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【基因智慧】杀虫于毫厘之间 BT基因如何创造抗虫棉?

来源:光明网2020-09-29 11:00

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【基因智慧】杀虫于毫厘之间 BT基因如何创造抗虫棉?

  棉花是世界上最主要的农作物之一,产量高,生产成本低。棉花能制成各种规格的织物。但是,棉花里有一种叫做棉酚的物质,对人体有害。如果我们对合成棉酚的基因改造成功,使棉花变成没有毒的。这样棉花的种子便可以作为饲料,甚至能成为人类的食品。

  我们国家自己育种家培育的抗虫棉已经占到市场上的大概95%左右了。所以从那时候以后美国的抗虫棉慢慢慢慢就退市场了。因为它那个品种刚刚引进来的时候。铃又小,你无论如何它刚刚引进来,不像我们国家最主要是用的我们国家自己棉花的品种,更适合当地的气候环境,所以产量还比较高,另外呢,我们国产的培育的品种铃比较大。因为美国那是机采,但是我们国家过去都是手摘。你想我们的棉铃很大。就是说一朵棉花它有差不多六克多是吧,但是它那个也就是五点几克,那你采棉花是农民,更愿意采大的,另外产量我们也比较高,所以呢,后来很快就竞争过了美国。

【基因智慧】杀虫于毫厘之间 BT基因如何创造抗虫棉?

  从2008年之后它就慢慢慢慢就越来越少。现在基本是退出市场去了。当然我们抗虫棉能够研制成功,说实话最主要是利用了我们国家这个体制的优势。你想我们可以组织起来,从上到下的优势互补,我们搞基因的,你就专门改造基因构建载体,构建载体,构建完以后马上就转给中游。他立即把这个载体转到棉花里,得到种质资源。种质资源以后,下游紧接着育种单位就和我们当地的品种就去杂交选育,很快就选育出适合我们当地的品种。当时我们把种质资源,搞出来以后就分发到了长江流域、黄河流域还有西北内陆的一些育种单位手里,就很快就一大批就都出来了我们中国的抗虫棉,所以我们抗虫棉项目能够取得成功,实际涉及到了分子生物学家、育种家,还有企业家,还有我们管理项目的专家,我觉得是共同努力的结果,也是我们国家大的项目支持的结果。所以只有在这个体制下我们的速度很快

  铃虫为害棉花时,主要吃棉花叶子及棉花桃,棉铃虫在华南地区每年发生6代,以蛹在寄主根际附近土壤中越冬。翌年春季陆续羽化并产卵。成虫白天栖息在叶背或荫蔽处,黄昏开始活动,吸取植物花蜜作补充营养,飞翔力强,有趋光性,产卵时有强烈的趋嫩性。蛀食花朵、嫩枝、嫩蕾、果实

  棉铃虫的危害,它不光是小的时候把叶子吃掉了,开花结铃以后有了花蕾,它就开始吃,有的是结了幼铃,因为棉铃吃着有点甜。除了危害叶子,它就主要危害铃,粪便它就可以污染引起烂铃。另外它钻了个洞以后露水雨水一进去,整个棉桃都烂掉,就是不烂它的整个品质就都很糟没办法用。

【基因智慧】杀虫于毫厘之间 BT基因如何创造抗虫棉?

  虫害对棉花产业危害很大,如何尽快来解决这个问题?所以我们863棉花基因工程研究就是提升的重大关键项目,那就是告诉我们赶快研究出抗虫棉,其他的你不要考虑,你要什么条件。国家当时都是满足什么条件。92年开始一直到94年的时候,我们就研究成功了我们自己国家的转基因抗虫棉,那时候选择的基因就是BT基因,它是一种生物杀虫剂,让植物本身抗虫基因进去以后,让它能够一劳永逸。就说任何时候它在植物里头都能够表达。所以我们通过把杀虫的基因给它变成棉花的基因。植物的基因进去以后它就认为是自己的基因,它就开始工作,它就可以表达出来杀虫蛋白,所以呢它就能够抗虫。你这个基因抗虫了是吧,就等于是不喷农药了。

  过去因为虫害爆发的时候,你像我们是用农药来防治。结果呢就长期用农药防治昆虫产生了抗性,后来呢,就原来喷两三次就可以防治住的,后来喷二十几次都防治不住了。结果呢,不仅污染了环境,还把它的天敌,小鸟都杀死了。所以后来呢,使用农药越来越高,而且大量污染环境,特别是棉农,使用农药以后。人畜中毒事件经常发生,而且非常严重,但是你要种了抗虫棉,不仅我省了农药了,我还省了去喷农药的用工,而且又很安全,不污染环境,所以这个意义是很大的。

【基因智慧】杀虫于毫厘之间 BT基因如何创造抗虫棉?

  为什么你这个抗虫基因进去就可以把虫杀死了?这个杀虫蛋白昆虫吃了以后必须在碱性的条件下,它才能以释放出来杀虫的核心蛋白。但是昆虫肠道正好是碱性的,消化道里的表面的细胞里头,它就引起离子通道的改变, 把离子给它稀释掉, 水解然后释放出来杀虫的核心蛋白,就形成寡聚体,它形成寡聚体以后,这个肠道上面有一个识别位点,识别那个位点,由这个位点它才能和肠道结合上去,就把细胞就撑破了。照这样就把昆虫给杀死了。我们人类呢,动物,甚至包括其他的害虫。它只要不是碱性的,它就释放不出来杀虫的核心蛋白

  Bt基因可指导转基因作物产生对鳞翅目害虫有严重毒性的Bt蛋白,可以大大减少农药的使用,不需要使用农药, Bt蛋白可以高效杀灭鳞翅目害虫的同时,对哺乳动物没有任何危害,对人相当的安全,就像氧气虽然对蛔虫、钩虫剧毒,但氧气对人却没有危害。

  所以它是特异性的只针对鳞翅目害虫,现在全球的目前所用的杀虫的蛋白,就包括他们抗虫玉米,抗虫水稻,用的基本都是这个蛋白,大面积播种的印度、美国、像阿根廷、巴西。用的都是这个基因,而且现在推广了二十多年,原来大家就是有一个问题,你那个昆虫是不是就像对农药一样,他会不会产生抗性?最后对它没用了是吧。如果它里头的细胞,结合位点都变了,你不就杀不死它了吗。但是农药好多都是化学东西。这是一种蛋白。我们当时也担心,所以最开始的时候,我们新疆就没有放开,因为万一它要产生抗性怎么办。但是现在看来,蛋白来杀死昆虫,它进展是非常非常缓慢,直到现在也没有看到他产生抗性了。另外,它还有一个特点,因为我们种抗虫棉吧,害虫它不是光吃你的棉花,它还吃你的小麦。她是个杂食性的害虫,它可以吃你的玉米,水稻他都吃。刚开始它孵化出来的时候,还没有棉花呢它就吃小麦。是一个杂食性的害虫,杂食性的害虫就有这么一个特点。如果你在吃,我们在抗虫棉的田里只准吃BT这个棉花,看看你吃多少代以后是不是会产生抗性,特别是在实验室里头养棉铃虫。往饲料里头把BT蛋白加进去让他吃,使用到一半的时候。我们就赶快把活下来的再给它孵化,由虫卵孵化出幼虫来,再让它吃带BT这个蛋白,结果经过几十代之后,实际也产生了一些抗性。大家刚开始的时候认为说你这个抗虫棉时间长了以后是不是也失灵了?但是为啥现在调查以后没有产生抗性呢?它产生抗性的棉铃虫,它已经形成蛾了么?在和没有产生抗性的蛾交配以后,它的后代仍然是敏感的。有这么一个特点,它再吃BT这个棉花的话,它又可以杀死。所以直到现在不像我们想象那样,就用了多少代之后它就会产生抗性不能用。现在还没有。

【基因智慧】杀虫于毫厘之间 BT基因如何创造抗虫棉?

  抗虫棉目前分为转基因单价抗虫棉和转基因双价抗虫棉。 转基因单价抗虫棉是将一种细菌来源的、可专门破坏棉铃虫消化道的Bt杀虫蛋白基因经过改造,转到了棉花中,使棉花细胞中存在这种杀虫蛋白质。其核心技术于1995年申请国家发明专利,1998年正式授权,2001年该专利被国际知识产权组织及国家知识产权局授予发明专利金奖。它标志着我国成为继美国之后,世界上独立自主研制成功抗虫棉的第二个国家。

  现在我们通过基因工程我们抗虫(棉)已经研究成功了,无非下面再增加一些其它的基因。你像我们双加的就是两个抗虫基因进去了,因为双加基因它除了BT这个基因,里头有一个CPTI基因,本来BT基因是引起细胞的裂解。豇豆蛋白酶抑制剂基因是抑制它的消化,吃了以后不消化,同时又让你细胞裂解,这个抗溶性就会更好。在棉花上,我们除了抗虫的,现在我们也已经成功了抗除草剂的。抗除草剂的我们也是放了两个基因,通过转基因设计创造出来一些新的种质资源,这样对我们将来培育新的品种才有所突破。

  转基因技术,将来是引领育种的一个方向,没有真正的基因工程育种,就不可能创造出真正的优质种子。将来要提高产量,改善品质,都可以通过基因工程培育。不仅仅是对于农作物的培养和改良,在医药领域也是非常重要的。

  真正搞清了它的基因序列,你才能很快研究出来育苗。到目前来讲也是我们国家通过基因工程培育的抗虫棉世界大规模产业化的现在还是一个棉花,实际有了抗虫棉,大家看到这个效果之后。现在累计推广了差不多六点几亿亩,说产生的社会经济效益已经超过了一千亿。从经济上也是很合算的。而且刚才我讲了它对环境的保护,对农民的健康的保护意义都是很大的。

【基因智慧】杀虫于毫厘之间 BT基因如何创造抗虫棉?

  目前我国棉花现在每年还要需要进口,特别是优质棉耕种面积不大。制作出高档服装需要高档的棉花,绒长必须很长,绒毛很细,强力要求高,不能一拉就断。类似这种棉花产量很少,必须通过生物技术的手段,培育出新的优质的棉花满足发展的需要。

  通过生物技术的手段,找我出来和优质有关的这些基因片段,和我们常规的陆地棉杂交,来选育出后代里头偏向于优质棉的,产量又接近陆地棉的,而且还可以把适应性给它扩大了,这样就可以把我们的整个优质棉的面积产量就提升。如果一旦提升了,对我们国家的纺织企业参与国际竞争,那就大大提升了。

  监制:战钊 薛爱红

  策划:王友华 金赫

  导演:金赫

  摄像:肖春芳

  科学顾问:郭三堆

  责任编辑:梁成真

[ 责编:赵清建 ]
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