轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉

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1、轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的研究進(jìn)展摘要：綜述了轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的研究進(jìn)展，包括抗蟲(chóng)基因的研究、載體構(gòu)建技術(shù)的研究、轉(zhuǎn)化技術(shù)的研究及存在的問(wèn)題等，并展望了轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉未來(lái)發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉花研究進(jìn)展引言棉花生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、蟲(chóng)害多，造成的損失非常嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉商品化之前，全球每年用于防治棉花蟲(chóng)害的費(fèi)用高達(dá)20億美元，約占所有農(nóng)作物防蟲(chóng)費(fèi)用的四分之一。[1]傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)藥防治棉鈴蟲(chóng)不僅費(fèi)用高，且已引發(fā)了棉蟲(chóng)的抗藥性，同時(shí)化學(xué)殺蟲(chóng)劑的過(guò)量使用也帶來(lái)了環(huán)境污染的問(wèn)題，而轉(zhuǎn)基因植物所產(chǎn)生的殺蟲(chóng)蛋白主要是通過(guò)抑制害蟲(chóng)消化等生理功能而達(dá)到抗蟲(chóng)的目的。與施藥防治棉田害蟲(chóng)相比，轉(zhuǎn)基因

2、技術(shù)具有較多優(yōu)勢(shì)：不會(huì)在土壤和地下水中造成殘留；不會(huì)被雨水沖刷流失；對(duì)非靶標(biāo)生物無(wú)毒性；保護(hù)作用無(wú)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(gè)轉(zhuǎn)入重要作物、并對(duì)刺吸式口器害蟲(chóng)有抗性的基因，轉(zhuǎn)GNA的水稻可降低害蟲(chóng)的存活率，阻止害蟲(chóng)的發(fā)育[3]。另外煙草陰離子過(guò)氧化物酶[4]、昆蟲(chóng)幾丁質(zhì)酶基因[5]也被用于抗蟲(chóng)基因工程的研究。迄今為止在棉花抗蟲(chóng)基因工程研究領(lǐng)域，最成功的例子是蘇云金芽孢桿菌Bt殺蟲(chóng)基因的應(yīng)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(chóng)植物的

3、研究也取得了進(jìn)展，所以利用基因工程技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉受到了各國(guó)的高度重視。自1996年商品化種植轉(zhuǎn)基因作物開(kāi)始，全球轉(zhuǎn)基因植物的種植面積已由1996年的170萬(wàn)hm2猛增到2008年的1.25億hm2，增長(zhǎng)了73倍，2008年全球市場(chǎng)價(jià)值已達(dá)75億美元，約占全球商業(yè)種子市場(chǎng)的22%，其市場(chǎng)價(jià)值優(yōu)勢(shì)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(guó)家。印度Bt棉2002年引入，連年種植面積快速增加，至2008年達(dá)760萬(wàn)hm2，產(chǎn)量翻番，曾經(jīng)是全球棉花產(chǎn)量很低的國(guó)家，現(xiàn)已成為棉花出口國(guó)。轉(zhuǎn)基因棉回報(bào)率高，生產(chǎn)成本低，市場(chǎng)需求大，到2005年我國(guó)通過(guò)國(guó)家審定的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉品種

4、已增至26個(gè)[6]，到2007年我國(guó)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉種植面積已達(dá)380萬(wàn)hm2，占全國(guó)棉花種植面積的69%。農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用國(guó)際服務(wù)組織（ISAAA）發(fā)布的報(bào)告顯示，2007年轉(zhuǎn)基因作物種植面積增加了12%，達(dá)到了1.143億hm2，成為過(guò)去五年來(lái)種植面積增加第二快的一年。[7]2008年至2010年，我國(guó)新型轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉培育和產(chǎn)業(yè)化全面推進(jìn)，新培育36個(gè)抗蟲(chóng)棉品種，累計(jì)推廣1.67億畝，實(shí)現(xiàn)效益160億元，國(guó)產(chǎn)抗蟲(chóng)棉市場(chǎng)份額達(dá)到93%，有效控制了棉鈴蟲(chóng)危害，徹底打破了國(guó)外抗蟲(chóng)棉的壟斷地位。這是我國(guó)轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項(xiàng)取得的成就之一。我國(guó)轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究與應(yīng)用取得了顯

5、著成效：獲得一批具有重要應(yīng)用價(jià)值和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基因，培育一批抗病蟲(chóng)、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(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的科技支撐。然而，隨著轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉在世界范圍的發(fā)展，也不斷涌現(xiàn)出一些問(wèn)題，如棉花質(zhì)量問(wèn)題，抗蟲(chóng)性持久問(wèn)題，對(duì)生態(tài)環(huán)境安全問(wèn)題等，本文綜述了轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的研究進(jìn)展，包括抗蟲(chóng)基因的研究、載體構(gòu)建技術(shù)的研究、轉(zhuǎn)化技術(shù)的研究及存在的問(wèn)題等，并展望了轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉未來(lái)發(fā)展前景。1.幾種抗蟲(chóng)基因的介紹1.1Bt基因Bt基因是蘇云金芽孢桿菌（Bacillusthuringiensis）的簡(jiǎn)稱，它是一種革蘭氏陽(yáng)性菌，在地球上分布十分廣泛。Bt基

6、因是抗蟲(chóng)棉中研究最多、進(jìn)展最快、應(yīng)用最廣泛的一類基因，它對(duì)鱗翅目昆蟲(chóng)有專一殺傷作用。大部分Bt殺蟲(chóng)蛋白具有殺蟲(chóng)專一性和高度選擇性，所以對(duì)植物和包括人在內(nèi)的動(dòng)物沒(méi)有毒害，而且是環(huán)境可以接受的。這種芽孢桿菌的殺蟲(chóng)特性在于它在形成芽孢時(shí)產(chǎn)生一種殺蟲(chóng)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(dá)，使得棉鈴蟲(chóng)在棉花的整個(gè)生長(zhǎng)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(dòng)力投入7%，轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉花比一般棉花平均提高單產(chǎn)10%，扣除種子成本和價(jià)格因素，每公頃增收可達(dá)到1250元

7、[10]Bt基因的種類很多，但獲得轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)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(chóng)、紅鈴蟲(chóng)、玉米螟等害蟲(chóng)有較高的抗性。[7]天然Bt基因在轉(zhuǎn)基因植物中表達(dá)很低[Vaecketal.1987，F(xiàn)ischhoffetal.1987]，故多采用人工合成的方法對(duì)Bt基因進(jìn)行改造以獲得能在植物高校表達(dá)的殺蟲(chóng)基因。如：Perlak等[13]按照雙子葉植物優(yōu)化密碼子，以化學(xué)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