玉米是世界上最主要的粮食作物之一,属于单子叶植物纲禾本科(Graminese)玉蜀黍族(Maydeae)玉蜀黍属( Zea L.)。玉米不仅是主要的粮食作物,也是畜牧业和工业生产的主要原料,从 2010 年开始玉米种植面积达到 3200 万公顷,已成为我国第一大作物(刘亚,2011)。玉米具有粮食、经济、水果、饲料、能源等多方面用途。玉米生产品质的好坏、产量的高低,对农业发展以及国民经济具有巨大的影响。
(1)虫害
据统计,全世界有玉米害虫约 350 种,例如玉米螟、小地老虎、玉米夜蛾、棉铃虫等,其中以鳞翅目害虫—玉米螟(Pyrausta Nubilalis Hubner)分布最广泛、危害最严重,是玉米产量和品质的重要影响因素。其中中国玉米螟常年发生面积已达一千三百多万公顷,减产 10%~30%,严重的年份减产超过 50%(利贵,2008)。
近年来,随着全球气候变暖,玉米螟的危害进一步加重,同时黏虫大面积危害也时有发生。植物虫害是导致农作物损失的主要因素,给农民造成重大的经济损失,甚至影响到当地人口的生存状况。
在中国,玉米螟在全国各玉米产区均有不同程度的发生,常年发生面积达一千三百多万公顷,一般年份减产 10%~30%,严重时减产超过 50%,危害损失五十多亿公斤。近年来,随着玉米种植面积的扩大,加之全球气候变暖,玉米螟安全越冬基数增高,导致玉米螟发生呈加重趋势。
为了防治植物虫害,人们通常使用广谱化学杀虫剂和生物杀虫制剂,但二者在实际应用中都具有局限性:化学杀虫剂会带来环境污染的问题,并导致抗药性昆虫的出现;而生物杀虫制剂在环境中容易降解,在生产上需要重复施用,大大增加了生产成本。
抗虫转基因玉米在世界其它区域的推广应用证明,利用生物技术导入抗虫基因是提高玉米抗虫性的有效途径。目前已有大量的研究证明,Cry1Ab 蛋白可以抵挡多种鳞翅目昆虫害虫(如玉米螟、黏虫、棉铃虫等)的侵害。
(2)杂草危害
我国每年玉米田间除草工作都会消耗大量劳动力,造成种植成本增加,如除草不及时还会造成玉米减产,由此可能对我国玉米生产造成经济损失。目前我国防治杂草的主要手段是出苗前喷洒封闭性除草剂及出苗后人工除草。随着城市化进程,大量农村劳动力的转移,培育和推广耐除草剂品种在我国有着广阔的应用前景,这可以减少除草成本解放更多劳动力,也能够因高效除草剂的使用减少除草剂的使用量,为玉米生产和农民增收带来巨大的经济效益,从而实现积极的社会和生态效益。
产品特性:
本项目利用转基因技术,将优化改造的 cry1Ab 抗虫基因和 epsps 耐除草剂基因共同转入玉米优良自交系 DBN318中,获得抗虫耐除草剂玉米 DBN9936,现申请安全证书,以便促进农业产业的发展。
该玉米品种含有2个新插入基因:
新基因cry1Ab的表达产物能够专一有效的控制玉米螟、棉铃虫、黏虫及草地贪夜蛾等玉米鳞翅目害虫,提供转基因品种对鳞翅目害虫的抗性。该基因来源于苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis),这是自然环境中的常见非致病菌,不但以一定含量广泛存在于哺乳动物以及人体或食物中,而且自1958年作为生物农药商用至今,已被广泛接受并使用。同时该基因自1995年起导入转基因玉米商用至今,也已超过20年,其安全性得到进一步证实。
另一个新基因epsps则使转基因品种获得可耐受草甘膦除草剂能力。epsps基因来源于土壤农杆菌(Agrobacterium tumefaciens),该菌同样是自然环境中广泛存在的微生物,我们每天的日常生活同样经常接触,并不具有致病性。epsps基因最早于1994年商用于转基因作物,同样具有超过20年的安全应用历史。
安全性评价:
转基因玉米DBN9936自2011年开始,进行了大量的分子特征、遗传稳定性、环境安全,以及食用安全等一系列测试。
分子特征和多世代遗传稳定性分析表明,新基因稳定整合在受体玉米中,能够稳定表达并表现出对靶标害虫及除草剂的预期抗性。
环境安全性分析表明,DBN9936对亚洲玉米螟、棉铃虫、黏虫及草地贪夜蛾抗性良好,并能耐受标签推荐中剂量4倍的草甘膦除草剂;与受体相比,DBN9936在生存竞争能力,基因漂移能力,对玉米蚜、草蛉、大型蚤等非靶标生物影响,对玉米田间节肢动物,土壤微生物多样性影响等方面,其环境安全性水平没有发现明显改变。
食用安全性分析表明,DBN9936除表达外源蛋白Cry1Ab和EPSPS外,关键营养成分和抗营养因子与受体玉米相似,具有等同的营养价值;用Cry1Ab蛋白和EPSPS蛋白进行的小鼠急性经口毒性实验和大鼠90天喂养含高、中、低剂量的DBN9936玉米的实验均未观察到受试对象生长异常及发生病理改变;Cry1Ab蛋白和EPSPS蛋白在体外模拟胃液中易消化,其氨基酸序列与已知过敏原序列无同源性,潜在过敏性低;同时DBN9936籽粒中未检出草甘膦除草剂残留。
另外,2019年中国农业科学院植物保护研究所发布论文,研究证明DBN9936(C0030.3.5)对新近爆发的“草地贪夜蛾具有良好的控制效果”,“具有较好的商业化应用前景”。(注:草地贪夜蛾是世界十大植物害虫之一,繁殖能力强且破坏力极强。该种害虫于2018年12月首次迁飞进入我国云南西部地区,并在2019年4月份以后形成常态性大规模迁入的态势,对我国玉米田造成了极大危害。农业农村部去年9月发布的数据显示,全国有25个省份发现草地贪夜蛾,见虫面积1500多万亩,实际危害面积246万亩。https://baijiahao.baidu.com/s?id=1657885942538933136&wfr=spider&for=pc
近期华南和西南省份植保部门调查,草地贪夜蛾在云南、广东、海南、广西、四川、贵州等省(区)冬玉米种植区都有发生,云南、海南、广东等省发生普遍,部分地区虫量较高。云南和四川冬小麦、广东和广西甘蔗田个别县见虫。初步统计,草地贪夜蛾在云南、广东、海南、广西、四川、贵州6省(区)113个县(市、区)查见幼虫,当前发生面积近50万亩,累计发生面积60.8万亩,玉米和小麦分别发生58.9万亩和1.9万亩,累计防治面积170.4万亩。http://finance.sina.com.cn/money/future/agri/2020-02-11/doc-iimxyqvz2010427.shtml)
目前该产品已于2019年获得农业转基因生物安全证书,表明其安全性通过了全面、科学的评估,也就是说与受体玉米相比,DBN9936具有等同的安全性。也许在不远的将来,我们就可以在农场、市场上见到DBN9936玉米身影。
参考文献:
张丹丹,吴孔明.国产 Bt-Cry1Ab 和 Bt-(Cry1Ab+Vip3Aa)玉米对草地贪夜蛾的抗性测定[J/OL].植物保护. https://doi.org/10.16688/j.zwbh.2019251