转基因抗虫棉使中国北方农作物免受虫害
时间:2008-09-23 06:04 来源:科学时报 作者:bioguider 点击:次
9月17日，美国《科学》杂志及其发行者——美国科学促进会，与中国农业科学院合作在北京召开了新闻发布会，介绍一篇发表在9月19日出版的《科学》杂志上的中国科学家论文——《在中国种植含Bt毒素棉花的地区，棉铃虫在多种作物中受到抑制》。 这是美国科学促进会首次在中国举行新闻发布会，介绍中国科学家的成果。论文的5位共同作者分别来自中国农业科学院和国家农业技术发展和服务中心。中国农业科学院的陆宴辉博士、吴孔明博士和封洪强是其中3位。在新闻发布会上，他们介绍了Bt棉在中国的商业化种植及其对生态影响的研究。 苏云金杆菌(简称Bt)是一种微生物杀虫剂，经基因工程改造后能表达Bt的棉花被称为Bt棉。吴孔明等的新研究发现，过去10年间，中国北方大规模种植的Bt棉不仅降低了棉花害虫的数量，而且还减少了周边没有进行Bt改良的农作物的虫害。表明Bt棉可能是未来控制农作物病虫害、提高农作物产量的新途径。 “这篇论文的数据有特别的价值，因为它们是作者在多年时间里对大面积的农田和大量农民跟踪调查的结果。”《科学》杂志的资深编辑帕梅拉·J·海因斯在对这篇论文的书面评价中写道，“世界各地农业土地的使用模式各不相同。在中国，许多农民的资源都很有限，来自中国的新观点将有助于世界其他资源有限地方的农业生产。论文的作者分析了Bt棉农业对生态的影响，并提供了激动人心的证据，《科学》杂志很高兴报道这一研究成果。” 棉铃虫对中国大部分地区的农作物危害严重。吴孔明说：“1992年，棉铃虫造成了中国华北地区大约30%的棉产量损失。由于当时控制虫害的成本很高，许多农民拒绝种植棉花。这一有关Bt棉的案例研究，意味着Bt水稻等其他Bt作物也可能对中国的农业生产具有很大潜力。Bt棉的成功会推动中国的遗传改良作物的商业化进程。” 棉铃虫是一种夜蛾科昆虫，对棉花、玉米、大豆、花生和蔬菜等作物有严重危害。Bt是一种微生物杀虫剂，1911年因发现于德国的苏云金地区而得名。20世纪前半叶，Bt以农药的方式喷洒在作物上，其活性部分转变成一种有毒的蛋白质晶体，能杀死棉铃虫等蛾子和蝴蝶类的幼虫，且被认为对人类和其他动物无害，还能在环境中迅速降解，不会污染地下水。相比之下，许多化学杀虫剂对环境和人体健康均有副作用。因此，目前全球已有50多个国家批准使用Bt杀虫剂。 20世纪后期，科学家们利用转基因技术，将Bt基因直接植入植物。这种Bt植物能在其叶子和茎杆组织中表达出Bt蛋白质，从而具有抗虫性。20世纪90年代初，美国开始商业化种植Bt棉。目前，美国大约80%的棉田种植了Bt棉。2007年的统计数据显示，全球各地已有4210万公顷的农田种植了携带杀虫剂的转基因植物，占所有转基因植物的37%，其中，Bt棉1400万公顷。 20世纪80年代末和90年代初，中国几乎年年暴发棉铃虫害。1997年，中国政府正式批准商业化种植Bt棉，这也是目前为止唯一在中国获得商业化许可的Bt植物。2007年，中国有380万公顷的Bt棉田。 为了解中国Bt棉的种植对生态环境和农业经济的影响，吴孔明和同事合作，收集并分析了1997～2007年间中国北方六省Bt棉的农业数据，范围涵盖1000万农户种植的3800万公顷农田，其中包括380万公顷的Bt棉花田，2200万公顷的其他非Bt作物。他们将焦点放在对中国农民来说非常严重的害虫——棉铃虫身上。 他们的分析显示，随着Bt棉种植年份的增加，棉铃虫的数量显著下降，2002～2007年间的下降幅度尤其大。他们同时也对多种影响棉铃虫发生的因素，如温度、降雨量和Bt棉等，进行了分析研究，结果发现，在被商业化引进的10年中，Bt棉是棉花和其他许多非转基因作物中棉铃虫受到长期抑制的主要原因。吴孔明和同事提出，这可能是因为棉花是吸引棉铃虫产卵的主要宿主，而Bt棉花通过杀死棉铃虫幼虫而减少了棉铃虫的总体数量，因此对其他作物也提供了保护。 Bt棉的种植也有益于改善农民的健康状况。论文的共同作者、中国农业科学院的赵建周博士说：“1990年，因为使用化学杀虫剂而中毒甚至死亡是棉农面临的一个大问题。在用小型背负式喷雾器喷洒杀虫剂时，大多数农民都没有穿上恰当的保护性衣服，这可能是许多农民在Bt棉问世前不肯栽种棉花的另外一个原因——那实在是太危险了。” Bt技术带给中国一种控制虫害的新思路和新工具，但目前还不清楚这种技术对经济的长期和广泛的影响。吴孔明和同事也指出，使用Bt棉所面临的主要挑战是害虫可能会发生进化，对该杀虫剂产生抗性。因而，他们坚持认为，尽管Bt棉价值可观，仍然只能被视作是病虫害整体控制的一个组成部分。 国际权威学术刊物美国《科学》杂志１９日以封面文章的形式刊登了中国农业科学院吴孔明等研究人员有关转基因棉的一项科研成果。 中国农科院植物保护所所长、植物病虫害生物学国家重点实验室主任吴孔明博士带领他的团队，花费了近十年的时间，以大量的数据和试验结果证明，在中国广泛种植的Ｂｔ转基因棉花除了可以自己“杀虫”之外，还能保护周边的农作物免受棉铃虫危害，颇有“造福一方”的连带效应。 Ｂｔ棉花是一种具有Ｂｔ杀虫能力的转基因棉花。Ｂｔ是一种土壤杆菌——“苏云金芽孢杆菌”的缩写，这种菌在芽孢的形成过程中会产生一种具有很高杀虫活性的晶体蛋白，近几年克隆Ｂｔ基因已被转入植物，使得植物具备同样的杀虫能力，也可以说植物本身就成了自己的“杀虫剂”。 据研究人员介绍，目前中国比较通行将Ｂｔ棉和多种作物混合种植，以减少棉铃虫对Ｂｔ棉产生抗药性的几率。在其他周边农作物上寄生的棉铃虫都会迁移到Ｂｔ棉上产卵，幼虫和成虫如果食用这种棉花都会死亡。长期生活在Ｂｔ棉上的棉铃虫如果产生抗药性，它和食用其他作物的棉铃虫交配产生的幼虫抗药性将减低，仍然能够被Ｂｔ棉杀死。 吴孔明说：“这是转基因棉对生态环境作用研究的一项新发现，同时对中国多作物混合种植体系研究也具有重要意义。” 研究数据表明，中国农民种植Ｂｔ转基因棉后，棉铃虫的数量显著减少，棉花产量增加了１５％－２０％，农药用量减少５０％以上，因喷洒农药造成的生态污染大大减少，也让那些由于喷农药而中毒的棉农松了一口气。 吴孔明说，他们的研究始于１９９７年，当时中国商业化种植转基因棉刚刚开始，一直持续到２００７年。研究覆盖了北方六个省——山东、河北、河南、江苏、安徽和陕西，约３８００万公顷的转基因棉田。 在中国，棉花生产最大的威胁来自虫害，其中罪魁祸首就是棉铃虫。１９９２年，中国的黄河流域曾爆发过大规模的棉铃虫害，造成了华北地区大约３０％的棉产量损失，给国家和棉农造成了约１００亿元的经济损失。 对于这种Ｂｔ转基因棉是否会造成土壤药物残留，从而造成“转基因”污染，吴孔明解释说Ｂｔ杀虫剂１９６０年开始就已经在国际市场上销售了，它被认为对人、鱼类、植物、微生物及大多数昆虫是无害的，“它的转基因成分进入土壤后，大约在３天左右，就可以全部降解了。” 他在肯定转基因棉重大作用的同时也指出：“每种技术的作用都是相对的，Ｂｔ棉同时也会杀死一些蛾或蝴蝶的幼虫，而且不喷洒农药后，棉花的大天敌棉铃虫没有了，但会滋生象盲椿蟓这种小天敌。”“而且对于Ｂｔ棉来说，经过长久的种植以后，棉铃虫是否会对它产生抗药性，使得这种棉花最终失去效用，还需要进一步研究。” 吴孔明介绍说，转基因棉除了该项目研究的国外这种进口品种外，中国在开发转基因棉项目上的技术也逐渐成熟，目前中国每年棉花种植面积大约在５００－６００万公顷，国产转基因棉种植面积占到７０％左右。 ２００７年，中国种植转基因棉约３５０万公顷，减少使用杀虫剂达１４万吨。“对中国农民来说，这种转基因棉的栽培过程不需要特殊的农业器械，对日常耕作也无影响。”吴孔明说。 《科学》杂志是非盈利性科学机构——美国科学促进会主办的刊物，在全球拥有大约１００万读者，内容涵盖生物、物理等多个学科种类。 【《财经网》专稿/实习记者 孙昊牧】在中国北方地区开展的一项研究表明，基因改良的棉花（Bt棉）不但降低了棉铃虫在棉花上的数量，而且还有效抑制了棉铃虫在附近多种作物上的种群数量。 这一来自最新成果，发表在今天（9月19日）出版的美国《科学》杂志上。 Bt是一种起源于苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）的芽胞和其有毒晶体的杀虫剂。它自1960年开始就已经在市场上销售，被认为对人、动物、鱼类、植物、微生物和大多数的昆虫都是无毒的。可是，它对蛾子和蝴蝶类的幼虫却具有高度选择性和致命性，因此，将这种Bt基因转移进棉花中，就可以有效地抵御病虫害的威胁。 中国科技部部长万钢在日前开幕的中国科协第十届年会上就指出，目前，中国Bt棉花的种植面积已经占到总面积的90%，每年可以为农民带来300亿元的直接收益。 来自中国农业科学院植物病虫害生物学国家重点实验室的研究小组成员吴孔明、陆宴辉、封洪强和赵建周等人，系统收集并分析了中国北方六省（河北、山东、江苏、山西、河南及安徽）1992年至2007年十余年间的农业数据。 上述研究小组的调查对象，涉及1000万农民所经营的300万公顷棉田和2200万公顷其他作物。结果显示，在1997至2006年间，棉铃虫卵和幼虫的密度随着Bt棉的推广逐步降低。与Bt棉大规模商业化种植前的1992-1996年度相比，棉花和其他作物上的棉铃虫种群一直保持相当高的密度。 虽然这些年间棉铃虫密度的减少，不能排除温度和降水的影响，但研究人员认为，Bt棉对棉铃虫第二代以及第三代数量的有效抑制起了更主要的作用，Bt棉的推广应是这六省区能够长效抑制棉铃虫危害的关键性因素。 除了对上述北方六省的数据分析，自1998年至2007年，研究人员还在河北廊坊的棉田进行了十年的实验项目研究。 在1998年至2006年，在Bt棉与非Bt棉上，棉铃虫卵的密度没有很大区别，但棉铃虫幼虫密度则表现出显著的区别。2007年，棉铃虫卵和幼虫密度在两种棉田间没有明显区别。吴孔明及其同事认为，这可能是因为棉花是吸引棉铃虫产卵的主要宿主，Bt棉正是通过杀死棉铃虫幼虫减少了棉铃虫的总体数量，并对相邻种植的其他作物提供保护。 在对实验田的研究中，研究人员还发现，由于棉铃虫成虫数量的减少，其产卵持续时间也在减少，虫卵高峰次数也有所降低。仅在研究开始的前三年，分别出现了第二代、第三代和第四代的棉铃虫卵高峰；而在最近几年中，只有一次第二代棉铃虫卵高峰出现。 研究人员认为，Bt棉在中国北方的商业化种植，对过去十年间长效并且大面积地抑制棉铃虫数量有重要的作用。 转基因作物可能引起的病虫害抗性，也是Bt棉所要面对的一个重要问题。因此，在Bt棉的大规模种植中，必须种植一定比例的普通作物，作为抗性治疗的手段，为棉铃虫提供“避难所”。 在《科学》杂志的新闻发布会上，吴孔明就指出，在美国Bt棉种植就规定必须有20%的区域种植普通棉花作为棉铃虫避难所，澳大利亚也有类似的规定。但这只适用于大农场作业的转基因作物种植，在中国以小农经济为基础的农业种植中，根本无法规定非转基因作物的种植区域。 所幸棉铃虫为多宿主病虫，事实表明，依靠混合作物种植来提供避难所也能解决病虫抗性这一问题。在对六省农业数据的研究分析中，研究人员发现玉米正是很好的棉铃虫避难所，而且这一天然避难所效果良好；Bt棉在中国北方商业化种植十年以来，棉铃虫尚未产生对Bt的抗性。 (责任编辑：泉水) |