從1994年中國(guó)研制成功單價(jià)抗蟲(chóng)棉(GK)，以及1995年美國(guó)保鈴棉進(jìn)入中國(guó)以來(lái)，抗蟲(chóng)棉在中國(guó)推廣應(yīng)用了近20年的時(shí)間。在這期間，雖然中國(guó)先后批準(zhǔn)了7種轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)應(yīng)用，但在中國(guó)轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面，抗蟲(chóng)棉仍然是一枝獨(dú)秀。

本文介紹了20多年來(lái)，中國(guó)科學(xué)家在抗蟲(chóng)、抗除草劑、抗旱耐鹽堿、抗病、纖維品質(zhì)改良等轉(zhuǎn)基因棉花研究方面所取得的進(jìn)展，以及在農(nóng)桿菌介導(dǎo)、花粉管通道、莖尖轉(zhuǎn)化等不同轉(zhuǎn)化技術(shù)上所進(jìn)行的探索。同時(shí)，以國(guó)產(chǎn)抗蟲(chóng)棉為例，介紹了中國(guó)轉(zhuǎn)基因生物安全性評(píng)價(jià)體系，概述了抗蟲(chóng)棉在中國(guó)的產(chǎn)業(yè)化歷程，并對(duì)轉(zhuǎn)基因棉花的研究方向作出進(jìn)一步展望。

1不同類(lèi)型轉(zhuǎn)基因棉花研究進(jìn)展

利用基因工程技術(shù)對(duì)棉花進(jìn)行遺傳改良是棉花分子設(shè)計(jì)育種的主要途徑，有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)育種方法不能解決的問(wèn)題，快速地培育出多種新型棉花育種材料。棉花遺傳改良主要涉及抗逆、抗除草劑、纖維品質(zhì)和早衰等重要農(nóng)藝性狀改良。其中，抗逆基因工程培育的抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因棉花和抗除草劑轉(zhuǎn)基因棉花得到了廣泛的生產(chǎn)應(yīng)用，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。同時(shí)，為解決糧食增產(chǎn)與耕地面積不斷縮小的矛盾，使棉花能夠在糧食作物不能種植的干旱地和鹽堿地進(jìn)行栽培生產(chǎn)，培育具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、耐旱耐鹽堿、抗病、抗早衰等重要農(nóng)藝性狀的新型轉(zhuǎn)基因棉花材料成為當(dāng)前棉花遺傳改良的研究熱點(diǎn)。此外，適宜于南方多雨高濕地區(qū)栽培的耐澇轉(zhuǎn)基因棉花等特殊用途的新材料培育也取得了一定的進(jìn)展。

1.1抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因棉花

中國(guó)抗蟲(chóng)基因的研制起始于20世紀(jì)90年代初期，通過(guò)遺傳轉(zhuǎn)化方法使棉花獲得抗蟲(chóng)功能的基因主要包括三類(lèi)：來(lái)源于蘇云金芽孢桿菌的殺蟲(chóng)蛋白基因(Bt)、從植物中分離的昆蟲(chóng)蛋白酶抑制劑基因和植物凝集素基因。當(dāng)前，大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉主要為單價(jià)抗蟲(chóng)棉和雙價(jià)抗蟲(chóng)棉，其遺傳轉(zhuǎn)化的抗蟲(chóng)基因?yàn)锽t殺蟲(chóng)基因GFMCry1A和豇豆胰蛋白酶抑制劑基因Cpti。

1992年，郭三堆等利用分子設(shè)計(jì)技術(shù)人工合成了具有高殺蟲(chóng)活性的Bt殺蟲(chóng)基因GFMCry1A并于1994年將該基因?qū)�入棉花，在此基礎(chǔ)上與育種單位合作，成功選育出GK1、GK12、GK19、GKZ1和晉棉26國(guó)產(chǎn)單價(jià)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉品種，并大面積推廣應(yīng)用，使中國(guó)成為繼美國(guó)之后世界上第二個(gè)研制成功轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的國(guó)家。之后，為了提高抗蟲(chóng)棉的殺蟲(chóng)效率、延緩棉鈴蟲(chóng)等害蟲(chóng)對(duì)殺蟲(chóng)蛋白產(chǎn)生抗性，郭三堆等將2個(gè)不同殺蟲(chóng)機(jī)理的抗蟲(chóng)基因GFMCry1A和Cpti同時(shí)導(dǎo)入棉花，創(chuàng)制了雙價(jià)轉(zhuǎn)基因棉花新種質(zhì)。通過(guò)與國(guó)內(nèi)多家育種單位合作，成功選育出sGK321(1998年)、中棉所41(2001年)和中棉所45(2003年)等雙價(jià)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉新品種。田間抗蟲(chóng)性試驗(yàn)結(jié)果表明，2、3、4代棉鈴蟲(chóng)平均雙價(jià)抗蟲(chóng)棉百株幼蟲(chóng)數(shù)量分別比常規(guī)棉田減少81.4%、87.1%和87.0%，分別比單價(jià)抗蟲(chóng)棉田減少11.1%、33.3%和57.1%。雙價(jià)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的研制成功，不僅在抗蟲(chóng)性上比單價(jià)抗蟲(chóng)棉優(yōu)越，更重要的是豐富了抗蟲(chóng)棉種質(zhì)資源，加速了抗蟲(chóng)棉新品種的培育和推廣應(yīng)用。

此外，轉(zhuǎn)GFMCry1A和Cpti雙價(jià)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的大面積推廣應(yīng)用，為高效廣譜抗蟲(chóng)棉的研制奠定了理論基礎(chǔ)，推動(dòng)了新抗蟲(chóng)基因的研制和應(yīng)用，尤其是在抗棉鈴蟲(chóng)和蚜蟲(chóng)等棉花主要害蟲(chóng)的防治方面取得了突破性的進(jìn)展。王偉等利用根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)遺傳轉(zhuǎn)化方法獲得含有豌豆外源凝集素基因P-Lec和大豆Kunitz型胰蛋白酶抑制劑基因SKTI的雙基因轉(zhuǎn)基因棉花，對(duì)蚜蟲(chóng)表現(xiàn)出高效的抗蟲(chóng)性。劉志等將Cry1A和雪花蓮凝集素基因GNA導(dǎo)入棉花，選育獲得轉(zhuǎn)Cry1A+GNA雙基因抗蟲(chóng)棉花純合株系TBG，在苗期、蕾期、開(kāi)花期和結(jié)鈴期主莖葉都對(duì)棉鈴蟲(chóng)幼蟲(chóng)具有很高殺蟲(chóng)活性。同時(shí)，TBG植株在不同生育時(shí)期對(duì)棉蚜群體也表現(xiàn)出明顯的抑制效果，其苗期和蕾期抑蚜率分別達(dá)到了50.31%和46.61%。吳家和等將入工設(shè)計(jì)合成的Cry1Ac、Bt29K和慈菇蛋白酶抑制劑基因API-B導(dǎo)入棉花，培育出9個(gè)抗蟲(chóng)性好、農(nóng)藝性狀優(yōu)良的轉(zhuǎn)基因棉品系，對(duì)棉鈴蟲(chóng)抗性均達(dá)到90%以上。肖松華等將野生薺菜凝集素基因?qū)�入常�?guī)陸地棉品種，對(duì)9個(gè)高品質(zhì)轉(zhuǎn)WSA棉花株系進(jìn)行抗蚜鑒定，結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因棉花株系對(duì)棉蚜均表現(xiàn)出較高的抗性。張林水等將Cry1Ac3與Cpti的融合基因和GNA共轉(zhuǎn)化棉花，獲得了同時(shí)含有3個(gè)抗蟲(chóng)基因的轉(zhuǎn)基因棉花新材料，該材料對(duì)棉鈴蟲(chóng)具有較高的抗性。雒瑤瑜等將Cry1Ac與Cry2Ab導(dǎo)入棉花，獲得了雙基因抗蟲(chóng)棉育種材料2009002。該轉(zhuǎn)基因棉花除了抗棉鈴蟲(chóng)外，對(duì)小地老虎、刺吸類(lèi)害蟲(chóng)、蛀食類(lèi)害蟲(chóng)和食葉類(lèi)害蟲(chóng)有一定的抗蟲(chóng)性。

多基因共轉(zhuǎn)化抗蟲(chóng)棉花的研制為中國(guó)后續(xù)抗蟲(chóng)基因的研制和應(yīng)用研究開(kāi)拓了新思路。通過(guò)構(gòu)建多基因植物表達(dá)載體共轉(zhuǎn)化不同殺蟲(chóng)機(jī)制的抗蟲(chóng)基因，或者通過(guò)基因聚合技術(shù)將多個(gè)抗蟲(chóng)基因聚合于一個(gè)轉(zhuǎn)基因棉花材料內(nèi)，培育獲得含有多個(gè)基因的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉。不僅可以使棉花受體獲得多種機(jī)制的抗蟲(chóng)性，利用基因互補(bǔ)的方式加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因棉花的抗蟲(chóng)能力延緩害蟲(chóng)產(chǎn)生抗(耐)性，而且可以拓寬棉花抗蟲(chóng)譜，使其獲得能夠高效殺死主要害蟲(chóng)的廣譜抗蟲(chóng)性。

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