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1、论转基因棉花及其发展状况摘要：棉花是重要的经济作物，可是一些地区农业生产中的水利灌溉条件不优越，然而转基因棉花克服了这个困难，但是同样面临其他严峻的挑战就是对环境的影响以及其他影响。本文就转基因棉花来现状及存在问题等来探讨一下转基因食品的发展前景。近年来，我国的转基因研究取得了较大发展，并且在基因药物、转基因作物、农作物基因图与新品种等方面具有相对比较优势。目前已批准棉花、番茄、辣椒、番木瓜、矮牵牛为商品化的转基因作物。其中转基因棉花育种及产业化在我国取得了巨大的成功，不仅为增加我国植棉的经济效益、保护农业生态环境和维护棉农身体健康作出了突出贡献，而且扭转了美棉公司垄断我国转基因棉种市场的严峻
2、局势，为保障我国棉纺织业持续健康的发展起到了举足轻重的作用 【1】 。下文综合网上的资料与老师的讲解总结了转基因技术在世界棉花育种中取得的成就，同时对转基因棉花巨大的市场潜力以及产业化过程中存在的问题提出观点。对我们更充分的了解转基因食品的应用技术、现状、发展前景有很大的帮助，具有重要的现实意义。关键词：转基因抗虫棉，应用发展，品质改良前言我国转基因棉花研究近 10 年取得重大进展：研制出转基因抗虫棉，已审定的品种正在生产上大面积推广，累计达 160khm2；建立了 Bt 棉的遗传育种、栽培、良种繁育、抗虫性鉴定、棉铃虫的抗性治理、棉田害虫综合防治以及安全性评估等一整套技术体系；棉花抗病基因工
3、程和棉纤维品质改良的基因工程也取得了进展。虽然转基因抗虫棉种植面积在我国逐年增加，取得了显著的经济和社会效益，但存在的抗性单一、缺乏品质改良品种以及市场监管混乱等问题，严重影响了我国棉业的健康发展。据记载，自 1996 年商品化种植转基因作物开始，全球转基因植物的种植面积已由1996 年的 170 万 hm2 猛增到 2008 年的 1.25 亿 hm2，增长了 73 倍，目前已有二十几个国家种植转基因作物。2008 年全球市场价值已达 75 亿美元，约占全球商业种子市场的22，其市场价值优势明显，转基因产业得到了蓬勃发展，尤其在发展中国家。巴西转基因作物种植面积在 2007 增 30%，达
4、350 万 hm2，绝对增长最快的国家，主要生产大豆、玉米、棉花、水稻。印度 Bt 棉 2002 引入，连年种植面积快速增加，至 2008 年达 760 万hm2，产量翻番，曾经是全球棉花产量很低的国家，现已成为棉花出口国。将外源基因转入作物的基因组并得到稳定的遗传和表达从而定向地改造生物是近年来生物工程技术取得的重大进展。棉花是我国重要的经济作物，针对棉花生产两个最主要的限制因子棉铃虫与黄萎病，我国自 1991 年起开展了转基因抗虫、抗病棉花的研制，探索利用基因工程解决常规技术难以解决的问题。1 导论1.1 转基因的基本原理转基因的基本原理也不难理解，它与常规杂交育种有着相似之处。杂交是将整
5、条的基因链（染色体）转移，而转基因是选取最有用的一小段基因转移。因此，转基因比杂交具有更高的选择性。也就是说，通过基因手段将一种或几种外源性基因转移至某种生物体（动、植物和微生物） ，并使其具有效表达出相应的产物（多糖和蛋白质） ，这样的生物体作为食品或以其为原料加工生产的食品。1.1.1 转基因基本概述转基因食品（Genetically Modified Foods，GMF）是利用现代分子生物技术，将某些生物的基因转移到其他物种中去，改造生物的遗传物质，使其在形状、营养品质、消费品质等方面向人们所需要的目标转变。以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品就是“转基因食品” 。转基因食品是指
6、利用基因工程（转基因）技术在物种基因组中嵌入了（非同种）外源基因的食品，包括转基因植物食品、转基因动物食品和转基因微生物食品。1.1.2 主要转基因作物转基因作物在世界广泛种植，主要转基因作物有：棉花、大豆、玉米、油菜籽、甜菜、水果等。2 转基因作物棉花2.1 转基因作物的现状棉花为我国主要农作物之一，其基因工程方面的研究进展迅速，在抗虫、抗除草剂、抗病、改善棉花纤维品质改良及其生态影响方面均取得了一系列重要研究成果。 22.1.1 转基因作物的安全性问题转基因作物可能本身成为杂草；转基因作物的亲缘野生种成为杂草或超级杂草；转基因作物可能产生新的病毒疾病；转基因作物对非目标生物的危害；破坏生物
7、多样性；转基因作物对生态系统及生态过程的影响；其他一些不可预计的风险；转基因生物所引起的外源基因往往可以表达出蛋白质，可能会引起生物的代谢发生变化，造成该生物营养成分的改变。2.2 转基因棉在每个国家的发展2.1.1 转基因棉在美国的发展1990 年，美国利用生物技术，合成 B.t 杀虫基因，导入棉花获得抗虫转基因棉花，成为世界上第一个拥有转基因抗虫棉的国家。孟山都公司研究用的材料是苏云金杆菌的不同菌株 HD-1 和 HD-73 基因和商业棉花Coker312，这是第一代 BtCotton 产品。后又开发出第二代 Bt-Cotton 产品 Bollgard II。2.1.2 转基因棉在中国的发
8、展人工合成了 CryIA(b)和 CryIA(c)杀虫基因导入我国棉花主栽品种获得成功，成为继美国之后，第二个拥有自主研制抗虫棉的国家。人工合成的 GFM CryIA 杀虫基因，表达载体和转化方法已申请了国家发明专利(专利申请号 95119563.8)2.1.3 转基因棉在其他国家的发展在巴基斯坦：巴基斯坦内阁经济协调委员会(ECC)已经批准在全巴大面积种植转基因棉花的计划。在印度：印度农业研究理事会一个公共研究机构已发布第一个真正的新品种。2.3 转基因抗虫棉转基因抗虫棉是指棉花细胞染色体上整合有外源抗虫基因的棉花品种。抗虫基因通常为来源于苏云金芽孢杆菌的 Bt 基因。因此，转基因抗虫棉也称
9、为转 Bt 基因抗虫棉。 【3】 苏云金芽孢杆菌的代谢过程中能产生一种 Bt 杀虫蛋白，它对多种害虫具有毒杀作用，作为生物农药广泛使用在蔬菜、瓜果等作物上。通过根癌农杆菌介导等方法将 Bt 基因转入棉花植株的细胞中后，棉株体内也能合成 Bt 杀虫蛋白。棉铃虫等害虫取食后， Bt 蛋白在昆虫的碱性肠道中转变为毒素，从而使害虫的肠道细胞受到破坏，短时间内使害虫死亡。转 Bt 基因抗虫棉的杀虫谱因 Bt 基因不同而存在差异。我国现有的转基因抗虫棉对棉铃虫、红铃虫、卷叶虫等鳞翅目的害虫具有非常显著的抗性。 【4】2.4 转基因棉花的优缺点优点：有效控制了棉铃虫和红铃虫的危害，减少农药的使用；为益虫提供
10、了良好的环境条件，农田生物多样性更加丰富；给中国的农民带来了巨大经济效应。缺点：可能对蝴蝶等昆虫造成伤害；可能影响周边的植物的生长；可能使昆虫或病菌在演化中增加抗力，或产生新的物种，之后一样会有可能伤害作物。2.5 转基因棉花存在的问题转基因作为一种新兴的生物技术手段，它的不成熟性和不确定性，必然使得转基因食品的安全性成为人们关注的焦点。其中转基因棉存在以下问题：一、抗性、品种单一；二、致盲蝽大爆发；三、转基因棉花的市场监管问题（特别是种子侵权问题） 。3 转基因棉花的综合概况3.1 转基因抗虫基因棉的研制概述杀虫基因的分离克隆是研制转基因抗虫棉花的首要关键。1992 年，中国农科院生物技术研
11、究中心郭三堆等根据植物偏爱的密码子设计和改造了 BtCryIA 杀虫晶体蛋白基因，添加一系列增强基因转录、翻译和表达的元件，首先成功完成了 Bt 基因的人工全合成和高效植物表达栽体的构建。与此同时，豇豆胰蛋白酶抑制剂(CpTI)等抗虫基因也相继分离和克隆，从而为抗虫棉及其它转基因抗虫作物的研制奠定了基础。需要指出的是，Bt 作为一种生物杀虫剂，已在世界范围内使用了 30 年，具有高效，对人畜无毒等优点。Bt 菌形成芽孢时产生的杀虫晶体蛋白(- 内毒素 ) 对不同的昆虫有很强的专一性，对人、畜等哺乳动物无害。这是因为：(1) 无杀虫活性的 Bt 蛋白前体必须在昆虫中肠的碱性 PH 条件下才能转变
12、为成熟的杀虫蛋白，人畜胃肠系统的 PH 为酸性，故不存在将 Bt 蛋白原转变为杀虫蛋白的PH 条件； (2)哺乳动物肠道纹缘膜细胞不存在 Bt 蛋白结合的受体位点(recptor)。就棉花而言，虽然棉籽可加工成食用油或动物饲料，但其主产品棉纤维主要用着衣着原料，在国内外缺乏安全性评估科学数据、尚未批准转基因植物商业化的九十年代初，基于对环境和食品安全性的考虑，以棉花作为植物基因工程的对象是一种明智的选择。3.2 转基因棉花的发展状况转基因抗虫棉是解决棉铃虫危害的有效手段，在我国已经取得了巨大成功。据统 计，如今中国北部地区的棉花有 95%都已经是转基因的了，只有新疆北部地区还在种植非转基因棉花
13、。世界棉花供应量不足，转基因棉花尚有很大的发展空间。目前世界上已有多个实验室正在从事棉纤维基因克隆、表达及遗传改良等方面的研究，并已取得了一定进展。随着科技的进步，利用转基因技术，按照人们的意愿有目的地改进这些性状是完全可能的。以棉纤维为主产品的棉花较之其他以食用为主的粮食作物，利用转基因技术有着更为广阔的前景。3.3 Bt 棉的抗性治理3.1.1Bt 棉在田间对二代棉铃虫幼虫有极强的杀伤力，人工接种初孵和 4 日龄虫皆不能成活，田间棉花基本上无危害现象，顶尖及蕾受害率一般小于 1 %，而非转基因棉的顶尖及蕾受害率达 40 %90 %。因此在抗虫棉上二代棉铃虫不需喷药防治。3.1.2 随着棉花
14、的生长发育，Bt 棉后期的抗虫性有所减弱。通过分期播种试验 (310 月) ，研究棉花生长发育及环境条件对抗虫棉抗虫性的影响，结果表明抗虫棉的抗虫性前期高、后期低主要受棉花生育期的影响。 【5】 1112 叶期为抗虫性的转折点。3.3 Bt 棉的安全性评估3.3.1 以环磷酰胺作为阳性诱变剂，普通棉的棉籽及棉籽油作为对照，同时设阴性对照组，检查 Bt 棉棉籽、棉籽油饲喂小鼠后骨髓嗜多染红细胞的微核率和精子畸变率，结果表明，Bt 与普通棉的棉籽及棉籽油对小鼠的体细胞和性细胞均没有诱变活性，且没有剂量效应，对小鼠的食欲、肝、脾、肾亦无影响。 【6】3.3.2 已制备的 Bt 蛋白多克隆抗体检测试剂
15、盒，可用于区分 Bt 棉和非 Bt 棉，在非 Bt 棉上未发现假阳性，检测精度 10ng，叶片中最高表达量可达 17ppm，花药中则在 015ppm 左右。3.3.3 棉花的纤维品质改良的基因工程转基因棉花研究已从农艺性状转育阶段(抗虫、抗除草剂等) 扩展到产品应用阶段(如彩色棉、特强或特长纤维等)，讫今我国已克隆了棉花微丝结合蛋白 Profilin 和 ADF 基因以及棉花 Expansin 基因的 cDNA，用差异显示法，获得了 30 多条棉花种子与纤维特异的片段；用棉纤维特异表达的 Ec 基因启动子驱动兔毛角蛋白基因，获得转基因棉花，该项研究已在上海世华植物基因工程有限公司研究成功。转动
16、物角蛋白基因棉花使棉纤维首次具有兔毛的品质，是我国基因工程改良棉纤棉的重大创新突破。目前该项目已进入株系扩繁阶段，所得转基因棉籽已种入大田长势良好。总之，我国的转基因技术可以在转基因作物上体现出来，在科技不断发展过程中，通过实际应用来逐渐提高改良产品品质，提高我国的技术应用。参考文献1 张社梅、赵芝俊、朱希刚等从国产转基因棉花的成功看我国农业高新技术产业化的道路选择J. 农业科技管理， 2008，27（1）：16-48 。2 秦永华、乔志新、刘进元、等转基因技术在棉花育种上的应用J. 棉花学报，2007，19（6）：482-488。3 崔洪志、郭三堆 1 我国抗虫转基因棉花研究取得重大进展 J 1中国农业科学11996 (1)：93。4 郭香墨、刘海涛、张永山等 1 我国转 Bt 基因棉育种技术与成就J 1中国棉花1999 (7)：2 5。5 夏敬源 1 抗虫棉在棉铃虫综合治理中的作用研究初探J 1中国棉花 ，1995 (8)：8 10。6
