蝽、棉蚜等棉花重大害虫对棉花的致害分子机制，筛选分离致害基因，开发棉花害虫分子治理新技术；明确棉花害虫致害机理，提出棉花害虫分子治理技术。

在转基因棉花安全评价中，他的团队主要研究新型抗虫、抗除草剂、抗旱耐逆、优质高产等转基因棉花生存竞争能力、目标性状、生物多样性影响、基因漂移等安全评价技术，建立系统的转基因棉花环境安全评价技术体系；研制新型转基因棉花环境安全评价技术标准及转基因成分检测标准。

（3）客观性和必然性。在企业中，即便是利用预防措施，只能够减少企业在财务方面的风险，并且降低风险产生的频率，但是并不能从根本上消除风险的产生。

揭开转基因棉花的真相

转Bt基因棉花是转基因农作物中的一种，抗虫棉之所以抗虫，是因为外源Bt基因整合到棉花后，可以在棉株体内合成一种叫δ-内毒素的伴孢晶体，该晶体是一种蛋白质晶体，被鳞翅目等敏感昆虫的幼虫吞食后，在其肠道碱性条件和酶的作用下，伴孢晶体能水解成毒性肽，这些多肽与虫肠上皮细胞一些特异受体蛋白结合，破坏细胞膜，最后导致害虫死亡。2013年全球转基因作物的种植面积超过1.75亿公顷，种植转基因作物的国家达到27个。我国转基因抗虫棉的种植达到420万公顷。

但是由于人类对大规模种植Bt植物对生态环境可能产生的潜在影响尚缺乏足够的经验和认识，Bt棉花的环境安全性问题受到高度重视并带来广泛的争议。为了找寻其中的科学依据。作为国家棉花产业技术体系抗性监控岗位的科学家，崔金杰领衔主持了“国家转基因植物新品种培育”项目课题“转基因棉花环境安全评价技术”。

他带领科研团队于2001年开始系统研究了转Bt基因抗虫棉花的环境安全性及其评价技术，明确了主要害虫及其天敌的演化规律，特别是明确得出了抗虫棉对捕食性天敌种群动态无明显的影响，但对寄生性天敌种群动态影响较大的结论；建立了一整套抗虫棉田土壤中杀虫蛋白的检测方法。研究了外源基因表达产物在土壤中的分解、迁移、结构变化，明确了抗虫棉杀虫蛋白在土壤中的降解规律和对土壤微生物种群数量的影响；研究了抗虫棉杀虫蛋白的表达与降解动态，明确了转基因抗虫棉不同生长期和不同组织器官对棉铃虫的抗性；同时监测了不同生态区棉铃虫对抗虫棉的抗性动态，结果表明，华北棉区的棉铃虫田间种群还未出现明显的抗性上升，抗性基因频率还处于正常水平；明确了转基因棉花副产品棉籽壳对食用菌生长发育的影响；建立了与国际接轨的转基因棉花安全性评价技术标准，对提高我国转基因棉花环境监测的能力和环境安全管理能力起到了积极的作用；研究制定了棉铃虫对转基因棉花的抗性风险和抗性治理对策，为转基因棉花的科学利用提供了依据。

在层层深入的研究中，他们发现，转基因Bt棉种植会带来另外一个问题。其在有效地控制棉铃虫危害的同时，棉叶螨、烟粉虱、棉盲蝽、斜纹夜蛾、甜菜夜蛾等棉田害虫的危害日益严重，成为棉田新的靶标害虫。2000年以来，上述害虫连续在我国黄河流域的山东、河南、河北、山西和长江流域的江苏、湖北、湖南、安徽等主产棉区猖獗为害，受害面积高达80%以上，棉花产量降低30%～40%。同时棉田用药次数和用药量明显增加，不仅增加了植棉成本，也严重污染了环境，增加了害虫的抗药性风险。

直击新问题，2008年，崔金杰又领衔科研团队开展了Bt棉田新靶标害虫综合防治技术的相关研究，明确了棉田新靶标害虫大发生的机制；提出了棉田新靶标害虫预测预报技术；研制出棉田新靶标害虫综合防治技术，并提出了棉铃虫及新靶标害虫抗性延缓和治理技术措施，这些研究成果极大地推动了我国棉花害虫综合防治技术的发展，为我国棉花生产安全奠定了基础。

和转基因物种打了20多年交道，崔金杰对转基因技术表示出乐观的态度。“由于生物技术的发展，转基因确实对新物种的突破做出了很大的贡献。一个新物种的出现，如果走自然进化路线，需要很长时间，而如果我们直接用一种基因，无论是动物、微生物基因，我们将这些基因直接转到某个物种的内部，让这个基因成为它的一部分，进化的速率将大大加快。”

“顶天”“立地”，协同作战

在科研道路上，“单枪匹马”是不可能取得大的成功的。近年来，团队共引进生态学和农业昆虫与害虫防治专业博士2人，培养生态学专业博士1人，培养农业昆虫与害虫防治专业博士2人，培养昆虫分子生物学专业硕士10人，生物安全专业硕士5人，已毕业5人。团队中1人获得安阳市十大杰出青年，1人获得安阳市新长征突击手，1人获得安阳市优秀共产党员，1人成为安阳市市管专家。目前，这支团队已“兵强马壮”。

崔金杰作为该团队的首席科学家，带领这支中国农业科学院首批科技创新工程研究团队，开展棉花害虫综合防治技术、昆虫生态学、昆虫分子生物学、棉铃虫抗性监测治理等研究工作。

近年来，根据植保学科发展趋势与现状，崔金杰积极调整科研方向，从单纯的宏观生态学研究转向宏观与微观相结合的研究模式，“顶天”与“立地”研究齐头并进，但是始终不变的是，棉花虫害研究课题组科技创新的工作特色。

作为团队负责人，崔金杰始终把握棉花虫害防控的研究前沿科学问题、发展动态和发展方向，在学科建设中发挥着组织者和带头人的作用，面向棉花重大战略需求和国际科技前沿，积极争取和承担国家重大科技计划项目；提出了相关领域基础性、战略性、前瞻性的科学问题和研究布局，带领科研团队在本学科领域开展了具有国内一流水平的科学创新工作，组织团队的国内外学术交流活动。

作为团队的负责人，崔金杰没有忘记服务农业的责任，自2004年开始筹建“农业部转基因植物环境安全监督检验测试中心（安阳）”，并于2007年通过国家认监委和农业部的评审，成为我国第一个通过双认证的部级转基因植物环境安全监测中心，该中心具备了对棉花、水稻、玉米、大豆、油菜等17类产品92个参数范围内的转基因植物环境安全和转基因产品成分的检测能力。中心每年对100余个抗虫棉新品种进行环境安全检测，对玉米、小麦、棉花等参加区试的作物品种进行转基因成分检测，为我国抗虫棉产业化和转基因作物的安全管理作出了巨大贡献。

作为团队的领头人，优秀的团队为他在科研道路上的攀登提供了牢固的基石，而他也收获了属于自己的荣誉。他先后获得河南省科技进步奖二等奖2项、中国农科院科技进步奖一等奖1项、河北省科技进步奖1项。发表论文200余篇，其中SCI论文20余篇；主编《转基因抗虫棉丰产关键技术》《棉花病虫草害防治技术》《中国农业病虫草害原色图解》《转双价基因抗虫棉花》等著作10部；获得国家发明专利5项；制定国家标准6项，农业行业标准1项。

在原有工作基础上，目前，团队主要针对棉田重大害虫灾变机理和棉花与害虫互作机制进行研究，同时进行抗虫棉抗性风险评估和新型农药高效利用与评估，组建基于景观生态学的害虫综合防控技术体系。

不久前，英国《自然》杂志网站曾刊登，对一种转基因棉花长期种植的环境影响调查显示，棉花田中的益虫增多，周围其他农田也会受益，整个农田生态系统良性发展。“转基因抗虫棉为人类做了很大的贡献，从目前看是没有什么不安全的问题，但是评价转基因的安全性必须经过长期的检测和监测。”这条路漫长却意义非凡，崔金杰和他的团队正在这条道路上跋涉前行。