新中国档案:从普通棉到抗虫棉

张巍巍

2009年09月29日13:59  来源:《科技日报》

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“棉布寸土皆有”,“织机十室必有”,明代宋应星的《天工开物》中如实记载着。自宋末元初,棉花始在内地种植,已过去700余年。而今,这历史悠久的如雪“花朵”早已搭上了高科技的快车,变身为“百毒不侵”的抗虫棉,继续履着造福于民的重大职责。 


  只见过“虫吃棉”,没见过“棉吃虫”,这是大多数棉农对国产抗虫棉最初的印象。20多年过去了,正是这不被众人所接受与看好的小小棉花,带着早已融入其体内的抗虫基因,走进了千家万户,悄无声息地改善着亿万棉农的生活,更记录着一个植棉强国的快速崛起。

  内忧外患“逼”出抗虫棉

  “那是给逼出来的!”追溯抗虫棉诞生的原由,中国农科院生物技术研究所的郭三堆研究员如是说。

  20世纪90年代初,我国北方棉区棉铃虫连年大暴发,全国棉花总产下降43%左右,农民们吃尽了种棉治虫的苦头。原本在棉花种植期间只需喷洒1到3次农药就能制的棉铃虫,那时喷药20多次依然无济于事。当气坏的棉农把害虫扔到农药原液中时,抗性变强的小虫却自得地游起泳来。据不完全统计,1992年至1996年因超量使用农药而中毒的人员多达数万人次,由于土壤环境受到严重污染,棉田几乎无法再种……棉农一度“谈虫色变”。

  而棉花作为我国重要的战略物资,其生产遭到破坏也危及着我国的国家安全。多年的棉铃虫暴发使得国家经济损失高达数百亿元,作为我国出口创汇支柱产业之一的棉纺织业的大宗出口也受到了严重影响。

  与此同时,大洋彼岸的美国孟山都公司已于1988年成功研制出Bt抗虫棉,并将这个先进的理念引入了中国,旨在占领中国极富潜力的植棉市场。在与孟山都公司谈判破裂后,生物技术研究所的范云六院士和郭三堆研究员不禁感慨:“我们能不能开展自己的分子育种项目?”

  内忧外患的双重危机使得抗虫棉的研发迫在眉睫!1991年,在科技部“远瞻前沿,背靠土地”的精神激励下,国家863计划正式启动了棉花抗虫基因工程的育种研究,中国作为植棉大国无抗虫棉的历史从这一刻开始被改写。

  单价抗虫棉:千呼万唤始出来

  “我们即将面对的仿若是自己从未谋面的孩子,心情兴奋而不安。当放在抗虫棉植株上的棉铃虫全部死光时,大棚里一片欢呼雀跃……” 回想起1994年单价抗虫棉小规模田间试验的那一幕,时任863计划生物技术领域专家委员会委员的黄大昉教授仍然激动不已。

  1994年,拥有我国自主知识产权的单价抗虫棉研育成功,这使中国成为了世界上第二个成功研育抗虫棉的国家,打破了美国抗虫棉对我国市场的垄断格局,更为1997年后国产抗虫棉的迅速发展奠定了坚实基础。而这份胜利却充满了艰辛和挑战。

  由于当时我国在分子育种领域仍处于起步阶段,自行研制抗虫棉并不被外界所看好。美国的研究团队有上百名科学家,我们却只有六七个人。到底能不能成功?什么时候能成功?这样的疑问迫使原本就单薄的小组再次“缩水”,只剩下两三个人继续研究。“做了就不能半途而废,拼了命也要把它搞成!” 作为课题组的负责人,郭三堆的心中满是坚定。

  24小时“耗”在实验室,行军床就是他们全部的“家当”。功夫不负有心人,经过一年零八个月的刻苦攻关,郭三堆和组员们成功合成和改造了Bt杀虫基因,研制出具有国际先进水平的表达载体,并以中国特色的花粉管通道法将杀虫基因导入了棉花植株。

  “这不是一个人在战斗,最后的成功源自多位科学家的共同努力。” 郭三堆强调说。

  的确,转基因抗虫棉的研制成功融入了若干专家的辛勤工作。无论是倡导我国自行研制抗虫棉花的范云六院士,还是将转基因抗虫棉力推为863计划重大关键技术项目的责任专家贾士荣教授,或是日夜攻关、奉献所有在法国所学知识的课题组负责人郭三堆研究员,以及许许多多不为外人所知的无名英雄们。

  2001年12月,当郭三堆接过世界知识产权组织和中国国家知识产权局联合为国产单价抗虫棉颁发的专利金奖时,他的心中满是自豪。这沉甸甸的奖杯标志着我国转基因抗虫棉培育技术的重大突破,中国不再是依赖国外抗虫棉的植棉落后大国,而跻身为享誉海外的抗虫棉培育强国。

  双价抗虫棉:一举超越美国棉

  1996年,是我国抗虫棉发展历程中极为重要的一年。国产双价抗虫棉的诞生宣告着:在中美的又一次对决中,我们领先了!

  1999年,双价抗虫棉通过安全评价并获准生产,比美国双价抗虫棉应用于生产早了整整5年。

  在国产单价抗虫棉研育成功后,来自各界的质疑声一直不绝于耳,甚至有人认为项目组使用了国外的材料。为向国内外证明我国科学家具备成功研育抗虫棉的实力,郭三堆和组员们又在1994年开始了双价抗虫棉的研制工作。经过两年的技术攻关,生物技术研究所的科学家们率先研制出具备Bt和CpTI两种杀虫蛋白的双价抗虫棉。“双管齐下”有效地增强了杀虫效果,也大大延缓了棉虫产生抗性的时间。“国产双价抗虫棉的研制成功使我国在国际上占有了一席之地。” 郭三堆如是说。

  在向各界证明了自己的实力后,郭三堆带领的科研团队并未就此止步。他们大胆地向含有融合杀虫蛋白的抗虫棉发起了冲击。“所谓融合杀虫蛋白就是把Bt和CpTI两种杀虫蛋白‘揉’在一起,成为一个蛋白,使两个蛋白的独立功能能够同步发挥作用,切实提升融合抗虫棉的杀虫效果。这一技术已走在了世界前列!” 郭三堆开心地说道。

  2002年,融合抗虫棉研制成功;次年,进入安全评价并生产试验。课题组提供的数据表明,融合抗虫棉对敏感性棉铃虫的校正死亡率可达94%,其对抗性棉铃虫的校正死亡率也是单价抗虫棉的三倍还多。

  三系抗虫棉:有“身份证”的高产抗虫棉

  “看到这个分子标记了么?这就像三系抗虫棉特有的‘身份证’,有了这个依据,别人再也不敢乱谈我们的棉种是他们的了。”郭三堆自豪地说。

  这是我国转抗虫基因三系杂交棉首次采用分子标记技术。科研人员可借助差异序列获得特殊的SCAR标记,用于辨别种子的真伪和归属。为保护育种者的自主知识产权提供了有力的科学依据。

  “以前棉花常规杂交制种要靠手工去除雄蕊,效率低、规模小、投入高,纯度还不能保证。”郭三堆回忆道。为解决这个世界性难题,他带领的课题组又开始了高强度的技术攻关。2005年,课题组率先在国际上研制成功高产、高效、高纯度、低成本的转抗虫基因三系杂交棉分子育种体系,驱散了困扰各国科学家多年的魇,打开了三系杂交棉的产业化大门。

  生物技术研究所和邯郸市农科院通力协作,先后培育出我国第一个转双价抗虫基因三系杂交棉“银棉2号”,和高产、多抗的抗虫三系杂交棉“银棉8号”等新品种。并首开国际先河,在生产上实现了大规模推广应用。

  中国农科院副院长刘旭表示,转抗虫基因三系杂交棉的研制成功是棉花杂交育种技术的又一次重大突破,“银棉2号”的培育、示范成功势将成为杂交棉产业化的一个新起点。

  数据显示,抗虫三系杂交棉可比常规抗虫棉增产26%,制种成本可降低一半以上。若每年种植5000万亩,可增产皮棉80至100万吨,约等于目前1000万亩常规抗虫棉田的总产量,亦相当于再造了大半个长江流域棉区,直接增收可超96亿元。这是怎样的壮举!

  产业化:“收复失地”后走向世界

  国产抗虫棉的产业化道路绝非一帆风顺。

  1996年,在我国自行研制成功的单价抗虫棉尚未得到普遍认可时,美国孟山都公司抢先一步,进驻“植棉大省”河北省实现了大面积种植。“但其与国内种业公司的合作条件十分苛刻,出售一斤棉种所获利润的6成都要交与孟山都公司。”黄大昉回忆说。

  面对跨国公司的“剥削压榨”,国家863计划为抗虫棉的培育课题提供了更多支持,使国产抗虫棉先后推广至多个棉区。在我国自行研制棉种物美价廉、品种众多的巨大优势下,生物技术研究所与石家庄农科院展开紧密合作,借助“桥头堡”效应将我自主棉种推广至整个河北省,收复了这块宝贵的“植棉失地”。

  1997年,我国抗虫棉仅占市场份额的7%,剩余均被美国所占据。1997年之后,国产抗虫棉进入山西、河北、山东、河南、安徽、湖南、湖北等省市的植棉市场,开始了大面积推广应用的产业化进程。

  1999年至2006年间,国产抗虫棉的市场份额约以每年10%的速率递增;至2008年,国产抗虫棉所占的市场份额已达到93%,完全主导了中国市场!

  目前,国产抗虫棉已走出国门开始在印度推广,与巴基斯坦、澳大利亚、越南等国亦有合作意向。

  提起我国抗虫棉培育和产业化的巨大进展,黄大昉不无感慨:“印、巴等发展中国家的抗虫棉知识产权始终掌握在跨国公司手中,无法独立开发转基因棉株使得他们处处受制于人。而正是因为中国有了自主知识产权的转基因抗虫棉,发达国家不敢再小视中国!”

  国产抗虫棉的广泛应用,显示了中国农业高技术研发的强劲势头和雄厚实力,也为我国在农业生物技术领域激烈的国际竞争中争得了一席之地。作为我国目前唯一大面积种植并初步实现产业化的转基因农作物,抗虫棉显著减少了人畜农药中毒和死亡事故的发生,造福了亿万棉农。它就像一个助推器,带动了我国具有自主知识产权的作物的培育,也使中国作为世界抗虫棉培育强国的地位更加稳固。

  随着国产抗虫棉产业化的逐步深入,国外市场的进一步开拓,我国抗虫棉的经济、生态和社会效益得到了显著提升。生物技术研究所提供的数据表明,截至2008年,全国累计推广国产抗虫棉3.15亿亩,新增产值超过440亿元,棉农增收250多亿元,减少农药用量数万吨……

  20多年的时光转瞬即逝,我国抗虫棉自主研育和推广的历程虽然充满艰辛,但却在中美抗虫棉发展的持续较量中书写下了辉煌的篇章。荣誉过后,仍有众多的技术难题等待着科研工作者前去攻关。

  国产抗虫棉的研究,依旧在路上……
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(责任编辑:陈丹(实习))
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