李燕娥，吳 霞，張林水，上官小霞

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，山西運(yùn)城044000）

1 轉(zhuǎn)基因棉花的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 我國(guó)轉(zhuǎn)基因棉花發(fā)展?fàn)顩r

為了提高棉花的產(chǎn)量、品質(zhì)及抗逆性，我國(guó)1991年“863”立項(xiàng)“轉(zhuǎn)基因棉花的研制”。1992年具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Bt殺蟲基因問世，1998年山西省農(nóng)科院棉花研究所與中國(guó)農(nóng)科院生物中心合作的第1個(gè)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉晉棉26號(hào)（GK95-1）品種的審定，使我國(guó)成為世界上第2個(gè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的國(guó)家[1]。2006年我國(guó)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉種植面積達(dá)352萬hm2。2008年，我國(guó)710萬農(nóng)民種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉380萬hm2[2]，占棉花總面積的69%。到2009年，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉累計(jì)推廣面積達(dá)0.21億hm2，產(chǎn)值超過440億元。至今，我國(guó)種植的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉面積占全球面積的2/3[3]。

1.2 山西省轉(zhuǎn)基因棉花發(fā)展?fàn)顩r

山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所是國(guó)內(nèi)最早開展棉花生物工程技術(shù)研究的省級(jí)研究所，從“八五”起承擔(dān)國(guó)家“863”計(jì)劃、國(guó)家轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ?xiàng)及山西省科技攻關(guān)等項(xiàng)目，與中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、浙江大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)等長(zhǎng)期合作，開展轉(zhuǎn)基因棉花的研制。研究和建立了棉花農(nóng)桿菌介導(dǎo)高效轉(zhuǎn)化體系[4]，先后獲得國(guó)內(nèi)第1個(gè)轉(zhuǎn)基因抗除草劑棉花[5]和轉(zhuǎn)基因抗蟲棉[1]，其轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種晉棉26號(hào)，在山西、河南、河北、陜西等植棉區(qū)已經(jīng)累計(jì)推廣133.3萬余hm2。之后又相繼審定了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的晉棉系列轉(zhuǎn)基因棉花新品種晉棉31號(hào)、晉棉38號(hào)、晉棉44號(hào)、晉棉50號(hào)、科能0518、運(yùn)棉3539等，它們性狀穩(wěn)定，具有優(yōu)質(zhì)、抗逆、抗病蟲等優(yōu)良農(nóng)藝性狀。這些轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種已成為山西棉區(qū)近年來的主導(dǎo)品種，其中晉棉44號(hào)、晉棉50號(hào)已在河南、山東、河北省通過審定。

2 我國(guó)棉花基因工程及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展存在的主要問題

2.1 生產(chǎn)上應(yīng)用的優(yōu)良基因較少，轉(zhuǎn)基因作物安全評(píng)價(jià)周期較長(zhǎng)

長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)對(duì)改良棉花品質(zhì)和抗性相關(guān)的基因研究較多。目前，僅有轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉（抗棉鈴蟲）得到大面積的推廣種植，而與抗逆、纖維改良等性狀有關(guān)的轉(zhuǎn)基因棉花的研究和種植推廣相對(duì)較為緩慢，未能大面積應(yīng)用。究其原因，可能主要存在2個(gè)：一是與抗逆、纖維改良等性狀相關(guān)的基因自身功能存在局限性，在轉(zhuǎn)入棉花植株時(shí)未能達(dá)到預(yù)期的改良效果；二是一些優(yōu)良的轉(zhuǎn)基因株系，由于申報(bào)轉(zhuǎn)基因作物安全評(píng)價(jià)時(shí)周期較長(zhǎng)，使得轉(zhuǎn)基因棉株無法進(jìn)行有效的種植，從而影響其在生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用。

2.2 抗蟲棉的抗棉鈴蟲性能存在下降風(fēng)險(xiǎn)，新的棉花病害出現(xiàn)

目前，我國(guó)大面積應(yīng)用的是轉(zhuǎn)單價(jià)Bt基因的（常規(guī)、雜交）第1代抗蟲棉，隨著應(yīng)用時(shí)間的延長(zhǎng)，抗棉鈴蟲性能已出現(xiàn)下降局面[6]。另外，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉對(duì)棉鈴蟲和紅鈴蟲有較好的抗性，而對(duì)其他蟲害無明顯抗性，導(dǎo)致在不施藥的情況下，棉田的蚜蟲、薊馬、盲椿象、地老虎等害蟲數(shù)量反而增加。病害對(duì)棉花生產(chǎn)影響也非常嚴(yán)重，如黃萎病等。而新生病害出現(xiàn)后防治措施較少，如山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所近年發(fā)現(xiàn)的棉花萎蔫綜合癥[7]、國(guó)欣種業(yè)研究的棉花早枯癥狀等均對(duì)棉花生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重影響[8]，目前正在積極探討其發(fā)病機(jī)理并研究理想的防治手段，防止該病的進(jìn)一步蔓延。

2.3 轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的種子市場(chǎng)體系混亂

目前，國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉產(chǎn)量性狀已優(yōu)于國(guó)外轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，但普遍存在品種間同質(zhì)性較高、抗逆性差別較大、品種壽命短等問題。而且市場(chǎng)品種多、亂、雜；種子質(zhì)量參差不齊[9]；一個(gè)品牌的種子性狀類型很多；一個(gè)新品種一旦審定，冒牌種子隨即就會(huì)出現(xiàn)，使棉農(nóng)受害、科研單位受損，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)棉花種子市場(chǎng)混亂。

2.4 棉花配套栽培技術(shù)體系相對(duì)落后

近年來，隨著農(nóng)村從事田間勞作的勞動(dòng)力減少、棉花市場(chǎng)的持續(xù)低迷以及棉花相應(yīng)栽培技術(shù)更新較慢，造成目前轉(zhuǎn)基因抗蟲棉種植技術(shù)的推廣應(yīng)用停滯不前。其具體表現(xiàn)在：田間粗放管理，不同棉花品種之間的栽培模式不予區(qū)別，不能夠嚴(yán)格按要求控制不同棉花品種對(duì)種植密度的需求；不及時(shí)或不實(shí)施化學(xué)調(diào)控，造成棉花營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)比例失調(diào)、有效結(jié)鈴率下降，沒有合理施肥，重氮磷肥、少鉀肥、缺微肥，造成營(yíng)養(yǎng)失調(diào)；忽略棉鈴蟲之外的蟲害（如盲椿象、蚜蟲、白粉虱等）防治，使得這些害蟲已成為棉田主要害蟲。因此，造成轉(zhuǎn)基因抗蟲棉產(chǎn)量徘徊不前和經(jīng)濟(jì)效益不高。

3 轉(zhuǎn)基因棉花面臨的機(jī)遇及其發(fā)展趨勢(shì)

目前，世界上作物基因工程領(lǐng)域主要研究方向?yàn)閺?fù)合性狀，這是未來的發(fā)展趨勢(shì)，它符合農(nóng)戶和消費(fèi)者的多樣化需求。美國(guó)2009年種植的復(fù)合性狀作物占到轉(zhuǎn)基因作物的41%。孟山都公司計(jì)劃于2015年將耐旱轉(zhuǎn)基因棉花推向市場(chǎng)，其第2代轉(zhuǎn)雙Bt基因抗蟲棉目前已在美國(guó)大面積種植。2010年，美國(guó)向市場(chǎng)推出SmartStaxTM玉米，這種轉(zhuǎn)基因玉米攜帶8種不同的新型編碼基因，可抗地上害蟲和地下害蟲，并對(duì)除草劑有一定的耐性[2]。未來的復(fù)合性狀將包括抗蟲、耐除草劑和耐干旱等。與國(guó)外相比，目前我國(guó)進(jìn)入市場(chǎng)的轉(zhuǎn)基因棉花主要是轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，其他類型的轉(zhuǎn)基因棉花還處于研究階段。為此，我國(guó)“十一五”啟動(dòng)轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)，各個(gè)研究機(jī)構(gòu)正在研究構(gòu)建攜帶復(fù)合性狀的多重抗逆基因的轉(zhuǎn)化載體，預(yù)計(jì)在近年內(nèi)將會(huì)推出兼有抗蟲、抗病、耐鹽堿、纖維改良等不同復(fù)合性狀的轉(zhuǎn)基因棉花品種用于商業(yè)種植。預(yù)計(jì)新型轉(zhuǎn)基因棉花投入市場(chǎng)，棉花的抗逆性和產(chǎn)量將會(huì)上一個(gè)新的臺(tái)階。

在轉(zhuǎn)基因作物中，轉(zhuǎn)基因棉花發(fā)展速度較快，較為成功，預(yù)計(jì)2015年我國(guó)棉花面積將穩(wěn)定在566.7 萬 hm2，單產(chǎn) 1 350 kg/hm2，總產(chǎn) 800 萬 t，國(guó)內(nèi)棉花自給率在60%左右，轉(zhuǎn)基因棉花將占植棉面積的90%以上。黃河流域棉區(qū)及新疆棉區(qū)333.3萬hm2棉田，每年轉(zhuǎn)基因棉花種子總需約3億kg。隨著轉(zhuǎn)基因棉花品種的更新?lián)Q代，急需新審定具有產(chǎn)量水平高、抗蟲性穩(wěn)定、抗病性好且有很好市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的棉花品種。

山西省棉花種植面積雖然小，但棉花基礎(chǔ)研究、育種、生產(chǎn)水平均位居全國(guó)前列。山西省農(nóng)科院棉花研究所培育的晉棉系列新品種具有適應(yīng)性廣、高產(chǎn)、品質(zhì)好等特點(diǎn)，有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[10-11]。隨著抗蟲棉品種的更新?lián)Q代，晉棉系列轉(zhuǎn)基因棉花新品種市場(chǎng)前景十分廣闊。目前，山西省農(nóng)科院棉花研究所與國(guó)內(nèi)多家單位合作，正在研究、轉(zhuǎn)化、培育具有復(fù)合性狀的新類型轉(zhuǎn)基因棉花種質(zhì)資源和品種，可望實(shí)現(xiàn)對(duì)棉花主要害蟲的廣譜高抗及簡(jiǎn)化種植的育種目標(biāo)[12-13]。

4 轉(zhuǎn)基因棉花的發(fā)展思路與發(fā)展目標(biāo)

在現(xiàn)有的轉(zhuǎn)基因棉花培育基礎(chǔ)上，實(shí)行多單位、多人員協(xié)同合作，進(jìn)一步構(gòu)建、轉(zhuǎn)化、培育具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因棉花新種質(zhì)資源和新品種；在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立晉棉系列轉(zhuǎn)基因棉花的育種試驗(yàn)站和穩(wěn)定的生產(chǎn)基地；進(jìn)一步建立完善的晉棉系列棉花新品種的配套生產(chǎn)技術(shù)體系、質(zhì)量監(jiān)控體系以及種子生產(chǎn)的安全評(píng)價(jià)體系；在全國(guó)繼續(xù)擴(kuò)大推廣種植面積。

4.1 加強(qiáng)自主創(chuàng)新

堅(jiān)持以自主創(chuàng)新為主，引進(jìn)消化、轉(zhuǎn)化推廣為輔的路子，把常規(guī)育種與分子育種相結(jié)合，以精準(zhǔn)育種作為目標(biāo)定位，選育在復(fù)合性狀多方面有突破性進(jìn)展的強(qiáng)勢(shì)品種。一是培育含有多抗基因的抗蟲棉品種，提高棉花的抗棉鈴蟲效率和抗蟲周期；二是挖掘利用不同的抗蟲基因，擴(kuò)大抗蟲范圍，除抗棉鈴蟲外，對(duì)地老虎、棉蚜、盲椿象等害蟲中的一種或多種有抗性；三是研制抗蟲性、抗病性、豐產(chǎn)性、耐鹽堿、纖維改良等復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因棉花，培育多抗、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的棉花新種質(zhì)資源及品種；四是進(jìn)一步優(yōu)化棉花農(nóng)桿菌介導(dǎo)法，并創(chuàng)建新的快速棉花轉(zhuǎn)化方法，提高轉(zhuǎn)化效率，縮短轉(zhuǎn)化周期。

4.2 規(guī)范種植管理

根據(jù)不同的生態(tài)氣候條件、棉鈴蟲的發(fā)生規(guī)律以及不同轉(zhuǎn)基因棉花品種的特征特性，因地制宜地配置合理的栽培技術(shù)，建立規(guī)范的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉原原種、原種、良種繁育體系，加強(qiáng)品種的提純復(fù)壯。

4.3 產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)

進(jìn)一步強(qiáng)化棉花完整產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)，支持高等院校、科研院所同農(nóng)民專業(yè)合作社、龍頭企業(yè)、棉農(nóng)開展多種形式的合作，建立上下聯(lián)合、育繁推一體化、產(chǎn)供銷一條龍的大型企業(yè)集團(tuán)，使產(chǎn)業(yè)鏈條覆蓋從育種到市場(chǎng)終端的整個(gè)過程，改變棉花生產(chǎn)分散、收儲(chǔ)混亂、加工落后的局面，實(shí)現(xiàn)棉花生產(chǎn)技術(shù)集成化、勞動(dòng)機(jī)械化、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化、加工現(xiàn)代化，實(shí)現(xiàn)棉花生產(chǎn)區(qū)域化布局、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)。

［1］李淑君，焦改麗，石躍進(jìn).轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉晉棉26號(hào)的生產(chǎn)特性及其配套技術(shù)[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，1998，26（3）：3-6.

［2］Clive James.2008年全球生物技術(shù)／轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化發(fā)展態(tài)勢(shì)[J].中國(guó)生物工程雜志，2009，29（2）：1-10.

［3］Clive James.2009年全球生物技術(shù)/轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化發(fā)展態(tài)勢(shì)[J].中國(guó)生物工程雜志，2010，30（2）：1-22.

［4］李燕娥，郭三堆.棉花農(nóng)桿菌介導(dǎo)高效轉(zhuǎn)化體系[J].中國(guó)棉花，2000，27（5）：10-11.

［5］陳志賢.利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)移tfdA基因獲得可遺傳的抗2，4-D棉株[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，1994，27（2）：31-37.

［6］史冬平.高新技術(shù)在棉花育種上的應(yīng)用及進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，25（2）：77-80.

［7］張林水，許愛玲，劉彥軍，等.棉花萎蔫綜合癥初報(bào)[J].中國(guó)棉花，2010，37（5）：8-18.

［8］張德才.棉花早枯的原因及預(yù)防措施 [C]//中國(guó)棉花學(xué)會(huì)2010年年會(huì)論文匯編.延吉：中國(guó)棉花學(xué)會(huì)，2010.

［9］陳斌，何敏，穆宏聲.當(dāng)前轉(zhuǎn)基因抗蟲棉生產(chǎn)中存在的問題及對(duì)策[J].作物雜志，2005（5）：62-63.

［10］吳霞，焦改麗，吳家和，等.棉花農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)化機(jī)理及研究進(jìn)展[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001，29（1）：27-30.

［11］羅曉麗，吳家和，張安紅，等.轉(zhuǎn)Bt基因棉花的研究應(yīng)用及問題與對(duì)策[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，33（1）：7-11.

［12］王彥霞，王省芬，馬峙英.棉花轉(zhuǎn)基因技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2006，21（增刊）：41-45.

［13］李鵬波，曹美蓮，吳霞，等.轉(zhuǎn)vip3基因作物：一種治理抗性害蟲的新策略 [C]//中國(guó)棉花學(xué)會(huì)2010年年會(huì)論文匯編.延吉：中國(guó)棉花學(xué)會(huì)，2010：355-358.