摘要：对我国转基因抗虫棉的研究现状、经济效益、抗性原理和综合管理等方面进行了剖析，为大面积推广提供依据。
关键词：转基因抗虫棉；抗性原理； 综合管理
棉花是我国重要的经济作物。我国是世界产棉大国，年植棉面积470多万公顷，棉花产量占世界总产量的1/4。但是，棉花一生病虫害非常多，尤其是虫害，直接影响了棉花的产量。同时，经常性虫害预防，增加了农业成本，也会发生农民农药中毒的现象。转基因抗虫棉的研发成功，为棉花大面积种植推广和农民增收做出了巨大的贡献。
1 转基因棉花的研究现状
1.1 转基因棉花的研究
1983年，世界首例转基因烟草培育成功，1986年抗虫和抗除草剂的转基因棉花进入田间试验阶段。此后，科学家先后培育了多种具有抗虫、抗病和抗除草剂功能的转基因植物。上世纪90年代中期，抗虫棉花、玉米和马铃薯等作物，抗除草剂棉花、玉米、大豆和油菜等农作物先后在多个国家商业化种植。到2004年，全球转基因作物种植面积已达6770万公顷，其中转抗除草剂作物和抗虫作物种植面积占90%以上。
我国从1991年开始启动“转基因抗虫棉”的研究。1992年首次人工合成Ｂt杀虫蛋白基因并成功导入棉花中，获得转基因抗虫棉株，是继美国之后第二个独立构建拥有自主知识产权抗虫基因的国家。1998年开始推广应用转基因抗虫棉。2001年转基因抗虫棉种植面积已超过160万公顷，占我国棉田面积的30％左右，而且主要集中在黄河流域、长江中下游地区。2002年转基因抗虫棉种植面积已接近200万公顷，约占全国棉花种植面积的一半，并初步实现产业化开发。
目前，我国黄河流域棉区棉田面积的80％为转基因抗虫棉，长江流域为35％。抗虫棉的推广应用有效地控制了棉铃虫的暴发为害，在减少治虫70％~80％的情况下不影响产量，同时可节约农药60％~80％。目前，国产转基因抗虫棉品种在产量、抗性等方面已明显优于美国抗虫棉品种，而且所占的份额也逐渐增大。2001年以前，我国种植的转基因抗虫棉以美国品种为主，占全国抗虫棉种植面积的60%以上，最高年份超过了80%。面对美国转基因棉花品种巨大竞争压力，我国科研、生产、推广等部门共同努力，到2002年，国产转基因抗虫棉品种种植面积首次超过美国品种，达到52.4%，2003年达到64.8%，2004年接近70%。
1.2 生物多样性保护
针对转基因植物是否会破坏生物多样性、是否会发生基因漂移等到问题，研究结果证明，转Bt基因抗虫棉花不但没有破坏生物多样性，由于农田杀虫剂用量的减少，而且还显著改善了环境，增加生态系统的多样性。尽管有人怀疑，棉铃虫对转基因棉花只需五六年时间就会产生抗性。但7年过去了，昆虫对转基因棉花的敏感性依然没有明显变化，表明转基因棉花能在较长时间使用。
2 转基因及其抗性原理
目前，我国自行研制并拥有自主知识产权的Bt杀虫基因、双价（Bt＋CpTI）杀虫基因等，借助农秆菌介导法、花粉管通道法、基因枪轰击法、PEG、幼蕾注射法等遗传转化技术，结合常规育种技术，育成了多种类型的转基因抗虫棉新品种，是继美国之后第二个独立培育出拥有自主知识产权的转基因抗虫棉品种的国家，也是我国唯一大面积种植并初步实现产业化的农作物。按照转基因的份量，可分为单价转基因抗虫棉、双价转基因抗虫棉；按照转基因的类型，可分为转Bt基因抗虫棉、转CpTI基因抗虫棉、转GNA基因抗虫棉等。
2.1 苏云金芽孢杆菌素蛋白基因（Bt基因）
Bt制剂具有专一性强、效果好、对人畜安全等优点，之所以具有较好的杀虫效果，是因为它能产生一种叫δ-内毒素的伴孢晶体蛋白，当害虫吞食后，该蛋白在昆虫肠道碱性条件下被水解成毒性肽，破坏昆虫中肠上皮细胞及其体内器官，从而导致昆虫死亡。
随着科学的发展，人们从苏云金芽孢杆菌中分离出控制Bt基因合成不同结构物质的伴胞晶体毒素蛋白，从而增强了对不同种类害虫的杀伤能力。目前，人们分离并导入到植物中而获得转基因抗虫植物的Bt基因很多，但获得转基因抗虫棉的Bt基因已见报道的仅有CryIA(b)、CryIA(c)、CryIIA和CryIVA等少数几种。
2.2 蛋白酶抑制剂基因
它能杀死大多数害虫(如大多数的鳞翅目、直翅目、双翅目、膜翅目及某些鞘翅目昆虫)。蛋白酶抑制剂的杀虫机理在于：它能与昆虫消化道内的蛋白消化酶相互作用，形成酶-抑制剂复合物(El)，阻断或削弱消化酶的蛋白水解作用。因此，一旦昆虫摄食蛋白酶抑制剂，就会影响食物中蛋白的正常消化；同时，蛋白酶抑制剂和消化酶形成的El复合物，能刺激消化酶的过量分泌，通过神经系统的反馈，使昆虫产生厌食反应，最终造成昆虫的非正常发育而死亡。
蛋白酶抑制剂基因在棉花上的应用也较多，目前用于转基因抗虫棉培育，并已获得转化植株的蛋白酶抑制剂基因有：大豆胰蛋白酶抑制剂基因(SKTI)、豇豆胰蛋白酶抑制剂基因(CpTI)、慈菇胰蛋白酶抑制剂基因(APT)等几类。
我国转CpTI棉花的研究已开展多年，并先后获得了转CpTI基因和转Bt+CpTI双价基因棉花。中国农业科学院生物技术研究中心将改造后的CpTI基因和人工合成的Bt CryIA杀虫基因重组，成功地构建了双向双价基因的高效植物表达载体，并导入到棉株中，获得了十几个转Bt+CpTI双价基因抗虫棉优良品系，试验表明抗虫效果显著，开始大面积试种示范。
此外，还有外源凝集素基因（如雪莲花外源凝集素GNA）、淀粉酶抑制剂基因、昆虫神经激素基因 、几丁质酶基因 、核糖体失活蛋白基因（RIP）、肪氧化酶基因 、蝎子和蜘蛛的多肽毒液、苦楝素合成基因、棉铃虫致病基因、过氧化物酶基因等对棉株害虫有毒杀作用，而对人和动物无害的有利基因。
3 转基因抗虫棉的抗虫性
抗虫棉是利用高科技手段导入Ｂt等抗虫基因后育成的棉花新品种，它对鳞翅目害虫有独特的抗性，能在其危害棉株初期将其杀死。抗虫棉的抗性独特。对棉铃虫等鳞翅目害虫抗，对蚜虫、红蜘蛛、盲椿象、甜菜夜蛾等其他害虫不抗。而且，主要是对一、二代棉铃虫抗，对三、四代及后世代抗性差。另外，棉株的各个器官抗虫性不同，嫩叶、嫩尖的抗性最强，稍大的叶片抗性次之，老叶片抗性差，棉铃的抗虫性最差。
因此，棉株生长前期枝叶幼嫩，此期是一、二代棉铃虫的高发期，植株的抗性最强，可以不施农药。到了生长中期即三、四代棉铃虫发生期，植株抗性减弱，可视其为害程度进行防治。进入生长后期，随着幼铃的生长和植株的老化，其抗虫性愈来愈弱，若四、五代棉铃虫发生严重，应及时防治，尤其是与玉米、大豆、花生田相邻的棉田更应注意防治棉铃虫。此外，对蚜虫、红蜘蛛、盲椿象等害虫也应重视防治。
4 转基因棉花的效益
转基因抗虫棉投入少、效益高，有助于农民增收。转基因抗虫棉可以减少80%左右的农药使用量，大幅度地降低了棉铃虫对棉花的危害程度，提高了棉花产量。同时，由于种植抗虫棉节约了劳动力，降低了生产成本，使植棉的经济效益大幅度提高。一般，种植抗虫棉每公顷可减少农药投入900~1200元，加上节约用工和增产的因素，每公顷可增收2100元以上。
大剂量长时间的农药防治不仅会使棉铃虫产生了抗药性，而且对生态环境产生了极大的危害，棉农和牲畜中毒事件经常发生。在过去5年，曾有24万棉农发生农药中毒。种植转基因抗虫棉，有效降低了农民因大量施用农药而导致的中毒可能性，同时也减轻了对环境的污染。按种植抗虫棉每公顷可减少化学农药7.5公斤推算，国产抗虫棉的应用至今已累计减少杀虫剂用量近2700吨。如果转基因抗虫棉每年推广到100~133万公顷，则每年可减少杀虫剂用量7500~10000吨，产生社会经济效益21~28亿元。此外，抗虫棉种的技术附加值为10元／斤，按以上面积数据及22.5公斤／公顷的用种量，销售抗虫棉种的经济效益至少为4.5~6亿元／年。
5 抗虫棉的配套管理技术
随着抗虫棉的大面积推广，棉铃虫对棉花的危害得到有效控制。棉铃虫对棉花为害，由主要害虫降为次要害虫，而蚜虫、红蜘蛛等刺吸性害虫却上升为主要害虫。为此，要以蚜虫、红蜘蛛为防治重点，兼治棉铃虫和其它害虫。一般年份，一、二代棉铃虫不用农药防治，三、四代棉铃虫与伏蚜和红蜘蛛进行兼治；棉铃虫大爆发年份，二代棉铃虫可适当药防，重点保护生长点；三、四代棉铃虫注重药防，重点保护蕾铃。防治过程中，注意保护利用天敌的控害作用以获得最佳的经济和社会效益。
在抗虫棉的推广过程中，要连片种植，要提高抗虫棉的纯度，防止棉田中受害棉株上的棉铃虫等转移危害，棉株的抗虫丧失。
另一方面，转基因抗虫棉种子发芽出苗顶土力较差，苗蕾期生长势较弱；开花后期弱生长势转化速度快，开花成铃集中，对钾肥和生长调节剂较敏感，后期容易出现早衰现象。因此，在栽培管理上，直播时应精耕细作，最好采用营养钵育苗；苗蕾期要看苗轻施、稳施肥料，防止徒长；花期要重施P、K肥，争多桃，争铃重；视长势和天气情况补盖顶肥。同时，在花铃初期喷施硼肥和磷酸二氢钾溶液，起到养根护叶、防止早衰和铃蕾脱落的作用。针对转基因抗虫棉品种后期易早衰等问题，农业科技者提出了“健康栽培法”，制定了4套栽培技术规程和2套病虫害防治技术规程，并大面积示范成功，皮棉产量达2250公斤/公顷以上，产量又上一个新台阶。