转基因抗虫棉的研究进展

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1、转基因抗虫棉的研究进展摘要：综述了转基因抗虫棉的研究进展，包括抗虫基因的研究、载体构建技术的研究、转化技术的研究及存在的问题等，并展望了转基因抗虫棉未来发展前景。关键词：转基因抗虫棉花研究进展引言棉花生长周期长、虫害多，造成的损失非常严重。据统计，在转基因抗虫棉商品化之前，全球每年用于防治棉花虫害的费用高达20亿美元，约占所有农作物防虫费用的四分之一。[1]传统的化学农药防治棉铃虫不仅费用高，且已引发了棉虫的抗药性，同时化学杀虫剂的过量使用也带来了环境污染的问题，而转基因植物所产生的杀虫蛋白主要是通过抑制害虫消化等

2、生理功能而达到抗虫的目的。与施药防治棉田害虫相比，转基因技术具有较多优势：不会在土壤和地下水中造成残留；不会被雨水冲刷流失；对非靶标生物无毒性；保护作用无盲区；减少农药及用工投入[2]等。雪花凝集素（Gulanthusnivalisagglutiningene，GNA）是第一个转入重要作物、并对刺吸式口器害虫有抗性的基因，转GNA的水稻可降低害虫的存活率，阻止害虫的发育[3]。另外烟草阴离子过氧化物酶[4]、昆虫几丁质酶基因[5]也被用于抗虫基因工程的研究。迄今为止在棉花抗虫基因工程研究领域，最成功的例子是苏云金芽

3、孢杆菌Bt杀虫基因的应用，其次是蛋白酶抑制剂基因。另外，凝集素、α-淀粉酶抑制剂、胆固醇氧化酶等转基因抗虫植物的研究也取得了进展，所以利用基因工程技术培育转基因抗虫棉受到了各国的高度重视。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，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。印度Bt棉2002年引入，连年种植面积快速增加，至2008

4、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。转基因棉回报率高，生产成本低，市场需求大，到2005年我国通过国家审定的转基因抗虫棉品种已增至26个[6]，到2007年我国转基因抗虫棉种植面积已达380万hm2，占全国棉花种植面积的69%。农业生物技术应用国际服务组织（ISAAA）发布的报告显示，2007年转基因作物种植面积增加了12%，达到了1.143亿hm2，成为过去五年来种植面积增加第二快的一年。[7]2008年至2010年，我国新型转基因抗虫棉培育和产业化全面推进，新培育36

5、个抗虫棉品种，累计推广1.67亿亩，实现效益160亿元，国产抗虫棉市场份额达到93%，有效控制了棉铃虫危害，彻底打破了国外抗虫棉的垄断地位。这是我国转基因生物新品种培育重大专项取得的成就之一。我国转基因技术研究与应用取得了显著成效：获得一批具有重要应用价值和自主知识产权的基因，培育一批抗病虫、抗逆、优质、高产、高效的重大转基因生物新品种，为我国农业可持续发展提供强有力的科技支撑。然而，随着转基因抗虫棉在世界范围的发展，也不断涌现出一些问题，如棉花质量问题，抗虫性持久问题，对生态环境安全问题等，本文综述了转基因抗虫棉

6、的研究进展，包括抗虫基因的研究、载体构建技术的研究、转化技术的研究及存在的问题等，并展望了转基因抗虫棉未来发展前景。1.几种抗虫基因的介绍1.1Bt基因Bt基因是苏云金芽孢杆菌（Bacillusthuringiensis）的简称，它是一种革兰氏阳性菌，在地球上分布十分广泛。Bt基因是抗虫棉中研究最多、进展最快、应用最广泛的一类基因，它对鳞翅目昆虫有专一杀伤作用。大部分Bt杀虫蛋白具有杀虫专一性和高度选择性，所以对植物和包括人在内的动物没有毒害，而且是环境可以接受的。这种芽孢杆菌的杀虫特性在于它在形成芽孢时产生一种杀

7、虫晶体蛋白（insecticidalcrystalprotein，ICP）或（δ-内毒素）[8,9]转Bt基因棉的毒素能在棉株内持续表达，使得棉铃虫在棉花的整个生长期都受到Bt毒蛋白的高压选择，因而减少了农药用量约60%，减少劳动力投入7%，转基因抗虫棉花比一般棉花平均提高单产10%，扣除种子成本和价格因素，每公顷增收可达到1250元[10]Bt基因的种类很多，但获得转基因抗虫棉的Bt基因仅有Cry1A（b）、Cry1A（c）、Cry1A等少数几种。Bt基因对棉铃虫、红铃虫、玉米螟等害虫有较高的抗性。[7]天然Bt

8、基因在转基因植物中表达很低[Vaecketal.1987，Fischhoffetal.1987]，故多采用人工合成的方法对Bt基因进行改造以获得能在植物高校表达的杀虫基因。如：Perlak等[13]按照双子叶植物优化密码子，以化学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