崔金杰：解轉基因棉花之惑

本刊記者 宋 潔

如果達爾文活在當下，他一定會為昆蟲世界在適者生存理論上所表現出的驗證感到高興和驚訝，一種害蟲被抑制，新的昆蟲種群迅速取而代之。

上世紀90年代，轉基因棉花作為中國第一種商業化種植的農作物，化解了棉鈴蟲危機，但盤桓不去的是其他種類害蟲的侵襲。

20多年過去了，轉基因抗蟲棉為人類做了很大的貢獻，但是現在很多專家、學者對轉基因作物的安全性還有很多的爭論。從1994年開始，中國農科院棉花研究所研究員崔金杰帶領團隊，與棉花害蟲開展了一場長期戰役。

不讓棉鈴蟲災變重蹈

所有的棉農都不會忘記，1992年我國棉鈴蟲災大暴發的場景。“那一年農藥突然不管用了，棉鈴蟲泡在農藥里都不死，只能用手抓。當時的朱镕基總理甚至都在電視里示范下田抓蟲，但蟲子太多了，根本抓不過來。棉花幾乎絕收。”防治棉鈴蟲成為各級政府的中心任務，全民一心抗擊蟲害。這種夜蛾科昆蟲差點搞垮了我國棉花產業。許多棉農不愿意種棉花了，我國棉花的種植面積從原來的1億畝銳減到了6000萬畝，轉Bt基因抗蟲棉的研究應運而生。

作為防治棉鈴蟲的新手段，我國1997年開始種植Bt棉花。“從科學意義上看，種植轉基因抗蟲棉花和80年代初開始使用菊酯類農藥防治棉鈴蟲一樣，一個新技術的介入將影響害蟲種群演化的過程。我經歷過當年的歷史階段，所以從1997年Bt棉花種植開始研究棉鈴蟲和轉基因抗蟲棉花的關系，希望通過科學研究發展風險管理技術，避免重演棉鈴蟲災變的歷史。”崔金杰告訴記者。

Bt的專業名稱叫“蘇云金桿菌”，1992年底我國研制成功具有自主知識產權的GFM Cry1A融合Bt殺蟲基因，并將其導入棉花，創造出轉Bt基因抗蟲棉。目前種植的轉基因棉花均為轉Cry1Ac/b基因棉花。

“常規的雜交育種是利用父本和母本發揮雜交優勢，比如說產量上的優勢，抗蟲、抗病的優勢，而轉基因方法是應用現代生物技術來進行，是用基因工程手段在分子水平的操作。這種基因一旦轉到棉花里面，基因就成為棉花的組成部分。”崔金杰向記者解釋，“我們所說的轉基因不是自然狀態下的隨機進化，而是人類根據農業生產的要求而進行的有目的的進化。比如說棉花，我們要提高其對棉鈴蟲的抗蟲性，就選擇對棉鈴蟲等鱗翅目夜蛾科害蟲具有殺蟲作用的Bt基因。該基因只對棉鈴蟲、紅鈴蟲、小造橋蟲等害蟲具有殺蟲作用，對其他害蟲和自然天敵則無明顯的抗性。”

1990年，南京農業大學植物保護系農業昆蟲專業大學畢業的崔金杰留在了棉花研究所，2003年獲得中國農業科學院研究生院農業昆蟲與害蟲防治專業博士學位，從4個方面開啟了對抗棉花害蟲的研究之路。

在棉花害蟲生物生態調控技術上，崔金杰團隊應用景觀生態學的原理和方法，研究利用誘集作物、抗病蟲品種、肥水調控、作物布局等害蟲生態控制技術；研究自然天敵保護、增殖、利用技術及天敵規模化飼養和田間釋放等生物防治技術；結合高效低毒農藥使用技術，組建鹽堿旱地棉區和不同種植模式下棉田害蟲綜合防控技術體系。組建鹽堿旱地棉區和不同種植模式下棉田害蟲綜合防控技術體系，為棉花生產的穩定發展提供技術支撐。

為挖掘利用棉花優異抗蟲基因奠定基礎，崔金杰團隊在棉花抗蟲防御體系分子調控機理方面，利用抗感蟲棉花材料，通過高通量測序技術建立害蟲脅迫誘導棉花的數字化基因表達譜，篩選并克隆棉花抗蟲性關鍵基因。分析害蟲脅迫棉花可能啟動的關鍵信號途徑以及蟲害誘導后控制萜類物質合成的相關基因；利用擬南芥轉化技術初步驗證候選基因的功能。

針對棉花害蟲致害分子的機理，他的團隊研究棉鈴蟲、棉盲蝽、棉蚜等棉花重大害蟲對棉花的致害分子機制，篩選分離致害基因，開發棉花害蟲分子治理新技術；明確棉花害蟲致害機理，提出棉花害蟲分子治理技術。

在轉基因棉花安全評價中，他的團隊主要研究新型抗蟲、抗除草劑、抗旱耐逆、優質高產等轉基因棉花生存競爭能力、目標性狀、生物多樣性影響、基因漂移等安全評價技術，建立系統的轉基因棉花環境安全評價技術體系；研制新型轉基因棉花環境安全評價技術標準及轉基因成分檢測標準。

（3）客觀性和必然性。在企業中，即便是利用預防措施，只能夠減少企業在財務方面的風險，并且降低風險產生的頻率，但是并不能從根本上消除風險的產生。

揭開轉基因棉花的真相

轉Bt基因棉花是轉基因農作物中的一種，抗蟲棉之所以抗蟲，是因為外源Bt基因整合到棉花后，可以在棉株體內合成一種叫δ-內毒素的伴孢晶體，該晶體是一種蛋白質晶體，被鱗翅目等敏感昆蟲的幼蟲吞食后，在其腸道堿性條件和酶的作用下，伴孢晶體能水解成毒性肽，這些多肽與蟲腸上皮細胞一些特異受體蛋白結合，破壞細胞膜，最后導致害蟲死亡。2013年全球轉基因作物的種植面積超過1.75億公頃，種植轉基因作物的國家達到27個。我國轉基因抗蟲棉的種植達到420萬公頃。

但是由于人類對大規模種植Bt植物對生態環境可能產生的潛在影響尚缺乏足夠的經驗和認識，Bt棉花的環境安全性問題受到高度重視并帶來廣泛的爭議。為了找尋其中的科學依據。作為國家棉花產業技術體系抗性監控崗位的科學家，崔金杰領銜主持了“國家轉基因植物新品種培育”項目課題“轉基因棉花環境安全評價技術”。

他帶領科研團隊于2001年開始系統研究了轉Bt基因抗蟲棉花的環境安全性及其評價技術，明確了主要害蟲及其天敵的演化規律，特別是明確得出了抗蟲棉對捕食性天敵種群動態無明顯的影響，但對寄生性天敵種群動態影響較大的結論；建立了一整套抗蟲棉田土壤中殺蟲蛋白的檢測方法。研究了外源基因表達產物在土壤中的分解、遷移、結構變化，明確了抗蟲棉殺蟲蛋白在土壤中的降解規律和對土壤微生物種群數量的影響；研究了抗蟲棉殺蟲蛋白的表達與降解動態，明確了轉基因抗蟲棉不同生長期和不同組織器官對棉鈴蟲的抗性；同時監測了不同生態區棉鈴蟲對抗蟲棉的抗性動態，結果表明，華北棉區的棉鈴蟲田間種群還未出現明顯的抗性上升，抗性基因頻率還處于正常水平；明確了轉基因棉花副產品棉籽殼對食用菌生長發育的影響；建立了與國際接軌的轉基因棉花安全性評價技術標準，對提高我國轉基因棉花環境監測的能力和環境安全管理能力起到了積極的作用；研究制定了棉鈴蟲對轉基因棉花的抗性風險和抗性治理對策，為轉基因棉花的科學利用提供了依據。

在層層深入的研究中，他們發現，轉基因Bt棉種植會帶來另外一個問題。其在有效地控制棉鈴蟲危害的同時，棉葉螨、煙粉虱、棉盲蝽、斜紋夜蛾、甜菜夜蛾等棉田害蟲的危害日益嚴重，成為棉田新的靶標害蟲。2000年以來，上述害蟲連續在我國黃河流域的山東、河南、河北、山西和長江流域的江蘇、湖北、湖南、安徽等主產棉區猖獗為害，受害面積高達80%以上，棉花產量降低30%～40%。同時棉田用藥次數和用藥量明顯增加，不僅增加了植棉成本，也嚴重污染了環境，增加了害蟲的抗藥性風險。

直擊新問題，2008年，崔金杰又領銜科研團隊開展了Bt棉田新靶標害蟲綜合防治技術的相關研究，明確了棉田新靶標害蟲大發生的機制；提出了棉田新靶標害蟲預測預報技術；研制出棉田新靶標害蟲綜合防治技術，并提出了棉鈴蟲及新靶標害蟲抗性延緩和治理技術措施，這些研究成果極大地推動了我國棉花害蟲綜合防治技術的發展，為我國棉花生產安全奠定了基礎。

和轉基因物種打了20多年交道，崔金杰對轉基因技術表示出樂觀的態度。“由于生物技術的發展，轉基因確實對新物種的突破做出了很大的貢獻。一個新物種的出現，如果走自然進化路線，需要很長時間，而如果我們直接用一種基因，無論是動物、微生物基因，我們將這些基因直接轉到某個物種的內部，讓這個基因成為它的一部分，進化的速率將大大加快。”

“頂天”“立地”，協同作戰

在科研道路上，“單槍匹馬”是不可能取得大的成功的。近年來，團隊共引進生態學和農業昆蟲與害蟲防治專業博士2人，培養生態學專業博士1人，培養農業昆蟲與害蟲防治專業博士2人，培養昆蟲分子生物學專業碩士10人，生物安全專業碩士5人，已畢業5人。團隊中1人獲得安陽市十大杰出青年，1人獲得安陽市新長征突擊手，1人獲得安陽市優秀共產黨員，1人成為安陽市市管專家。目前，這支團隊已“兵強馬壯”。

崔金杰作為該團隊的首席科學家，帶領這支中國農業科學院首批科技創新工程研究團隊，開展棉花害蟲綜合防治技術、昆蟲生態學、昆蟲分子生物學、棉鈴蟲抗性監測治理等研究工作。

近年來，根據植保學科發展趨勢與現狀，崔金杰積極調整科研方向，從單純的宏觀生態學研究轉向宏觀與微觀相結合的研究模式，“頂天”與“立地”研究齊頭并進，但是始終不變的是，棉花蟲害研究課題組科技創新的工作特色。

作為團隊負責人，崔金杰始終把握棉花蟲害防控的研究前沿科學問題、發展動態和發展方向，在學科建設中發揮著組織者和帶頭人的作用，面向棉花重大戰略需求和國際科技前沿，積極爭取和承擔國家重大科技計劃項目；提出了相關領域基礎性、戰略性、前瞻性的科學問題和研究布局，帶領科研團隊在本學科領域開展了具有國內一流水平的科學創新工作，組織團隊的國內外學術交流活動。

作為團隊的負責人，崔金杰沒有忘記服務農業的責任，自2004年開始籌建“農業部轉基因植物環境安全監督檢驗測試中心（安陽）”，并于2007年通過國家認監委和農業部的評審，成為我國第一個通過雙認證的部級轉基因植物環境安全監測中心，該中心具備了對棉花、水稻、玉米、大豆、油菜等17類產品92個參數范圍內的轉基因植物環境安全和轉基因產品成分的檢測能力。中心每年對100余個抗蟲棉新品種進行環境安全檢測，對玉米、小麥、棉花等參加區試的作物品種進行轉基因成分檢測，為我國抗蟲棉產業化和轉基因作物的安全管理作出了巨大貢獻。

作為團隊的領頭人，優秀的團隊為他在科研道路上的攀登提供了牢固的基石，而他也收獲了屬于自己的榮譽。他先后獲得河南省科技進步獎二等獎2項、中國農科院科技進步獎一等獎1項、河北省科技進步獎1項。發表論文200余篇，其中SCI論文20余篇；主編《轉基因抗蟲棉豐產關鍵技術》《棉花病蟲草害防治技術》《中國農業病蟲草害原色圖解》《轉雙價基因抗蟲棉花》等著作10部；獲得國家發明專利5項；制定國家標準6項，農業行業標準1項。

在原有工作基礎上，目前，團隊主要針對棉田重大害蟲災變機理和棉花與害蟲互作機制進行研究，同時進行抗蟲棉抗性風險評估和新型農藥高效利用與評估，組建基于景觀生態學的害蟲綜合防控技術體系。

不久前，英國《自然》雜志網站曾刊登，對一種轉基因棉花長期種植的環境影響調查顯示，棉花田中的益蟲增多，周圍其他農田也會受益，整個農田生態系統良性發展。“轉基因抗蟲棉為人類做了很大的貢獻，從目前看是沒有什么不安全的問題，但是評價轉基因的安全性必須經過長期的檢測和監測。”這條路漫長卻意義非凡，崔金杰和他的團隊正在這條道路上跋涉前行。