我國與山西省轉基因棉花發展狀況與趨勢

李燕娥，吳 霞，張林水，上官小霞

（山西省農業科學院棉花研究所，山西運城044000）

1 轉基因棉花的發展現狀

1.1 我國轉基因棉花發展狀況

為了提高棉花的產量、品質及抗逆性，我國1991年“863”立項“轉基因棉花的研制”。1992年具有自主知識產權的Bt殺蟲基因問世，1998年山西省農科院棉花研究所與中國農科院生物中心合作的第1個轉基因抗蟲棉晉棉26號（GK95-1）品種的審定，使我國成為世界上第2個擁有自主知識產權轉基因抗蟲棉的國家[1]。2006年我國轉基因抗蟲棉種植面積達352萬hm2。2008年，我國710萬農民種植轉基因抗蟲棉380萬hm2[2]，占棉花總面積的69%。到2009年，轉基因抗蟲棉累計推廣面積達0.21億hm2，產值超過440億元。至今，我國種植的轉基因抗蟲棉面積占全球面積的2/3[3]。

1.2 山西省轉基因棉花發展狀況

山西省農業科學院棉花研究所是國內最早開展棉花生物工程技術研究的省級研究所，從“八五”起承擔國家“863”計劃、國家轉基因專項及山西省科技攻關等項目，與中國科學院、中國農業科學院、浙江大學、中國科技大學等長期合作，開展轉基因棉花的研制。研究和建立了棉花農桿菌介導高效轉化體系[4]，先后獲得國內第1個轉基因抗除草劑棉花[5]和轉基因抗蟲棉[1]，其轉基因抗蟲棉品種晉棉26號，在山西、河南、河北、陜西等植棉區已經累計推廣133.3萬余hm2。之后又相繼審定了具有自主知識產權的晉棉系列轉基因棉花新品種晉棉31號、晉棉38號、晉棉44號、晉棉50號、科能0518、運棉3539等，它們性狀穩定，具有優質、抗逆、抗病蟲等優良農藝性狀。這些轉基因抗蟲棉品種已成為山西棉區近年來的主導品種，其中晉棉44號、晉棉50號已在河南、山東、河北省通過審定。

2 我國棉花基因工程及產業化發展存在的主要問題

2.1 生產上應用的優良基因較少，轉基因作物安全評價周期較長

長期以來，國內對改良棉花品質和抗性相關的基因研究較多。目前，僅有轉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的轉基因棉花的研究和種植推廣相對較為緩慢，未能大面積應用。究其原因，可能主要存在2個：一是與抗逆、纖維改良等性狀相關的基因自身功能存在局限性，在轉入棉花植株時未能達到預期的改良效果；二是一些優良的轉基因株系，由于申報轉基因作物安全評價時周期較長，使得轉基因棉株無法進行有效的種植，從而影響其在生產中的推廣應用。

2.2 抗蟲棉的抗棉鈴蟲性能存在下降風險，新的棉花病害出現

目前，我國大面積應用的是轉單價Bt基因的（常規、雜交）第1代抗蟲棉，隨著應用時間的延長，抗棉鈴蟲性能已出現下降局面[6]。另外，轉基因抗蟲棉對棉鈴蟲和紅鈴蟲有較好的抗性，而對其他蟲害無明顯抗性，導致在不施藥的情況下，棉田的蚜蟲、薊馬、盲椿象、地老虎等害蟲數量反而增加。病害對棉花生產影響也非常嚴重，如黃萎病等。而新生病害出現后防治措施較少，如山西省農業科學院棉花研究所近年發現的棉花萎蔫綜合癥[7]、國欣種業研究的棉花早枯癥狀等均對棉花生產構成嚴重影響[8]，目前正在積極探討其發病機理并研究理想的防治手段，防止該病的進一步蔓延。

2.3 轉基因抗蟲棉的種子市場體系混亂

目前，國產轉基因抗蟲棉產量性狀已優于國外轉基因抗蟲棉，但普遍存在品種間同質性較高、抗逆性差別較大、品種壽命短等問題。而且市場品種多、亂、雜；種子質量參差不齊[9]；一個品牌的種子性狀類型很多；一個新品種一旦審定，冒牌種子隨即就會出現，使棉農受害、科研單位受損，進而導致整個棉花種子市場混亂。

2.4 棉花配套栽培技術體系相對落后

近年來，隨著農村從事田間勞作的勞動力減少、棉花市場的持續低迷以及棉花相應栽培技術更新較慢，造成目前轉基因抗蟲棉種植技術的推廣應用停滯不前。其具體表現在：田間粗放管理，不同棉花品種之間的栽培模式不予區別，不能夠嚴格按要求控制不同棉花品種對種植密度的需求；不及時或不實施化學調控，造成棉花營養生長與生殖生長比例失調、有效結鈴率下降，沒有合理施肥，重氮磷肥、少鉀肥、缺微肥，造成營養失調；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，造成轉基因抗蟲棉產量徘徊不前和經濟效益不高。

3 轉基因棉花面臨的機遇及其發展趨勢

目前，世界上作物基因工程領域主要研究方向為復合性狀，這是未來的發展趨勢，它符合農戶和消費者的多樣化需求。美國2009年種植的復合性狀作物占到轉基因作物的41%。孟山都公司計劃于2015年將耐旱轉基因棉花推向市場，其第2代轉雙Bt基因抗蟲棉目前已在美國大面積種植。2010年，美國向市場推出SmartStaxTM玉米，這種轉基因玉米攜帶8種不同的新型編碼基因，可抗地上害蟲和地下害蟲，并對除草劑有一定的耐性[2]。未來的復合性狀將包括抗蟲、耐除草劑和耐干旱等。與國外相比，目前我國進入市場的轉基因棉花主要是轉基因抗蟲棉，其他類型的轉基因棉花還處于研究階段。為此，我國“十一五”啟動轉基因重大專項，各個研究機構正在研究構建攜帶復合性狀的多重抗逆基因的轉化載體，預計在近年內將會推出兼有抗蟲、抗病、耐鹽堿、纖維改良等不同復合性狀的轉基因棉花品種用于商業種植。預計新型轉基因棉花投入市場，棉花的抗逆性和產量將會上一個新的臺階。

在轉基因作物中，轉基因棉花發展速度較快，較為成功，預計2015年我國棉花面積將穩定在566.7 萬 hm2，單產 1 350 kg/hm2，總產 800 萬 t，國內棉花自給率在60%左右，轉基因棉花將占植棉面積的90%以上。黃河流域棉區及新疆棉區333.3萬hm2棉田，每年轉基因棉花種子總需約3億kg。隨著轉基因棉花品種的更新換代，急需新審定具有產量水平高、抗蟲性穩定、抗病性好且有很好市場競爭力的棉花品種。

山西省棉花種植面積雖然小，但棉花基礎研究、育種、生產水平均位居全國前列。山西省農科院棉花研究所培育的晉棉系列新品種具有適應性廣、高產、品質好等特點，有很強的市場競爭力[10-11]。隨著抗蟲棉品種的更新換代，晉棉系列轉基因棉花新品種市場前景十分廣闊。目前，山西省農科院棉花研究所與國內多家單位合作，正在研究、轉化、培育具有復合性狀的新類型轉基因棉花種質資源和品種，可望實現對棉花主要害蟲的廣譜高抗及簡化種植的育種目標[12-13]。

4 轉基因棉花的發展思路與發展目標

在現有的轉基因棉花培育基礎上，實行多單位、多人員協同合作，進一步構建、轉化、培育具有自主知識產權的復合性狀轉基因棉花新種質資源和新品種；在現有技術的基礎上，建立晉棉系列轉基因棉花的育種試驗站和穩定的生產基地；進一步建立完善的晉棉系列棉花新品種的配套生產技術體系、質量監控體系以及種子生產的安全評價體系；在全國繼續擴大推廣種植面積。

4.1 加強自主創新

堅持以自主創新為主，引進消化、轉化推廣為輔的路子，把常規育種與分子育種相結合，以精準育種作為目標定位，選育在復合性狀多方面有突破性進展的強勢品種。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，擴大抗蟲范圍，除抗棉鈴蟲外，對地老虎、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、豐產性、耐鹽堿、纖維改良等復合性狀轉基因棉花，培育多抗、優質、高產的棉花新種質資源及品種；四是進一步優化棉花農桿菌介導法，并創建新的快速棉花轉化方法，提高轉化效率，縮短轉化周期。

4.2 規范種植管理

根據不同的生態氣候條件、棉鈴蟲的發生規律以及不同轉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，建立規范的轉基因抗蟲棉原原種、原種、良種繁育體系，加強品種的提純復壯。

4.3 產業化經營

進一步強化棉花完整產業鏈建設，支持高等院校、科研院所同農民專業合作社、龍頭企業、棉農開展多種形式的合作，建立上下聯合、育繁推一體化、產供銷一條龍的大型企業集團，使產業鏈條覆蓋從育種到市場終端的整個過程，改變棉花生產分散、收儲混亂、加工落后的局面，實現棉花生產技術集成化、勞動機械化、質量標準化、加工現代化，實現棉花生產區域化布局、標準化生產、產業化經營。

［1］李淑君，焦改麗，石躍進.轉Bt基因抗蟲棉晉棉26號的生產特性及其配套技術[J].山西農業科學，1998，26（3）：3-6.

［2］Clive James.2008年全球生物技術／轉基因作物商業化發展態勢[J].中國生物工程雜志，2009，29（2）：1-10.

［3］Clive James.2009年全球生物技術/轉基因作物商業化發展態勢[J].中國生物工程雜志，2010，30（2）：1-22.

［4］李燕娥，郭三堆.棉花農桿菌介導高效轉化體系[J].中國棉花，2000，27（5）：10-11.

［5］陳志賢.利用農桿菌介導法轉移tfdA基因獲得可遺傳的抗2，4-D棉株[J].中國農業科學，1994，27（2）：31-37.

［6］史冬平.高新技術在棉花育種上的應用及進展[J].中國農學通報，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[J].中國棉花，2010，37（5）：8-18.

［8］張德才.棉花早枯的原因及預防措施 [C]//中國棉花學會2010年年會論文匯編.延吉：中國棉花學會，2010.

［9］陳斌，何敏，穆宏聲.當前轉基因抗蟲棉生產中存在的問題及對策[J].作物雜志，2005（5）：62-63.

［10］吳霞，焦改麗，吳家和，等.棉花農桿菌介導法轉化機理及研究進展[J].山西農業科學，2001，29（1）：27-30.

［11］羅曉麗，吳家和，張安紅，等.轉Bt基因棉花的研究應用及問題與對策[J].山西農業科學，2005，33（1）：7-11.

［12］王彥霞，王省芬，馬峙英.棉花轉基因技術的研究及應用[J].華北農學報，2006，21（增刊）：41-45.

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