农业部官网：转基因抗虫玉米 - 玉米钻心虫的克星

一、我国玉米生产与害虫防治现状

　　玉米是我国第二大粮食作物，亦用作饲料，是我国畜牧养殖业的支柱。人们记忆犹新的肉类价格上涨，就与玉米供应偏紧、价格上涨有密切的关系。玉米又是重要的工业原料，是增值作用最高的作物之一。随着饲料、淀粉、燃料乙醇等用量迅速增加，强力拉动需求，全球玉米供应紧张的加剧，我国玉米供求关系也已发生根本性变化，从自给有余略有出口的基本平衡型向着供应偏紧的状态转变。这也促使全国玉米种植面积自2000年以来不断增加，2002年达2467万公顷，超过小麦；2007年达2 933万公顷，超过水稻；现在每年种植2 800万公顷以上，与水稻接近。21世纪我国农业面临人口不断增加和农业资源如耕地、水不断减少的双重压力，为了实现粮食安全和生态安全、提高农业生产效益的战略目标，提高玉米品种的科技含量是具有现实意义的重要举措之一。

　　玉米螟俗称玉米钻心虫、钻茎虫，是玉米、谷子、高粱等粮食作物的重要害虫，其危害是造成玉米常年减产的重要生物灾害之一，严重影响玉米的产量和质量。一般年份玉米受玉米螟为害减产10%～15%，大发生年减产可达30％以上，甚至绝收。因玉米螟的危害，每年损失的玉米就达600万～900万吨。2008年全国发生1573万公顷次，黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古通辽等主要玉米产区危害严重，被害率多在40%以上，严重的100%；黄淮夏玉米区穗期玉米螟危害中等，局部偏重发生。

　　近年来，随着我国玉米种植结构的调整，餐桌鲜食玉米需求增加，玉米种植出现多样化的趋势，除普通玉米品种外，甜玉米、糯玉米、爆裂玉米等多个玉米品种的种植均有不同程度的发展，显现出广阔的市场前景。然而，我们吃甜、糯玉米时碰到虫子心里感觉一定不舒服。尽管大家在将鲜甜糯玉米煮熟前，肯定将果穗上可见的害虫危害的部分籽粒已经切除，但穗腐病真菌产生的毒素依然有较高的残留。另一方面，为了得到好的市场价格，农民为了防止玉米螟危害雌穗，常大量使用高毒化学农药进行防治，导致农药残留严重。

　　玉米螟除直接危害玉米造成严重损失外，其危害造成的伤口又是玉米穗腐病病原菌入侵的途径，害虫本身常携带病原菌，从而诱发和加重玉米穗腐病的发生。玉米穗腐病是由真菌主要是镰刀菌和腐霉菌引起的玉米病害，除引起穗粒腐烂、霉变而导致直接产量损失外，这些真菌还会产生黄曲霉毒素、伏马毒素、雌性发情毒素、呕吐毒素、赭曲霉毒素等真菌毒素，这些毒素对人体和畜禽有害，如大家熟知的黄曲霉毒素是致癌物质。伏马毒素可破坏家禽的免疫系统，引起马属动物的脑白质软化症、猪的肺水肿等。20世纪50年代我国就曾发生马和牛的霉玉米中毒事件。1989年美国发生了由串珠镰刀菌毒素污染玉米渣造成的马脑白质软化症和猪肺水肿等中毒事件。对南非食道癌高发区Transkei地区的流行病学调查和我国河南林县食道癌病因调查中发现，伏马毒素与人类食道癌的发生率存在某种相关性。玉米一旦发生穗腐病，籽粒中就会产生大量的真菌毒素，使玉米的品质下降。研究发现，玉米穗腐病的发病率与害虫危害呈现显著正相关。

二、防治玉米螟的困难与技术需求

　　我国玉米螟的防治技术有了很大的发展，在一定程度上减少了玉米螟的危害。但由于玉米螟防治存在诸多困难，因而实际进行防治的面积为20%~30%，且由于农民对各种技术使用掌握程度不同，防治效果也不相同。

　　玉米螟是以幼虫潜藏、钻蛀危害，即心叶期在包卷而未展开的幼嫩心叶危害，抽丝散粉后危害花丝、雌穗，大龄幼虫则蛀入玉米茎秆、雌穗等危害，因此防治难度很大。玉米螟在我国从北到南一年可发生1~7代，世代不整齐。成虫具有很强的飞行扩散能力，因此在东北白僵菌封垛、灯诱等防治越冬虫需要大面积连片进行，实施有难度。后期玉米植株高大，田间操作困难，诸如使用生物防治的人工释放赤眼蜂等方法实施操作技术要求高，不易被农民掌握且成本高，防治效果受气候变化影响大，不稳定。使用化学颗粒剂一定程度上可防治心叶期危害世代，但化学杀虫剂也会有污染环境，使用时操作不当亦会引起使用者中毒等不良后果。因此，需要发展高效、经济、简便易行的防治技术。

　　我们知道，在玉米与其害虫的长期协同进化过程中，玉米对害虫也产生了一定的抗生作用。在玉米组织内不同程度的含有一种或数种抗虫物质，如已有报道的丁布等。利用玉米本身的抗虫性防治害虫，农民不需要掌握特殊的技术，只要种植了具有抗虫性的品种就能达到防虫的目的，因此品种本身的抗虫性利用是经济、简便易行、安全有效的防治措施。利用抗螟品种可减少化学农药防治面积和农药对环境的污染，有利于天敌的繁殖，且可与化学防治及生物防治配合和协调使用，达到良好的生态和社会效益，该措施也容易被农民所接受。但具有抗虫性的品种常常产量低，农艺性状差，因而在传统的育种中常被淘汰。因此，生产上真正高抗虫性的常规品种几乎没有。而利用生物技术产生的转基因抗虫玉米使这一高效、经济、简便易行的防治技术的实施成为可能。

​三、转基因抗虫玉米及其杀虫效果

　　Bt即大家熟知的苏云金杆菌，它是自然界广泛存在于土壤中的一种有益杀虫微生物，自1959年Bt作为生物杀虫剂应用于作物保护以来已经有50年的历史。但Bt作为生物杀虫剂在目前农作物保护市场上占的份额仍然不足1%，主要原因是Bt制剂在应用上存在很多的缺点，如田间不稳定、在紫外线下易分解、持效期短、对隐蔽害虫效果不大、在玉米田使用操作困难等。

　　鉴于此，科学家将在Bt中表达的能专杀昆虫的蛋白基因转到玉米中，使玉米亦能生产这种蛋白，当害虫危害取食玉米时，就将这种蛋白吃到“肚里”，在其中肠碱性溶液及酶的作用下被活化，从而杀死害虫。由于害虫在其初次取食时就吃进了这种蛋白，而这时害虫刚刚孵化，抵抗力很弱，危害力也不大，因此容易被杀死，即在其造成严重危害和损失前就被杀死，因此是一种非常有效的防治害虫的方法。

　　携有Bt杀虫基因的转基因玉米，能分泌出高效的杀虫蛋白，两天内就可杀死99％以上的玉米螟幼虫。田间试验表明，转Bt基因玉米对亚洲玉米螟防治效果可达95%~99%，且基本没有影响玉米生长的危害，而最好的化学杀虫剂最好的防治效果也仅为80%~90%，且由于是在心叶末期进行一次防治，往往已经造成了一定程度的危害。此外，转基因玉米对棉铃虫、黏虫、桃蛀螟等鳞翅目害虫都有很好的防治效果。有效防治虫害的同时，穗腐病发病率亦显著下降，粮食中霉菌毒素的含量亦显著降低，品质得到提高。

四、转基因抗虫玉米的安全性

　　目前国际上推广应用的转基因抗虫玉米多为表达Cry1Ab或Cry1F晶体蛋白等，这类蛋白是专一性的高效杀虫蛋白，当鳞翅目昆虫的幼虫如玉米螟取食后会穿过其围食膜并与肠道上皮细胞的特异性受体结合，形成穿孔，细胞因失去渗透平衡死亡，最后导致害虫死亡。由于只有鳞翅目害虫的肠壁细胞上含有这类蛋白的有效结合位点，而其他昆虫和动物肠道上皮细胞则没有，因此其杀虫作用具有高度专一性，只对“靶标昆虫”鳞翅目害虫有效，同时对这些害虫的天敌，如捕食性天敌七星瓢虫、草蛉、蜘蛛和其他有益昆虫如蜜蜂等是安全的，并得到了大量的科学实验数据证明。因此，转Bt基因抗虫玉米可作为玉米害虫综合治理的一项重要措施与防治害虫的其他方法如生物防治协调使用，从而建立高效、可持续、环境友好、经济、可操作性强的玉米害虫综合治理体系。

　　瑞士联邦Reckenholz-Tnikon研究所科学家Joerg Romeis在转基因抗虫作物对非靶标昆虫特别是通过食物链对有益昆虫天敌的影响方面，开展了大量的实验研究。在其撰写的转基因抗虫作物对地上非靶标节肢动物的影响一文中指出，现今已有的转基因抗虫作物表达的Bt蛋白由于其杀虫谱专一，对害虫天敌没有直接影响，而且由于种植转基因抗虫作物，杀虫剂使用量显著减少，自然天敌对害虫的控制作用显著提高。

　　1999年《自然》杂志发表的一篇文章曾说，这种转基因抗虫玉米会影响北美洲帝王斑蝶的生存，曾引起人们的高度关注。然而，2001年9月以后，在《美国科学院学报》上发表的5篇研究论文的结论却正好与之相悖。事实是，只有人工将一种最早在美国种植的叫做176的转基因玉米花粉大量饲养帝王蝶幼虫，才会引起后者死亡率增加。然而在自然条件下帝王斑蝶的幼虫是生活在一种名为马利筋的杂草上，而这种植物主要生长在撂荒地及田边地头，即生长在玉米地田边地头的马利筋草，其叶片上散落的玉米花粉亦非常少，不会对帝王斑蝶幼虫构成威胁。与此相比，帝王斑蝶更多会受到飞机播撒的化学杀虫剂的杀害。此外，据美国科学家室内外实验证明，表达Cry1F蛋白的转基因玉米对帝王斑蝶幼虫没有杀虫作用。法国科学家在《环境生物安全研究》杂志上发表研究结果，表明转基因玉米不存在“旁系杀虫效应”。一般来说，农田中很少存在稀有受保护的昆虫种类，在已大面积种植转基因抗虫玉米的国家并没有发现其会危及珍稀野生昆虫或其他动物。对比转基因抗虫玉米田和非转基因普通玉米田节肢动物多样性试验，没有发现转基因抗虫玉米对节肢动物多样性产生不良影响，如果与使用化学农药防治的普通玉米田相比，由于化学农药施用的减少，转基因玉米田的自然天敌等有益昆虫种群结构和功能及多样性甚至增加。

　　曾有人在《自然》杂志发表文章，认为墨西哥野生玉米受到了转基因玉米“污染”，然而随后有8位科学家在英国《自然》杂志网站上发表观点，认为墨西哥野生玉米受转基因玉米“侵蚀”的结论缺乏根据。他们呼吁，“关于转基因作物的信息一定要准确、可靠，因为这会影响到政治决策”。《自然》杂志也已要求认为墨西哥野生玉米受转基因玉米“污染”的作者为他们的结论提供新的证据。杂志社还决定，把这一问题交给读者自己来“判别”。一般认为玉米及其近缘种原产于新大陆，主要是墨西哥等中美洲地区。我国没有与玉米亲缘关系较近的大刍草或摩擦禾属植物，因此不存在转基因抗虫玉米的目的基因通过天然串粉的杂交方式向野生植物转移。

　　由于人的肠胃液环境是酸性，Bt蛋白在人体不会被活化，其次人、鱼、家畜禽等肠道细胞没有这类蛋白的有效结合位点，因此是安全的。Bt蛋白在自然环境中很快就会分解，试验表明，转Bt基因抗虫玉米间苗后留在田间的幼苗残体中Cry1Ab杀虫蛋白在间苗后50天可以完全降解，玉米散粉时沉积在玉米叶腋处花粉中Cry1Ab杀虫蛋白，分别在15天和18天完全降解，进入冬小麦田的转基因玉米碎秸秆中Cry1Ab杀虫蛋白30天后90%已被降解，因此不会在田间累积。

　　靶标害虫是否会像对化学农药产生抗性一样，在大面积推广种植后对转基因抗虫玉米亦产生抗性？这一问题也是各国科学家关注的问题。其答案是，如果合理种植并采取合理的治理策略，即可延缓或解决靶标害虫抗性的产生。法国国家农业研究院和美国明尼苏达大学的专家用两年时间监测了分别来自没有种植转基因抗虫玉米的法国西南部和已大面积种植了5年转基因玉米的美国的1 200个欧洲玉米螟雌蛾的谱系，最后得出结论是抗性基因在法国种群和美国种群中出现的频率没有显著性差异，均低于0.1%，因此具有抗性基因的欧洲玉米螟在田间出现的概率是0.000 1%。这个结果发表在《理论应用基因工程学》杂志上。

　　科学家还指出，对于涉及转基因植物安全性的每一个问题，应具体讨论而不是一概而论。只有在科学实验不断完善的基础上，合理利用，降低风险，造福人类。

五、国际转基因抗虫玉米应用概况及趋势

　　转Bt基因抗虫玉米于1996年在美国开始大规模商业化种植，之后世界各地陆续引进种植。截至2008年，全球转基因玉米（抗虫、耐除草剂或二者兼备）种植面积约3 733万公顷，占全球转基因作物种植面积的31%。目前包括美国、加拿大、阿根廷、洪都拉斯、智利、乌拉圭、巴西、西班牙、法国、德国、葡萄牙、捷克、斯洛伐克、波兰、罗马尼亚、南非、埃及、菲律宾等18个国家商业化种植，全球转基因玉米种植率已达到24%。

　　美国一直是转基因玉米种植大国，在商业化种植前10年，转基因抗虫玉米一直处于领先地位，之后兼具抗虫和耐除草剂玉米种植面积迅速上升。2009年，美国玉米种植面积的85%是转基因玉米，其中转Bt基因抗虫玉米占总面积的17%，46%为兼具抗虫和耐除草剂，22%为耐除草剂玉米。1995—2002年，平均每年对1 108个（最少495个，最多2 625个）农场进行的调查数据显示，平均每公顷增产玉米423千克。1996—2006年，美国种植转基因抗虫玉米为农民带来36亿多美元的收益。

　　为了控制秋黏虫，巴西于2008/2009生长季开始种植转Bt基因抗虫玉米，2009/2010生长季其面积已占玉米总面积的39.5%。据专家预测，如果今后10年巴西农民不种植转基因玉米将损失69亿美元。

　　在欧洲，西班牙2008年转Bt基因抗虫玉米种植面积占其玉米总播种面积的22%。葡萄牙农民种植转Bt基因抗虫玉米每公顷可增收150美元。在法国，转Bt基因玉米对欧洲玉米螟的防效为95%~99%，增产5%~25%，每公顷增收150~210美元。德国种植转基因抗虫玉米防治欧洲玉米螟的效果达到98%，增产14%，每公顷增收111美元多，而采用化学防治每公顷仅增收24美元。

　　菲律宾是首先利用转基因抗虫玉米防治亚洲玉米螟的亚洲国家，2008年种植转基因玉米35万公顷（其中抗虫玉米28万公顷），农民增收4900多万美元，2003—2008年因种植转基因玉米农民增收8 800万美元。

　　我国现在虽然没有种植转基因玉米，但关于转基因玉米的研究与开发受到了各方面的高度重视，取得了显著的进展。在　　1993年我国就已经成功地将Bt基因转入玉米，完全掌握了转基因玉米的研发技术。目前，已建成了先进的基因转化平台，克隆了一批具有自主知识产权的功能基因，培育出了一批性状优异的转基因玉米材料，并具备了工厂化生产能力。从而，形成了从基因克隆、规模化转化、安全评价、品种培育甚至商业化开发的完善的转基因玉米开发体系。

来源：

农业部官方网站

中国农业科学院植物保护研究所

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