轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的研究進展

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1、轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的研究進展摘要：綜述了轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的研究進展，包括抗蟲基因的研究、載體構建技術的研究、轉(zhuǎn)化技術的研究及存在的問題等，并展望了轉(zhuǎn)基因抗蟲棉未來發(fā)展前景。關鍵詞：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花研究進展引言棉花生長周期長、蟲害多，造成的損失非常嚴重。據(jù)統(tǒng)計，在轉(zhuǎn)基因抗蟲棉商品化之前，全球每年用于防治棉花蟲害的費用高達20億美元，約占所有農(nóng)作物防蟲費用的四分之一。[1]傳統(tǒng)的化學農(nóng)藥防治棉鈴蟲不僅費用高，且已引發(fā)了棉蟲的抗藥性，同時化學殺蟲劑的過量使用也帶來了環(huán)境污染的問題，而轉(zhuǎn)基因植物所產(chǎn)生的殺蟲蛋白主要是通過抑制害蟲消化等

2、生理功能而達到抗蟲的目的。與施藥防治棉田害蟲相比，轉(zhuǎn)基因技術具有較多優(yōu)勢：不會在土壤和地下水中造成殘留；不會被雨水沖刷流失；對非靶標生物無毒性；保護作用無盲區(qū)；減少農(nóng)藥及用工投入[2]等。雪花凝集素（Gulanthusnivalisagglutiningene，GNA）是第一個轉(zhuǎn)入重要作物、并對刺吸式口器害蟲有抗性的基因，轉(zhuǎn)GNA的水稻可降低害蟲的存活率，阻止害蟲的發(fā)育[3]。另外煙草陰離子過氧化物酶[4]、昆蟲幾丁質(zhì)酶基因[5]也被用于抗蟲基因工程的研究。迄今為止在棉花抗蟲基因工程研究領域，最成功的例子是蘇云金芽

3、孢桿菌Bt殺蟲基因的應用，其次是蛋白酶抑制劑基因。另外，凝集素、α-淀粉酶抑制劑、膽固醇氧化酶等轉(zhuǎn)基因抗蟲植物的研究也取得了進展，所以利用基因工程技術培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉受到了各國的高度重視。自1996年商品化種植轉(zhuǎn)基因作物開始，全球轉(zhuǎn)基因植物的種植面積已由1996年的170萬hm2猛增到2008年的1.25億hm2，增長了73倍，2008年全球市場價值已達75億美元，約占全球商業(yè)種子市場的22%，其市場價值優(yōu)勢明顯，轉(zhuǎn)基因產(chǎn)業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，尤其在發(fā)展中國家。印度Bt棉2002年引入，連年種植面積快速增加，至2008

4、年達760萬hm2，產(chǎn)量翻番，曾經(jīng)是全球棉花產(chǎn)量很低的國家，現(xiàn)已成為棉花出口國。轉(zhuǎn)基因棉回報率高，生產(chǎn)成本低，市場需求大，到2005年我國通過國家審定的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種已增至26個[6]，到2007年我國轉(zhuǎn)基因抗蟲棉種植面積已達380萬hm2，占全國棉花種植面積的69%。農(nóng)業(yè)生物技術應用國際服務組織（ISAAA）發(fā)布的報告顯示，2007年轉(zhuǎn)基因作物種植面積增加了12%，達到了1.143億hm2，成為過去五年來種植面積增加第二快的一年。[7]2008年至2010年，我國新型轉(zhuǎn)基因抗蟲棉培育和產(chǎn)業(yè)化全面推進，新培育36

5、個抗蟲棉品種，累計推廣1.67億畝，實現(xiàn)效益160億元，國產(chǎn)抗蟲棉市場份額達到93%，有效控制了棉鈴蟲危害，徹底打破了國外抗蟲棉的壟斷地位。這是我國轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項取得的成就之一。我國轉(zhuǎn)基因技術研究與應用取得了顯著成效：獲得一批具有重要應用價值和自主知識產(chǎn)權的基因，培育一批抗病蟲、抗逆、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的重大轉(zhuǎn)基因生物新品種，為我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供強有力的科技支撐。然而，隨著轉(zhuǎn)基因抗蟲棉在世界范圍的發(fā)展，也不斷涌現(xiàn)出一些問題，如棉花質(zhì)量問題，抗蟲性持久問題，對生態(tài)環(huán)境安全問題等，本文綜述了轉(zhuǎn)基因抗蟲棉

6、的研究進展，包括抗蟲基因的研究、載體構建技術的研究、轉(zhuǎn)化技術的研究及存在的問題等，并展望了轉(zhuǎn)基因抗蟲棉未來發(fā)展前景。1.幾種抗蟲基因的介紹1.1Bt基因Bt基因是蘇云金芽孢桿菌（Bacillusthuringiensis）的簡稱，它是一種革蘭氏陽性菌，在地球上分布十分廣泛。Bt基因是抗蟲棉中研究最多、進展最快、應用最廣泛的一類基因，它對鱗翅目昆蟲有專一殺傷作用。大部分Bt殺蟲蛋白具有殺蟲專一性和高度選擇性，所以對植物和包括人在內(nèi)的動物沒有毒害，而且是環(huán)境可以接受的。這種芽孢桿菌的殺蟲特性在于它在形成芽孢時產(chǎn)生一種殺

7、蟲晶體蛋白（insecticidalcrystalprotein，ICP）或（δ-內(nèi)毒素）[8,9]轉(zhuǎn)Bt基因棉的毒素能在棉株內(nèi)持續(xù)表達，使得棉鈴蟲在棉花的整個生長期都受到Bt毒蛋白的高壓選擇，因而減少了農(nóng)藥用量約60%，減少勞動力投入7%，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花比一般棉花平均提高單產(chǎn)10%，扣除種子成本和價格因素，每公頃增收可達到1250元[10]Bt基因的種類很多，但獲得轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的Bt基因僅有Cry1A（b）、Cry1A（c）、Cry1A等少數(shù)幾種。Bt基因?qū)γ掴徬x、紅鈴蟲、玉米螟等害蟲有較高的抗性。[7]天然Bt

8、基因在轉(zhuǎn)基因植物中表達很低[Vaecketal.1987，F(xiàn)ischhoffetal.1987]，故多采用人工合成的方法對Bt基因進行改造以獲得能在植物高校表達的殺蟲基因。如：Perlak等[13]按照雙子葉植物優(yōu)化密碼子，以化學合成方法合成了衍生于BtkurstakiHD-1、Cry1A（b）和HD-73、Cry1A（c）的嵌合基因，其3′端的1/2序列被