中国抗虫棉启示

2013-11-04 | 作者: | 标签: 中国抗虫棉启示

图commons.wikimedia.org

中国是产棉大国,棉花产量、进口量和消费量分别占全球的26%、30%和 45%。20世纪90年代,全国约有棉农9000多万户,植棉收入占家庭收入的30%—90%。同时棉纺企业还支撑着约2000万人的从业大军。因此棉花在中国国民经济发展中占有重要战略地位。

20世纪90年代初,棉铃虫大暴发给棉花生产造成总产下降43.2%;棉纺企业因缺乏原料纷纷停产,工人待业;超量使用化学农药防治害虫,造成人畜中毒死亡事故大量发生。仅1992年用于棉田的杀虫剂超过15万吨; 环境遭受严重污染;同时导致棉铃虫产生抗性而连年暴发成灾。棉铃虫已到无药可治、棉花无法再生产的地步。

解决棉铃虫连年暴发成灾的唯一办法,是培育出高抗棉铃虫的新品种。中国农业科学院生物技术研究所抗虫棉课题组郭三堆研究员领导团队培育出具有中国自主知识产权的单、双价以及融合抗虫棉,近年来建立的三系抗虫棉分子育种技术体系,是棉花育种上的一个新的突破。

针对转基因抗虫棉研发及产业化等问题,基因农业网记者专访了郭三堆研究员。

问:抗虫棉的研发经历了怎样的过程?专利情况是怎样的?

答:随着全球转基因作物分子育种的发展,转基因抗虫棉的分子育种开辟了控制棉铃虫暴发成灾的新途径。1988年美国首获转Bt杀虫基因的抗虫棉,1995年美国环保局批准商品化种植,1996年打入中国市场。面对以上严峻形势,中国1991年启动了“抗虫棉研制”重大关键技术项目。从此中国棉花迈进了一个采用现代分子育种与传统常规育种相结合的现代生物技术育种的崭新时代。

1991年国家启动单价抗虫棉研制项目,1994年研制成功,1995年获得知识产权,1997年通过安全评价并获准生产;为预防棉铃虫可能对单价抗虫棉产生抗性,1994年启动双价抗虫棉研制项目,1996年研制获得成功,1998年获得知识产权,1999年通过安全评价并获准生产;为了确保两个抗虫基因同步高效表达,2000年启动融合抗虫棉研制项目,2002年研制获得成功,2003年进入安全评价及生产试验。

从1997年开始至2012年的16年间,国产抗虫棉共申报中间试验53份,批准26份,申报环境释放23份,批准17份,申报生产试验109份,批准80份,申报和批准了一大批生产应用安全证书。国家级和省级审定品种超过200个。申报国家发明专利19项,获国家发明专利证书7项。

问:抗虫棉的产业化过程顺利吗?如何看待目前产业化的现状?

答:1997年,国产抗虫棉开始产业化,当时美国抗虫棉已经占据了国内抗虫棉的主要市场份额95%以上。但随着国产抗虫棉技术的日趋成熟,在国家项目和政策的支持下,在全国育种家和企业家的参与下,中国抗虫棉产业化发展迅速,美棉份额逐年下降,在2002年和2003年经历了两年的相持阶段后,于2004年国产抗虫棉开始占据绝对主导地位,至2007年已经占据国内抗虫棉市场90%左右的市场份额,至2013年为止一直维持着这种绝对的优势。黄河流域和长江流域各主产棉省现均已基本抗虫棉化。在抗虫棉分子育种和产业化的过程中,基因研制单位、基因导入单位、品种选育单位、国家区试单位和种子企业等一起,成功搭建了中国抗虫棉研究与产业化网络。在这些种子企业中,有企业主导型的、科研主导型的、基地主导型的,还有协会主导型的以及其它类型。

问:抗虫棉的推广以来,如何评价其各方面的收益?

答:1999年-2012年,国产抗虫棉推广面积由1999年仅占抗虫棉总面积的7%,上升到2007年的90%左右,到目前维持在95%以上的份额,累计推广超过 4.7亿亩,减少农药用量 2.4亿公斤,受益农户超过6000万户。产生的经济、社会、生态效益按140元/亩计算,累计超过658亿元。而且,自抗虫棉应用以来的17年间,尽管少施了农药,棉区棉铃虫虫口密度还是大幅度下降,再也没有出现棉铃虫爆发成灾的现象。抗虫棉的应用保护了棉区生态环境,推动了棉花产业的发展,提升了中国农业科技的国际竞争力。

问:目前抗虫棉的研发焦点在哪些方面?抗虫棉的未来将是怎样的?

答:在国产抗虫棉研究与产业化取得重大进展的同时,抗虫三系杂交棉分子育种研究也获得重大突破。利用杂种优势是现代农业提高农作物产量、改善品质的有效途径。如杂交水稻、杂交玉米、杂交油菜等由于杂交育种理论和技术上的突破,为世界粮食安全做出了巨大贡献。美国1948年开始三系杂交棉研究,1975年哈克尼西棉细胞质不育三系配套,但由于细胞质的负效应导致减产,未能在生产中应用;中国 1980 年从美国引进哈克尼西棉细胞质不育三系材料,发现 F1代减产8%,未能克服育性与产量呈负效应、抗虫性缺乏、恢复性不强、恢复系狭窄的难题。因此,未见其他国家大规模应用于生产的报道。

面对中国人多地少、粮棉争地矛盾突出等严峻的国情,1998年,国内开展“抗虫三系杂交棉的杂交优势利用” 的研发,培育出高产、优质新品种并快速推广应用,大幅度提高棉花的单产和品质,是现代农业发展的战略方向。抗虫三系杂交棉分子育种技术2005年获得知识产权,它不仅克服了现在生产上大量应用的人工去雄制种授粉法费时费工、成本高、纯度难保证的不足,也克服了利用核不育系制种的“两系法”要完全拔除50%可育株、不育性有时不稳定的不足。抗虫三系杂交棉具有不用去雄,成本低,操作简便、产量高、适用大量制种、纯度可达100%等突出优点。

目前,通过分子育种方法获得单价、双价、融合三类基因10个优良恢复系,通过回交及分子育种,获得27个抗虫不育系,并经过配组获得10个抗虫三系苗头组合,其中7个比对照增产20%以上。“银棉2号”和“银棉8号”等三系抗虫棉新品种相继通过国家审定,比国家区试对照增产26%以上。

抗虫三系杂交棉比常规杂交棉每亩直接减少制种用工60%以上;比对照常规抗虫棉提高单产25%以上,每亩可增加皮棉20-25公斤;若推广面积达到5000万亩估算,新增皮棉 80-100万吨、 新增产值 100-120 亿元/年,相当1000万亩棉田的总产量。因此,抗虫三系杂交棉分子育种技术体系的建立,将促进棉花自主创新;支撑棉花产业发展;引领棉花育种未来,是棉花杂交育种上的又一个重大突破。

《基因农业网》编辑部评述: 中国转基因抗虫棉发展历程给我们什么启示?

抗虫棉的研究开发是中国独立发展转基因育种,打破跨国公司垄断,抢占国际生物技术制高点的范例。上世纪90年代,中国棉花生产因遭受棉铃虫危害每年造成近百亿元的经济损失;数十万吨剧毒农药投入棉田不仅效果甚微,反而加重害虫抗性并导致严重的环境污染和人畜中毒事故。由于自然界棉花中没有抗虫基因资源,美国孟山都公司率先从苏云金杆菌中分离克隆Bt杀虫基因,通过转基因技术培育抗虫棉品种,并以合资的名义,附加苛刻的条件,将它们的抗虫棉品种先后打入中国植棉大省河北和安徽,迅速占领当地棉花市场。在中国政府的全力支持下,科学家顶住巨大压力,奋发图强,决心走自主创新之路。经过长达10年的激烈竞争,研究出了拥有自主知识产权的国产转基因抗虫棉,取得了显著的社会经济效益,改变了外国抗虫棉品种一统天下的局面。截至2009年底,中国已获审定的抗虫棉品种超过200个,河北、山东、河南、安徽等棉花主产省抗虫棉种植率接近100%,累计增加产值超过330亿元。抗虫棉的应用不仅有效控制了棉铃虫对棉花的危害,还大大减少了玉米、大豆、花生、蔬菜等作物上棉铃虫的数量,总受益面积达到3.3亿亩。由于杀虫剂用量减少了70-80%,农药中毒事故大大减少,水体、土壤中农药残留量显著降低,种植抗虫棉10年后棉田污染指数下降21%,农业生态环境得到了显著改善。抗虫棉开发的意义还不仅于此,它还有力带动了中国转基因技术的自主创新和研究领域的拓展,并创造了产学研结合的棉种产业发展的新模式;抗虫棉产品不仅在国内市场上占有绝对优势,而且走出国门,向印度、澳大利亚等国转让,在国际棉种市场上争得了一席之地。

世界科学发展历史表明,任何新兴技术的发展除了要不断克服技术上的困难以外,也要面对各种质疑,在争议中不断发展和完善,转基因技术发展也概莫能外。1996年全球转基因品种开始进入产业化发展阶段后不久,1998年起媒体上就爆出“马铃薯试验大鼠中毒”、“美洲斑蝶死亡”、“墨西哥玉米基因混杂”、“中国抗虫棉破坏生态”等一连串“事件”,引发了持续多年的激烈争议。尽管这些传闻由于缺乏足够证据最终被科学界和有关国家生物安全管理机构一一否定,但发人深思的是转基因技术随后却走上了不同的发展道路:美国出于国际战略考虑,抓住技术发展机遇并抢占了产业发展先机,迅速成为转基因产业的霸主;不少欧盟国家却受到复杂政治、社会因素的影响,长期陷入对转基因虚幻的恐惧,结果失去了当年植物科学先驱的优势地位,落到新兴转基因生物产业大潮之后。这是一个深刻的历史教训。

近年跨国公司已纷纷在中国建立独资或合资的研究机构和生产企业,转基因大豆、油菜、玉米等产品向中国出口数量增长迅速,其抢占和控制中国转基因作物市场的战略意图更加明显(中国年进口转基因大豆数量已达4300万吨,使国内大豆生产与加工陷入被动局面)。如果说,10年前中国只是在棉花一种作物上同一家外国企业打了一场遭遇战,那么今天我们将在整个转基因作物育种领域同时与数家跨国公司展开较量。这是一个无法回避的极为严峻的挑战。打破跨国公司的垄断,抢占转基因技术制高点,将成为中国农业科技和产业发展的十分紧迫的任务。

国内外实践证明:“一个基因成就一个产业”。尽管中国转基因育种的整体实力与发达国家仍有较大差距,自主创新能力有待进一步提高,但目前中国转基因抗虫水稻和植酸酶玉米的研发已居国际前列并具有自己的特色。若我们能充分利用在制度、资源以及人才与技术上一定的优势,抓住有利时机并大力推进转基因研究和新品种产业化,一定能够增强中国转基因技术的国际竞争力,带动转基因育种整体水平提升,并实现转基因粮食、饲料等新兴农业产业的跨越式发展;反之,如果放慢脚步或者止步不前,就将失去这一难得机遇,不仅农业发展会受制于人,还将会给中国经济社会发展带来严重的不利影响。

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