转基因棉的应用现状及风险评价综述

杨晓怀+阮兆英+李永红等

摘 要：生物技术研究，特别是转基因技术的研发和应用，已迅速扩展到生命科学的各个领域。转基因棉花具有抗虫、优质等显著特点，在生产、加工方面得到了广泛的应用，但也存在诸如基因逃逸、对土壤微生物及其他非靶标生物影响等一系列潜在风险。面对近年来突飞猛进的转基因技术，需要采取风险控制措施，采取完善转基因安全法律法规体系、建立转基因生物风险评估及预警体系等措施予以应对。

关键词：转基因棉花；应用现状；风险控制

中图分类号 S562 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）15-22-03

Application Status and Risk Assessment of Transgenic Cotton

Yang Xiaohuai et al.

（Shenzhen Agricultural Science and Technology Promotion Center，Shenzhen 518000，China）

Abstract：Transgenic breeding technology has become the focus of international competition in science and technology and economic competition. Transgenic soybean as one of the world's main transgenic crops，which has distinct characteristics，has been widely used in the production and processing，but it also has potential risk as gene escape and effects on soil microorganisms and other non-target. In the face of the rapid development of transgenic technology in recent years，we need to take the risk control measures，including improvement of transgenic crop safety laws and regulations and establishment of risk assessment and early warning system of transgenic organisms.

Key words：Transgenic cotton；Application status；Risk control

根据国际农业生物技术应用服务局（ISAAA）报告，2014年转基因作物在全球的种植面积达1.815亿hm2，自1996年开始商业化种植以来，全球转基因作物已经连续第19年保持显著增长的势头。1996-2012年间，全球近30个国家的近亿农民选择种植转基因作物，累计种植面积超过15亿hm2。目前转基因技术已广泛应用于工业、医药、环保、能源、农业等各个领域。

1 转基因棉研究进展

1983年，世界上第一例转基因作物是含抗生素抗性基因的转基因烟草。随着基因工程技术取得突飞猛进的发展，以分子育种、转基因育种技术为核心的生物育种产业已经成为国际科技竞争乃至经济竞争的重点。全球的转基因植物种类已达到35科120种以上[1]，范围涵盖粮食作物、蔬菜、水果、林木等，外源基因的表达性状涉及抗除草剂、抗虫、抗病、抗逆、品质改良及发育调控产等多个方面。在作物特性方面，主要以抗除草剂、抗虫两大类转基因作物为主导。目前，全球种植商业化面积最大的4种转基因作物分别为棉花、大豆、玉米、油菜，并且在全球的种植面积比例呈每年增长趋势。

以转基因棉为例，病虫害和纤维品质低下是长期困扰我国棉花产业发展的两大顽疾。20世纪90年代，我国科学家研制了具有自主知识产权的第一代转基因棉花——转Bt基因抗虫棉，成功抵御了棉铃虫危害，使国产转基因抗虫棉市场占有率从最初的5%扩大到95%以上[2]。2012年，我国第二代以改善纤维品质、提高作物产量、增强抗逆性等为主要目标的转基因棉技术研究总体跃居世界领先水平，并拥有国际发明专利等自主知识产权，为摆脱高端棉花长期依赖进口的局面打下了坚实基础。这是我国继转基因抗虫棉之后，在这一高科技领域取得的又一项标志性重大科技成果。

近年来，我国在转基因棉花优质纤维品种培育及材料创制方面获得重大突破。如：“中棉所70”，利用海岛棉优质渐渗系与转基因抗虫棉品系杂交和分子聚合技术培育，该棉花材料纤维长度为32.5mm[3]，达到了优质棉标准。再如：优质大铃转RRM基因棉花种质新材料，单铃重可达7.5g，显著高于一般棉花品种，其结铃性比一般棉花品种提高20%以上[4]。在高产、优质品种培育方面具有非常大的应用潜力，有利于全面提升我国整个棉花产业链的国际竞争力。

2 应用现状

我国是世界上最大的棉花生产国，据国家棉花市场监测系统调查，2014年全国棉花实播面积为421.6万hm2，约占我国农作物种植面积的3%。棉花生产是我国农民的重要经济来源之一，从事棉纺及相关行业的人员达1 000万人，纺织品每年出口创汇500多亿美元，占全国出口创汇总额的1/5。目前，拥有我国自主知识产权的转基因抗虫棉已占领了国内90%以上棉花种子市场，在带来巨大经济价值的同时也保障了我国棉花生产的安全，彻底打破了美国抗虫棉早期垄断我国市场的局面。转基因棉花作为全球最主要的转基因作物之一，也是我国商业化种植面积最大的转基因农作物，被广泛运用于日用纺织品等多种领域。近几年，农业部批准发放了孟山都远东有限公司申请的抗除草剂棉花MON88913、抗除草剂棉花1445、抗虫棉花531等可进口用作加工原料的农业转基因生物安全证书，主要应用在抗病虫害、品质改良等多种方向。

2.1 抗病虫害 棉铃虫是危害棉花生产的重要因素之一，而采取化学杀虫剂则存在一系列负面影响，如：引起土壤、水等农药残留，造成环境污染；长期使用杀虫剂也会逐步使得害虫产生抗药性，反过来迫使用药量及用药品质增加，形成恶性循环。抗虫棉花能避免化学杀虫剂的负面影响，即将外源抗虫基因导入棉花获取高度专一性的抗虫效果。目前转基因作物中，使用的抗虫基因主要有：从微生物苏云金芽孢杆菌中分理出杀虫晶体蛋白基因（简称Bt基因）、蛋白酶抑制剂基因（PI）、植物凝集素基因等，其中，以Bt基因作为外源基因的应用最为广泛。Bt杀虫晶体蛋白由cry基因和cyt基因编码，目前主要有Cry1Ab、Cry1A（C）、Cry11A和Cry1AV等几种转基因抗虫棉，能有效降低虫害，减少农药使用量。

2.2 品质改良

2.2.1 改良棉花纤维的强度 因动物毛发所含有的角蛋白具有比植物纤维更强的坚韧度，通过利用角蛋白基因改良，将新西兰大白兔血细胞总DNA中扩增出兔角蛋白基因编码区序列[5]，并将该基因克隆到棉纤维特异表达启动子后，获取强化好、韧性优的棉花纤维。

2.2.2 改良棉花纤维的色泽 天然棉花纤维色泽单调，日常加工纺织中需要利用染色、漂洗等化学处理，不仅增加了生产成本，而且容易带来甲醛等有害物质，造成土壤、水源等环境污染，对人体健康造成潜在威胁。利用色素合成酶基因改良，通过使用络氨酸酶基因pz启动子后导入棉花，可产生深褐色或黑色棉花纤维；通过使用色氨酸酶或加氧酶，则可产生靛蓝色素[6]，这些基因工程可以制作出色泽多样的“生态服装”，满足环保需求。

2.2.3 改良棉花纤维的保温性 化学纤维具有质地轻、耐用和保温等优点，在棉花纤维品质改良中，可利用链烷基改良棉花纤维[7]，在植物体内合成如聚-β-羟基丁酸这类的脂肪族热塑性聚酯，提高了棉花纤维的吸热性和传热性，可广泛运用于冬季服装起到保暖的功能。

3 风险评价

虫害是危害棉花生产的主要因素之一，严重影响着棉花的产量和品质，为此，以Bt基因编码不同杀虫谱的Bt蛋白已广泛应用于培育转基因抗虫棉。当前，大多数转基因棉为转基因抗虫棉，已取得了抗杀棉铃虫等主要虫害的效果，但同时也存在可能引发非预期效应的生态风险。

3.1 Bt杀虫蛋白的时空表达及其对害虫的控制效果 转基因棉花中广泛使用CaMV的35S启动子，其Bt蛋白的表达量在棉花的发育过程中呈现明显的动态时空变化，表达水平呈下降趋势，杀虫功效也逐步下降。目前，普遍存在抗虫棉对第3～4代的棉铃虫控制效果不好的现象。

3.2 Bt棉花对非靶标生物体的影响 目前主要种植的转Bt基因抗虫棉能够有效控制棉铃虫，但是除此之外，对其他斜纹夜蛾等鳞翅目害虫[8]，如棉粉虱、红蜘蛛等刺吸式口器昆虫[9]等非靶标害虫无明显不利影响，导致棉田次要害虫上升为主要害虫。

3.3 转基因逃逸风险 转基因逃逸是指转基因生物的外源基因通过与亲缘种的杂交或种子的逸生等形式进入到自然界中的过程[10]。主要有以下2种转移方式，一种是种子传播，即转基因作物的种子通过传播在另一个品种或其野生近缘种的种群内建立能自我繁育的个体[11]，这种基因逃逸的距离较近；另一种是花粉流[12]，即转基因作物通过花粉传播与其他非转基因作物品种或其野生近缘种进行杂交和回交，建立可育的杂交和回交后代[13]。目前研究基因逃逸的安全距离控制与棉花种植面积高度相关，50m或者100m缓冲带[14]对转基因花粉传布的控制可能不够。

4 风险管理控制

转基因棉在抗虫害、改良品质等方面表现出优良性状，同时减少了农药等化学制剂的使用，具备一定的经济和社会效益，但也存在一定的潜在风险，如何调节转基因技术收益与风险的平衡，合理利用转基因技术，需通过推动转基因生物安全立法、开展转基因生物风险研究、加强风险预警机管理等措施来发挥转基因技术的正面积极作用。

4.1 加强转基因棉花害虫综合评估体系建设 建立转基因抗虫棉综合评估体系，针对转基因棉抗虫、耐除草剂等不同特性其潜在的环境风险问题，开展环境安全性评价及采取相应的风险管理策略。如：对转基因抗虫棉开展抗性监测及风险评估，对棉花天敌的种类、数量、群落数量等方面进行评估，并进行合理种植。棉花（下转38页）（上接23页）生长前期害虫为害较轻，自然天敌种类多、数量大，对害虫的控制作用强，应注重保护自然天敌，以生物生态控制为主，化学防治为辅，尽量推迟首次用药时间，减少用药次数和用药量，避免直接杀伤天敌。棉花生长中后期由于气温高，棉田害虫天敌的种类和数量明显减少。同时随着棉花的生长发育，转Bt基因抗虫棉后期的抗虫性有所减弱[15]。应采取以化学防止为主、生物生态控制为辅的措施，尽量协调好化学防治与保护及利用天敌的矛盾，最大限度地保护和利用自然天敌。

4.2 完善转基因安全法律法规体系 我国已建立了一套完整的、与国际接轨的转基因生物安全管理法律法规体系。为规范日益增多的农业转基因生物研究与环境释放，确保生态环境的安全和人类健康，2001年我国颁布了《农业转基因生物安全管理条例》，后相继发布与该条例配套的3个管理办法，即《农业转基因生物安全评价管理办法》、《农业转基因生物进口安全管理办法》和《农业转基因生物标识管理办法》，以及其他配套的法律法规。随着转基因技术发展步伐的加快，还需不断寻求细化并完善适合我国转基因安全管理实际的法律法规体系，特别是审批制度、追踪制度和标签标识制度等。

4.3 建立转基因作物管理技术体系和风险评估管理体系 强化转基因棉花在试验研究、中间试验、环境释放、生产性试验、安全证书等各个阶段的安全管理，同时加强对转基因棉花作物的研究，以及毒理学、致敏性评价等多项环节的评价。

参考文献

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（责编：张宏民）