抗虫棉的诞生

7　抗虫棉的诞生

多年来只听说有棉花抗病品种，还没听说过抗虫的棉花品种。为什么要选育抗虫棉呢?众所周知，棉花是我国的主要经济作物，近年来，由于气候条件和生态条件的变化，害虫抗药性的增强，对菊酯类农药的抗药性比20世纪80年代初增强数十倍。虽然棉花用药量增加，喷药次数增多，棉铃虫、棉红铃虫由于适应了生存环境，仍大面积暴发成灾(见图16，图17)。根据20世纪90年代初期统计，我国每年因棉蚜、棉铃虫、棉红铃虫和红蜘蛛几种主要害虫，造成的产量损失为15%～20%，约为60～80万吨皮棉。化学农药防治害虫不仅药效低，耗资大，而且污染环境，破坏生态平衡。因此，培育和种植抗虫棉是控制棉花害虫最为经济、有效的途径。

抗虫棉有那些类型呢?根据棉花抗虫性机制的不同，抗虫棉主要可分为两种类型，即形态抗性和生理生化抗性。前者是指棉花具有某些特异的形态结构，如棉叶无蜜腺、茎叶多茸毛、光滑茎叶、鸡脚叶等，总之，棉株含有怪味，对不上害虫胃口，这些特异性对害虫的取食、消化、产卵等活动产生干扰作用;后者是指棉株体内含有某些特异的代谢产物，如棉酚(又称棉毒素)、单宁、类黄酮等有毒成份对害虫的行为、营养、代谢、生长及生殖产生抑制作用。就像孕妇吃了某种过量的抗生素(如四环素)，不仅对本身肌体有影响，而且危害胎儿的健康一样。

图16　棉铃虫

1.成虫2.卵3.幼虫4.蛹5.有卵棉株6～7.蕾、铃被害状

(摘自上海科学技术出版社1983年版《棉花病虫害的防治》)

图17　棉红铃虫

1～2.成虫3.卵4.幼虫5.蛹6～7.花被害状8.产卵于青铃

9.铃被害状10.棉籽被害状寄生天敌金小蜂

11.金小蜂产卵于红铃虫茧内12.金小蜂卵13.幼虫寄生状14.幼虫

(摘自上海科学技术出版社1983年版《棉花病虫害的防治》)

20世纪80年代，我国培育有川棉169～6，棉株多毛，棉蚜遇到它就像碰到了刺猥一样，因此，对棉蚜有良好的抗性;中棉所4717无蜜腺、茎叶光滑无毛，棉铃虫在叶子上只好“望梅止渴”，这种棉叶抗棉铃虫。这些品种都属於形态抗性。国外引进品种BP-S-10因铃壳、种壳和种仁中均含有较多的类黄酮有毒物质，其抗红铃虫的效果很好;7518系(华农从远缘杂种后代中选出)抗红铃虫和棉蚜，其棉株中含单宁成分较高;冀83(10)-1抗棉蚜、棉铃虫，其棉株中棉酚含量较高。这3个抗虫棉都属于生理生化抗性类型。还有型抗虫品种，既具有形态抗性又具有生理生化抗性，如中棉所21叶片厚高含棉酚和单宁，抗棉蚜和棉铃虫;华棉101茎叶光滑，高棉酚，高单宁，抗红铃虫、棉铃虫和棉蚜。这些品种抗性的改造，使棉花由过去曾是这些害虫的美味佳肴变成有毒的食品。

随着生物技术的发展，世界各主要产棉国纷纷探讨应用生物工程的方法将外源抗虫基因导入棉花，培育转基因抗虫棉新品种。我国从20世纪80年代末开始探讨应用生物工程方法，培育转基因抗虫棉品种(系)。那么，什么是转基因抗虫棉呢?这要从苏云金杆菌说起。苏云金芽孢杆菌简称B. t.是一种能产生杀虫毒素的土壤杆菌，这种细菌可以防治农田、果园和森林中鳞翅目害虫(如危害棉花的玉米螟、棉铃虫和红铃虫等)的生物杀虫剂，已使用了近20年。如将苏云金芽孢杆菌(Bt)的毒素蛋白基因采用一种花粉管通道技术导入棉花中，就可获得转Bt基因抗虫棉。近年来，对转Bt基因棉花的最新研究结果表明，对棉铃虫有显著的抗虫效果。棉龄虫3龄幼虫，取食抗虫棉2天后，就慢性中毒，不仅吃不下，排不出，而且身体长不大，幼虫长度，体重增加率分别比对照也显著减少。71.7%、81.5%，4天后体长和体重增长率分别比对照减。转Bt基因棉嫩叶对玉米螟和棉铃虫的抗性极强，幼虫致死率达100%。

另外利用一些蛋白酶抑制基因，也可获得抗虫植株。如英国已合成了豇豆的胰蛋白酶抑制剂(CPTI)基因，将该基因转入植株，所产生的抑制剂，能破坏虫体内胰蛋白酶活性。转基因植株被虫食后，便因消化不良而死亡。美国孟山都公司已将该基因导入棉花，获得了具有抗虫效果的棉花植株。最近中国农业科学院生物技术研究中心，将改造后的豇豆胰蛋白酶抑制剂(CPTI)基因和人工合成的Bt基因同时导入植物。预计这种具有转双抗虫基因植株比转单基因(Bt基因或胰蛋的酶抑制剂基因)的抗虫效果更好。

我国现有转基因工作，已将Bt基因分别导入中棉12号、泗棉3号及晋棉7号等一大批棉花品种中，获得了转基因抗虫棉。江苏农科院经作所培育出转基因抗虫棉“国抗95-1”。中国农科院棉花研究所采用常规育种和生物技术相结合的方法，将外源抗虫基因转入丰产、优质、抗病的棉花品种，获得了“中棉所29”等一系列转基因棉花品种(系)，一般抗虫都表现较好，但丰产性方面有一定差异。

根据多年多点的种植结果，转Bt基因棉在抗虫性和丰产性方面，有很突出的特性:第一，抗棉铃虫效果突出，但不抗棉蚜和棉红蜘蛛。一般情况下，可减少对棉铃虫防治用药的60%～80%。第二，抗虫性较好的品种(系)，一般丰产性较差一些;而产量超过对照(大面积栽培的棉花品种)或与对照相当的，抗虫性就较差。第三，抗虫棉在棉花生育的中前期抗虫性强，随着植株增大，气候变化等因素，后期抗虫性逐步减弱。第四，抗虫棉的形态特点是植型偏紧凑，叶片较小、皱褶明显，叶色较深、长势较弱，棉铃较小、但结铃性较强。因此，丰产潜力不太大。第五，现有的抗虫棉品种(系)遗传性还不十分稳定，存在有不同程度的分离现象。因此，在种植抗虫棉的田块中，应注意拔除不具抗虫棉形态和受棉铃虫危害的非典型植株，以保持抗虫品种(系)的纯度。

根据多年试验示范和推广，要种好抗虫棉应注意以下几个问题。第一，适时早播，采用地膜覆盖或营养钵育苗，适当增加密度，以便在间苗或定苗时拔除分离株。第二，抗虫棉具有苗期生长发育缓慢的特性，前期需加强水、肥管理，以促为主，现蕾期前保证壮苗早发，注意重施花铃肥，中后期要根据苗情适当进行化学控制，对长势一般的棉田，应适当补施叶面肥，防止后期早衰。第三，因抗虫棉对棉铃虫等鳞翅目以外的害虫(如蚜虫、红蜘蛛、盲蝽象等)，没有抗性作用。因此，必须根据害虫发生的危害实情，进行辅助性的化学防治。第四，抗虫棉不是无虫棉，也不是不用打药，而应根据棉铃虫发生的实际情况，减少用药次数和用量。仍需用化学农药防治。其化防指标，一般二代棉铃虫百株3龄以上10头，2龄超过15～20头，就应进行化学防治。在防治期间应加强虫情测报工作，不宜过量用药，充分发挥抗虫棉的作用。

目前我国棉花抗虫性利用研究进展较快，已显示出较为显著的经济、社会和生态效益，目前全国种植面积已达380多万公顷，占我国棉田面积一半以上。但必须认识到，种植抗虫棉是害虫治理系统中的关键技术之一，而不是全部。因此，应将抗虫棉纳入害虫综合治理系统，配合运用其它农业、生物、物理及化学的方法，将农作物害虫的种群数量，长期稳定地控制在经济允许的损失水平之下。