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摘要 综述了我国转Bt基因抗虫棉的研究应用现状，转Bt基因棉在害虫综合治理中的作用以及种植转Bt基因棉的生态风险及对策，包括对非目标昆虫及天敌的影响，害虫产生抗药性以及治理对策，从而为今后正确评价转Bt基因棉在该区种植中的生态安全性，充分发挥其在害虫治理中的作用提供依据。
关键词 转Bt基因棉；害虫综合治理；生态风险；对策
中图分类号 S433.1 文献标识码A文章编号1007-5739（2008）03-0108-02
1转Bt基因抗虫棉的研究及应用现状
将苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis，简称Bt）杀虫蛋白基因导入棉花，其对敏感害虫毒力高，对人畜、捕食性天敌安全，不污染环境。我国自1986年将棉花抗虫基因工程研究列为国家“863”计划的重点课题以来，已取得了较大的进展，1990年范云六等首先分离克隆出Bt基因，中国农业科学院生物技术所谢道昕等于1991年采用花粉管通道法，首次成功地将苏云金芽胞杆菌的aigawai7-29和KurstakiHD-1杀虫基因分别导入中棉所12等4个棉花品种（系），并在转育棉株中得到表达。中国农业科学院棉花研究所20世纪90年代初率先通过生物技术与常规育种技术相结合的技术途径，把Bt基因导入综合性状优良的中棉所系列品种中，育成了中棉所29、中棉所30、中棉所38、中棉所39、中棉所40等抗虫品种，中国农业科学院生物技术中心郭三堆研究员通过自己构建的Bt基因育成了国抗一号、GK19、GK22和具有Bt CPTⅠ基因的双价抗虫棉SGK321等品种（系）；南京农业大学作物遗传育种系张天真育成了南抗3号；山西省农科院棉花所育成了晋棉26号。
2转Bt基因抗虫棉在综合防治（IPM）中的作用
常规棉田，化学防治是主要防治措施，但大量用药也直接改变了棉田其他害虫的种群动态；转Bt基因抗虫棉品种在棉铃虫重发棉区都表现出较好的抗虫性，抗虫能力均在80%以上，减少化学农药用量50%~80%，有效地减轻了环境污染，保护了天敌的种群数量，加强了对部分害虫的自然控制作用，促进了棉田乃至整个农田生态系统的良性循环。
2.1转Bt基因抗虫棉对靶标害虫的控制作用
目前，防治棉铃虫的转Bt基因棉主要表达一种杀虫蛋白，Bt杀虫蛋白被敏感鳞翅目害虫取食后进入中肠道，在害虫消化道内消化酶的作用下，水解产生的活性毒素分子与中肠道上皮细胞纹缘膜上的特异性受体结合，并发生作用而使细胞膜穿孔，消化道细胞的离子渗透压平衡遭到破坏，从而对靶标害虫产生毒性，最终导致死亡。取食转基因抗虫棉组织后，目标害虫的幼虫存活率、化蛹率及蛹羽化率都降低，幼虫体重及蛹重变小，幼虫发育速度减缓，成虫产卵率降低，寿命缩短。
2.2转Bt基因抗虫棉对其他害虫的控制作用
转Bt基因抗虫棉的抗虫特点为专一性、高抗性、差异性。抗虫棉只对棉铃虫等鳞翅目害虫有抗性，对棉蚜、棉叶螨、红蜘蛛等不具抗性。转基因抗虫棉除对棉铃虫有抗性外，对棉红铃虫、棉造桥虫均有抗性，目前种植的抗虫棉多为转Bt基因棉，一般仅抗鳞翅目害虫，抗性强弱顺序为棉铃虫、玉米螟＞红铃虫、卷叶蛾、造桥虫＞地老虎、斜纹夜蛾；而对棉蚜、棉叶螨、棉蓟马等刺吸害虫，不仅不具抗性反而有发生加重的趋势。棉株各空间组织在不同发育阶段均能强力阻止棉铃虫取食，表现出较高的抗虫效果。抗虫棉的不同品系间抗性不同；Bt棉的抗虫性有随棉株生育期进展而降低的趋势；转Bt基因抗虫棉同一生长发育阶段的不同组织器官对棉铃虫初孵幼虫的抗性差异较大，表现为营养器官的抗性高于繁殖器官；Bt棉对低龄幼虫（特别是1龄幼虫）的抗性非常高，但随害虫龄期增大，抗性降低。
3应用转基因Bt基因棉的生态风险及对策
3.1转Bt基因棉对非目标昆虫及有益昆虫的影响
转Bt基因棉对棉蚜、棉叶螨无抗性，棉花生长期间应加强棉蚜、棉叶螨的监测与防治，在化学药剂防治上，应以专性、选择性农药为主，避免害虫产生抗药性，同时避免过多伤害天敌。
转Bt基因棉田由于在2代棉铃虫发生期间不要喷药，且本身对棉田捕食性天敌影响不显著，瓢虫类、草蛉类、蜘蛛类捕食性天敌的数量大幅度增加，有效控制了蕾铃期棉蚜种群的发展。利用综合防治措施保护转Bt基因棉对棉田捕食性天敌的数量，能有效控制次要害虫的为害，但转Bt基因棉对棉铃虫寄生性天敌的种群数量有一定的影响。
3.2害虫对转Bt基因棉产生抗性风险
Van Rie等（1990）用体外水解后的Bt蛋白Cry1Ab有抗性的印度谷螟，结果发现抗性依然存在，这说明抗性的产生不是由于昆虫体内缺乏水解酶所致。Ferre等（1991）也证明小菜蛾对Cry1Ab产生抗性的原因，也是消化道受体细胞膜上的受体发生改变，导致与毒蛋白的结合力大幅度下降，而该虫对Cry1Ca仍然是敏感的。这些结果说明：害虫对Bt蛋白产生抗性，可能是抗性害虫不能使Bt杀虫蛋白很好地溶解或缺乏水解原毒素的消化酶，也可能是与毒性肽相结合的受体已发生了变化，害虫对Bt杀虫蛋白产生抗性主要与害虫消化道内毒素结合受体的改变有关。将两类或多类不同的抗虫基因同时导入同一棉株，既可以延缓害虫对其产生抗性、延长转基因抗虫棉的使用寿命，又可以通过不同基因间的互补作用，提高转基因抗虫棉的抗虫范围和抗虫能力。
3.3抗性预防及对策
3.3.1完善管理体制。转Bt基因棉在棉花上表现为单显性遗传，纯度差的棉种会因棉铃虫的危害而直接造成减产，并且破坏了转基因抗虫棉的整体防治措施。在与转Bt基因抗虫棉有关的基因安全管理和种子管理中，在批准商品化应用之前，应对其害虫防治配套措施、杀虫效果的时空动态、抗性治理方案等进行必要的审查。
3.3.2保证转Bt基因抗虫棉品种的纯度，严把转Bt基因抗虫棉品种关。尽快制订完善转基因作物试验示范和商品化种植的法律、法规，禁止抗性水平不高的Bt棉品系进入生产。纯度高的抗虫棉种含的杀虫蛋白表达量高，抗虫效果明显；如果在抗虫棉中混有较多的非抗虫棉种子，则非抗虫棉株上的3龄以上幼虫可转移到附近的抗虫棉株上造成取食、存活和抗性汰选，会加速抗性发展速度。由于一些棉农自行留种，会因种子上混杂导致抗性发展速度加快，使抗性问题不可预测和控制，因此要通过采取措施避免棉农自行繁种，保证田间抗虫棉种子的纯度，以免因种子混杂，杀虫效果降低而加速抗性发展。
3.3.3保护田间自然“庇护所”，保护棉田外敏感种群。在抗虫棉种植区有计划种植一些非抗虫品种，延缓棉铃虫抗性种群的产生，延长转Bt基因抗虫棉在农业中的利用时间。鉴于棉花在国民经济中的重要性，在没有研究出十分把握的治理策略前，暂缓在同一地区种植转Bt基因玉米，并限制Bt生物制剂在棉区棉铃虫各种寄主作物上应用，尤其应禁止在同一地区同时种植转Bt基因棉和转Bt基因的玉米。如果在转Bt基因抗虫棉区也推广转Bt基因抗虫玉米，有可能对天然“庇护所”构成严重威胁。我国除新疆棉区需建立庇护所外，其他棉区由于植棉规模小，田间可种植多种作物，作为天然的“庇护所”。
3.3.4加快转双价基因抗虫棉的研究与应用。目前，生产上推广的抗虫棉多是单价转Bt基因棉，主要表达的转Bt杀虫基因只有1种，抗性比较单一，只对棉铃虫、红铃虫等少数鳞翅目害虫有杀虫效果；对鳞翅目以外的害虫抗性很小或不具抗性，且一特定的杀虫蛋白只对某一种或几种害虫具有毒杀作用，抗虫谱窄，害虫易产生抗性。利用现代基因工程技术将2种或2种以上的Bt基因或不同杀虫机理的其他基因与Bt基因混合转入棉花中，增加外源基因的种类，既可以提高杀虫活性、延长转基因抗虫棉的使用寿命，又可以延缓害虫抗性的产生和发展；通过不同基因间的互补作用还能提高转基因抗虫棉的抗虫范围和抗虫能力。例如，目前新培育转双价基因棉SGK321、中棉所41（含CpTI基因）抗虫效果十分明显，已有一定的市场占有率。
3.3.5加强棉铃虫田间种群对转Bt基因抗虫棉的抗性监测。由于少数转Bt基因棉种子中杀虫蛋白含量很少或根本没有，因此对转Bt基因抗虫棉的杀虫效果及田间种群的抗性变化进行监测，提高预测预报技术是必不可少的，通过监测，可以正确评估Bt棉的杀虫效果及害虫的危害水平，以便及时预测害虫抗性的产生与发展。
3.3.6特异性、诱导型启动子与表达。杀虫蛋白在植物中的组成型表达会对昆虫群体产生较高选择区，促使昆虫产生抗性。采用诱导型或组织特异性表达的启动子与Bt杀虫蛋白基因构成嵌合基因，可获得特异性表达的抗虫品种，使Bt基因只在害虫侵害时或者只在植物易受侵害的部位或者只在一定条件下高效表达，可保持高剂量，同时降低选择压，既能有效防治害虫，又能延缓害虫抗性的产生。
3.3.7根据不同棉区特点，研究推广以转Bt基因棉为基础的棉花病虫害综合治理技术体系。由于转Bt基因棉主要控制棉铃虫及少数鳞翅目害虫的危害，对大部分害虫的控制效果不明显或不具有抗性。因此，在转Bt基因棉大面积种植区应当以转Bt基因棉为主，以适应IPM体系大规模统一实施的需要；结合其他防治措施，根据IPM理论进行害虫的综合治理，从而更好地发挥转Bt基因棉的杀虫效果，有效地控制害虫，保持自然生态平衡。
3.3.8努力提高棉农的植保素质，加强害虫的预报预测工作。在防治过程中，要注意保护天敌，尽量推迟用药时间，减少用药次数和用药量，使用对天敌毒害小的农药。严格按照标准化化防。
4参考文献
[1] 贾士荣，郭三堆，安道昌.转基因棉花[M].北京：科学出版社，2001.
[2] 崔金杰，夏敬源.一熟转Bt基因棉主要害虫及其天敌的发生规律[J].植物保护学报，2000，27（2）：141-145.
[3] 潘启明，潘宾，李建勋，等.转Bt基因抗虫棉棉田主要害虫发生消长特点[J].中国棉花，2002，29（9）：22-23.
[4] 郭三堆，崔洪志，夏兰芹，等.双价抗虫转基因棉花研究[J].中国农业科学，1999，32（3）：1-7.
[5] 崔金杰，夏敬源，马丽华，等.转双价基因抗虫棉对棉铃虫的抗性及对照动态[J].棉花学报，2002，14（6）：23-29.
[6] 夏敬源，崔金杰，马丽华，等.转Bt基因抗虫棉在害虫综合治理中的作用研究[J].棉花学报，1999，11（2）：57-64.
[7] 赵建国，卢美光.转Bt基因棉花在综合防治中的作用、抗性问题及其对策[M].北京：中国科学技术出版社，1996.
关键词 转Bt基因棉；害虫综合治理；生态风险；对策
中图分类号 S433.1 文献标识码A文章编号1007-5739（2008）03-0108-02
1转Bt基因抗虫棉的研究及应用现状
将苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis，简称Bt）杀虫蛋白基因导入棉花，其对敏感害虫毒力高，对人畜、捕食性天敌安全，不污染环境。我国自1986年将棉花抗虫基因工程研究列为国家“863”计划的重点课题以来，已取得了较大的进展，1990年范云六等首先分离克隆出Bt基因，中国农业科学院生物技术所谢道昕等于1991年采用花粉管通道法，首次成功地将苏云金芽胞杆菌的aigawai7-29和KurstakiHD-1杀虫基因分别导入中棉所12等4个棉花品种（系），并在转育棉株中得到表达。中国农业科学院棉花研究所20世纪90年代初率先通过生物技术与常规育种技术相结合的技术途径，把Bt基因导入综合性状优良的中棉所系列品种中，育成了中棉所29、中棉所30、中棉所38、中棉所39、中棉所40等抗虫品种，中国农业科学院生物技术中心郭三堆研究员通过自己构建的Bt基因育成了国抗一号、GK19、GK22和具有Bt CPTⅠ基因的双价抗虫棉SGK321等品种（系）；南京农业大学作物遗传育种系张天真育成了南抗3号；山西省农科院棉花所育成了晋棉26号。
2转Bt基因抗虫棉在综合防治（IPM）中的作用
常规棉田，化学防治是主要防治措施，但大量用药也直接改变了棉田其他害虫的种群动态；转Bt基因抗虫棉品种在棉铃虫重发棉区都表现出较好的抗虫性，抗虫能力均在80%以上，减少化学农药用量50%~80%，有效地减轻了环境污染，保护了天敌的种群数量，加强了对部分害虫的自然控制作用，促进了棉田乃至整个农田生态系统的良性循环。
2.1转Bt基因抗虫棉对靶标害虫的控制作用
目前，防治棉铃虫的转Bt基因棉主要表达一种杀虫蛋白，Bt杀虫蛋白被敏感鳞翅目害虫取食后进入中肠道，在害虫消化道内消化酶的作用下，水解产生的活性毒素分子与中肠道上皮细胞纹缘膜上的特异性受体结合，并发生作用而使细胞膜穿孔，消化道细胞的离子渗透压平衡遭到破坏，从而对靶标害虫产生毒性，最终导致死亡。取食转基因抗虫棉组织后，目标害虫的幼虫存活率、化蛹率及蛹羽化率都降低，幼虫体重及蛹重变小，幼虫发育速度减缓，成虫产卵率降低，寿命缩短。
2.2转Bt基因抗虫棉对其他害虫的控制作用
转Bt基因抗虫棉的抗虫特点为专一性、高抗性、差异性。抗虫棉只对棉铃虫等鳞翅目害虫有抗性，对棉蚜、棉叶螨、红蜘蛛等不具抗性。转基因抗虫棉除对棉铃虫有抗性外，对棉红铃虫、棉造桥虫均有抗性，目前种植的抗虫棉多为转Bt基因棉，一般仅抗鳞翅目害虫，抗性强弱顺序为棉铃虫、玉米螟＞红铃虫、卷叶蛾、造桥虫＞地老虎、斜纹夜蛾；而对棉蚜、棉叶螨、棉蓟马等刺吸害虫，不仅不具抗性反而有发生加重的趋势。棉株各空间组织在不同发育阶段均能强力阻止棉铃虫取食，表现出较高的抗虫效果。抗虫棉的不同品系间抗性不同；Bt棉的抗虫性有随棉株生育期进展而降低的趋势；转Bt基因抗虫棉同一生长发育阶段的不同组织器官对棉铃虫初孵幼虫的抗性差异较大，表现为营养器官的抗性高于繁殖器官；Bt棉对低龄幼虫（特别是1龄幼虫）的抗性非常高，但随害虫龄期增大，抗性降低。
3应用转基因Bt基因棉的生态风险及对策
3.1转Bt基因棉对非目标昆虫及有益昆虫的影响
转Bt基因棉对棉蚜、棉叶螨无抗性，棉花生长期间应加强棉蚜、棉叶螨的监测与防治，在化学药剂防治上，应以专性、选择性农药为主，避免害虫产生抗药性，同时避免过多伤害天敌。
转Bt基因棉田由于在2代棉铃虫发生期间不要喷药，且本身对棉田捕食性天敌影响不显著，瓢虫类、草蛉类、蜘蛛类捕食性天敌的数量大幅度增加，有效控制了蕾铃期棉蚜种群的发展。利用综合防治措施保护转Bt基因棉对棉田捕食性天敌的数量，能有效控制次要害虫的为害，但转Bt基因棉对棉铃虫寄生性天敌的种群数量有一定的影响。
3.2害虫对转Bt基因棉产生抗性风险
Van Rie等（1990）用体外水解后的Bt蛋白Cry1Ab有抗性的印度谷螟，结果发现抗性依然存在，这说明抗性的产生不是由于昆虫体内缺乏水解酶所致。Ferre等（1991）也证明小菜蛾对Cry1Ab产生抗性的原因，也是消化道受体细胞膜上的受体发生改变，导致与毒蛋白的结合力大幅度下降，而该虫对Cry1Ca仍然是敏感的。这些结果说明：害虫对Bt蛋白产生抗性，可能是抗性害虫不能使Bt杀虫蛋白很好地溶解或缺乏水解原毒素的消化酶，也可能是与毒性肽相结合的受体已发生了变化，害虫对Bt杀虫蛋白产生抗性主要与害虫消化道内毒素结合受体的改变有关。将两类或多类不同的抗虫基因同时导入同一棉株，既可以延缓害虫对其产生抗性、延长转基因抗虫棉的使用寿命，又可以通过不同基因间的互补作用，提高转基因抗虫棉的抗虫范围和抗虫能力。
3.3抗性预防及对策
3.3.1完善管理体制。转Bt基因棉在棉花上表现为单显性遗传，纯度差的棉种会因棉铃虫的危害而直接造成减产，并且破坏了转基因抗虫棉的整体防治措施。在与转Bt基因抗虫棉有关的基因安全管理和种子管理中，在批准商品化应用之前，应对其害虫防治配套措施、杀虫效果的时空动态、抗性治理方案等进行必要的审查。
3.3.2保证转Bt基因抗虫棉品种的纯度，严把转Bt基因抗虫棉品种关。尽快制订完善转基因作物试验示范和商品化种植的法律、法规，禁止抗性水平不高的Bt棉品系进入生产。纯度高的抗虫棉种含的杀虫蛋白表达量高，抗虫效果明显；如果在抗虫棉中混有较多的非抗虫棉种子，则非抗虫棉株上的3龄以上幼虫可转移到附近的抗虫棉株上造成取食、存活和抗性汰选，会加速抗性发展速度。由于一些棉农自行留种，会因种子上混杂导致抗性发展速度加快，使抗性问题不可预测和控制，因此要通过采取措施避免棉农自行繁种，保证田间抗虫棉种子的纯度，以免因种子混杂，杀虫效果降低而加速抗性发展。
3.3.3保护田间自然“庇护所”，保护棉田外敏感种群。在抗虫棉种植区有计划种植一些非抗虫品种，延缓棉铃虫抗性种群的产生，延长转Bt基因抗虫棉在农业中的利用时间。鉴于棉花在国民经济中的重要性，在没有研究出十分把握的治理策略前，暂缓在同一地区种植转Bt基因玉米，并限制Bt生物制剂在棉区棉铃虫各种寄主作物上应用，尤其应禁止在同一地区同时种植转Bt基因棉和转Bt基因的玉米。如果在转Bt基因抗虫棉区也推广转Bt基因抗虫玉米，有可能对天然“庇护所”构成严重威胁。我国除新疆棉区需建立庇护所外，其他棉区由于植棉规模小，田间可种植多种作物，作为天然的“庇护所”。
3.3.4加快转双价基因抗虫棉的研究与应用。目前，生产上推广的抗虫棉多是单价转Bt基因棉，主要表达的转Bt杀虫基因只有1种，抗性比较单一，只对棉铃虫、红铃虫等少数鳞翅目害虫有杀虫效果；对鳞翅目以外的害虫抗性很小或不具抗性，且一特定的杀虫蛋白只对某一种或几种害虫具有毒杀作用，抗虫谱窄，害虫易产生抗性。利用现代基因工程技术将2种或2种以上的Bt基因或不同杀虫机理的其他基因与Bt基因混合转入棉花中，增加外源基因的种类，既可以提高杀虫活性、延长转基因抗虫棉的使用寿命，又可以延缓害虫抗性的产生和发展；通过不同基因间的互补作用还能提高转基因抗虫棉的抗虫范围和抗虫能力。例如，目前新培育转双价基因棉SGK321、中棉所41（含CpTI基因）抗虫效果十分明显，已有一定的市场占有率。
3.3.5加强棉铃虫田间种群对转Bt基因抗虫棉的抗性监测。由于少数转Bt基因棉种子中杀虫蛋白含量很少或根本没有，因此对转Bt基因抗虫棉的杀虫效果及田间种群的抗性变化进行监测，提高预测预报技术是必不可少的，通过监测，可以正确评估Bt棉的杀虫效果及害虫的危害水平，以便及时预测害虫抗性的产生与发展。
3.3.6特异性、诱导型启动子与表达。杀虫蛋白在植物中的组成型表达会对昆虫群体产生较高选择区，促使昆虫产生抗性。采用诱导型或组织特异性表达的启动子与Bt杀虫蛋白基因构成嵌合基因，可获得特异性表达的抗虫品种，使Bt基因只在害虫侵害时或者只在植物易受侵害的部位或者只在一定条件下高效表达，可保持高剂量，同时降低选择压，既能有效防治害虫，又能延缓害虫抗性的产生。
3.3.7根据不同棉区特点，研究推广以转Bt基因棉为基础的棉花病虫害综合治理技术体系。由于转Bt基因棉主要控制棉铃虫及少数鳞翅目害虫的危害，对大部分害虫的控制效果不明显或不具有抗性。因此，在转Bt基因棉大面积种植区应当以转Bt基因棉为主，以适应IPM体系大规模统一实施的需要；结合其他防治措施，根据IPM理论进行害虫的综合治理，从而更好地发挥转Bt基因棉的杀虫效果，有效地控制害虫，保持自然生态平衡。
3.3.8努力提高棉农的植保素质，加强害虫的预报预测工作。在防治过程中，要注意保护天敌，尽量推迟用药时间，减少用药次数和用药量，使用对天敌毒害小的农药。严格按照标准化化防。
4参考文献
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[2] 崔金杰，夏敬源.一熟转Bt基因棉主要害虫及其天敌的发生规律[J].植物保护学报，2000，27（2）：141-145.
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[5] 崔金杰，夏敬源，马丽华，等.转双价基因抗虫棉对棉铃虫的抗性及对照动态[J].棉花学报，2002，14（6）：23-29.
[6] 夏敬源，崔金杰，马丽华，等.转Bt基因抗虫棉在害虫综合治理中的作用研究[J].棉花学报，1999，11（2）：57-64.
[7] 赵建国，卢美光.转Bt基因棉花在综合防治中的作用、抗性问题及其对策[M].北京：中国科学技术出版社，1996.