转基因抗虫棉研究进展

转基因抗虫棉研究进展

转基因抗虫棉研究进展、问题及对策　

谢德意　

（河南省农科院经济作物研究所，　　郑州　４５０００２）　

　　　　　为解决棉铃虫给棉花生产造成巨大为害这一世界性难题，从２０世纪８０年代开始，国内外相继开展了转基因抗虫棉的研究，到目前为止，美国、澳大利亚、中国等转基因抗虫棉已在生产中应用，转基因抗虫棉的研究取得了重大进展。　

１　　转基因抗虫棉研究进展　

转基因抗虫棉研究中常用的外源抗虫基因有苏云金芽孢杆菌〖ＷＴ５ＢＸ〗（Ｂａｃｉｌｌｕｓ　ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）毒素蛋白基因简称Ｂｔ基因、　蛋白酶抑制基因、　淀粉酶抑制基因、　外源凝集素基因、　几丁质酶基因、　蝎毒素基因等，目前人们已成功地将Ｂｔ基因和豇豆胰蛋白酶抑制基因（Ｃｏｗｐｅａ　Ｔｒｙｐｓｉｎ　Ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ　Ｇｅｎｅ简称ＣＰＴＩ基因）分别或同时导入到棉花植株内，获得了抗虫性强且能稳定遗传的转基因植株。苏云金芽孢杆菌是一种革兰氏阳性菌，在芽孢形成过程中产生的伴胞晶体被称为δ２内毒素或杀虫晶体蛋白（ＩＣＰ，　Ｉｎｓｅｃｔｉｃｉｄａｌ　Ｃｒｙｓｔａｌ　ｐｒｏｔｅｉｎ）。它可毒杀鳞翅目、双翅目和鞘翅目等的昆虫，是目前世界上应用最为广泛的生物杀虫剂。据统计已有６０多种Ｂｔ基因被报道，根据它们的杀虫范围和基因序列的同源性的不同又可大致分为六大类，即ＣｒｙＩ、ＣｒｙⅡ、ＣｒｙⅢ、ＣｒｙⅣ、ＣｒｙⅤ和Ｃｙｔ，每一类中又包含有不同的亚类，前五类称为晶体蛋白基因家族（Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｉｎ　Ｃｏｄｅｎ　Ｇｅｎｅ），而第六类称为细胞外溶解性晶体蛋白基因（Ｃｙｔｏｌｙｔｉｃ　Ｐｒｏｔｅｉｎ　Ｃｏｄｅｎ　Ｇｅｎｅ）。典型的ＩＣＰ为１３０ｋｂ左右，由两部分构成即Ｎ端的活性片段和Ｃ端的结构片段。带有结构片段的ＩＣＰ　被称为原毒素，它经过蛋白酶的消化作用后，产生有活性的毒性肽。　

　　　　　　１９８１年，Ｓｃｈｎｅｐｆ和Ｗｈｉｔｅｌｅｙ等首次从苏云金芽孢杆菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ　ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ　ｓｕｂｓｐ　ｋｕｒｓｔａｋｉ）中分离并克隆了Ｂｔ基因。美国Ａｇｒｏｃｅｔｕｓ公司克隆了与δ－内毒素有关的片段，利用农杆菌介导法首次将其导入棉花中，使棉株能形成自身的杀虫蛋白。１９８８年，美国Ｍｏｎｓａｎｔｏ公司获得经改造后Ｂｔ基因的转基因棉花，１９８９年温室鉴定杀虫效果良好，１９９０～１９９２年大田试验结果表明，Ｂｔ转基因棉花在治虫和不治虫两种情况下，皮棉产量均高于对照。１９９５年正式申请并通过美国环保局的批准登记，首批发放的２个品种为ＮｕＣＯＴＮ３３Ｂ和ＮｕＣＯＴＮ３５Ｂ，１９９６年正式开始大面积商品化种植。１９９８年将ＢＸＮ基因与Ｂｔ基因同时转入一个品种中，得到了既抗虫又抗除草剂的棉花品种，１９９９年得到了双价转基因抗虫棉，预计到２００２年前后，转基因抗棉铃虫、象鼻虫的棉花可望发放种植。到目前美国国内抗虫棉种植面积大约有１００万公顷，而且岱字棉公司已在世界上十多个主产棉国推广种植其转基因棉花，包括中国、澳大利亚、南非、津巴布韦、墨西哥和印度等。　

　　　　我国抗虫基因工程棉花品种的培育起步较晚，但发展很快。１９９０年，范云六等从苏云　金芽孢杆菌亚种ａｉｚａｗａｉ７—２９和ｋｕｒｓｔａｋｉＨＤ—１中分离克隆出了Ｂｔ基因。１９９１年，谢道昕等首次报道将Ｂｔ毒素基因通过花粉管途径导入我国棉花品种，其后代在实验室内虽具有一定的抗虫性，但抗虫性差，不足以致死害虫。范云六、郭三堆等对Ｂｔ基因进行了改造，获得了具有自主知识产权的抗虫性强的Ｂｔ基因。随后，中国农科院生物工程中心、中国农科院棉花研究所、山西省棉花研究所、江苏农科院经作所等单位将这些改造后的Ｂｔ基因导入到我国自育品种中棉所１２号、中棉所１６、晋棉７号、泗棉２号、泗棉３号等中，获得了我国第一批转基因棉花。到目前为止，我国共选育抗虫棉品种（系）５２个，　其中２１个通过了安全性评价，１２个通过审定。在这５２个品种（系）中，又有７个抗虫杂交棉，３个双价转基因抗虫棉。此外，河北省、安徽省还分别与美国岱字棉公司成立了合资公司，引进其转基因抗虫棉７个。据统计，１９９９年我国抗虫棉种植总面积约６０万公顷。　

２　　转基因抗虫棉存在的问题