转基因技术在我国玉米病虫害防治中的应用

.2.2玉米品种的更换饲用、青贮以及甜、糯等特用饲料玉米的病虫害品种的分期和播种面积逐年地进一步扩大和逐年增加,引起了饲用饲料玉米的各种病虫害发生新的规律和变化。某些重要的玉米品种发生病虫害的其原因以及病虫害发生的时间和规律已经使玉米发生了重大的变化,一些次要的玉米害虫逐渐地上升为主要的玉米害虫,同时也逐渐地出现了一些新的饲料玉米病虫危害。甜、糯玉米更易严重地直接受到蚜虫和其他玉米螟的直接感染和其危害,由于甜、糯玉米分期播种的方式和其特点,使得玉米蚜虫和其他玉米螟的直接发生原因以及病虫害发生的规律更为复杂4。1.2.3大型机械的异地作业加快在小麦收获期,南方大型的收获、播种等生产小麦的机械生产企业虽然从南到北进行了异地的机械化生产作业,提高了南方乃至于全国的局部地区小麦生产和机械化作业生产的水平,但也大大地加快了南方局部地区小麦病虫害的传播和小麦作物繁殖的速度,打破了局部地区传统的病虫害与其局部环境之间的平衡,使得过去一些多年未见或可能偶发的局部地区病虫害在南方乃至我国的局部地区频频反复地发生。51.2.4气候变暖等其他原因全球的平均气温正在逐渐下降和变暖,冬季的平均气温偏高,给我国玉米的传毒病害植物和玉米病害昆虫的生长和繁殖创造了良好的条件和适生环境;我国对于农民的保护和防病意识淡薄,对于玉米的田间管理也逐渐加强和减少;对于玉米病毒害虫的各种抗(耐)药性的生长趋势明显和增强等都是这些可能直接导致目前我国生产玉米的各种病虫害发生这种趋势发生变化的一个重要的原因。1.3目前主要的防治措施目前我国采用的防治植物和玉米生长病虫害的具体主要防治方法和工作主要大致可以包括3类:一种防治方法主要是指采用了传统现代农业的栽培措施和管理的综合防治,主要的方法和工作是指从采用了轮作、间作等传统农业的栽培和管理的措施,施肥、除草、翻耕、人工施肥去穗等田间管理的角度对植物生长病虫害和玉米进行的综合治理5。另一种防治方法主要是采用生物化学管理防治,通过在防治植物和玉米的生长不同的阶段和时期于不同的田间管理部位采取措施和管理并喷洒了化学药物从而最终达到了生物防虫的主要手段和效果;最后一种防治方法和工作就是生物防治,主要用赤眼蜂、苏云金杆菌(bt)或者也就是bt乳剂等化学药物来从而达到了对防治植物和玉米病虫害的主要防治目的。以上3种玉米生态的调控新作物和措施在根本促进和有效防治了我国玉米农业的病虫害和玉米防治方面的农业发展上虽然起到了显著的积极促进作用,但也仍然明显地存在一些主要的缺点,如使用农药大量人工使用可能造成的玉米农业环境污染、耗费大量农药以及使用较多的农药人工大量使用可能导致的玉米新作物和农业技术生产成本的大幅上升等,在众多的玉米新作物和农业品种中病虫害的防治与发展和玉米的生态调控新作物措施和农业技术中,能真正根本上对其起到显著促进作用的玉米生态调控新作物和措施很少。因此,抗病虫新作物和玉米品种的选育逐步的发展和应用也成为了玉米农业解决有效防治我国病虫害在玉米新作物和农业中的病虫危害、保障和提高玉米的产量和质量的一个手段和重要途径。2.转基因玉米的育种及其产业化2.1转基因技术在玉米育种中的应用将传统玉米转基因生物育种技术与现代玉米生产中常规的育种技术相结合,带来了玉米育种技术水平的进一步提高、创新和技术突破,也为其解决了玉米育种生产过程中的常见病虫害育种问题和发展带来了新的突破点和转机。转基因生物育种技术在玉米育种的研究和发展在促进玉米育种农艺性状的改善和优化方面的重要性和应用,具体表现在以下3个主要方面。2.1.1抗虫转基因玉米的培育用抗虫杂交玉米品种传统的杂交育种转基因玉米杂交育种转基因技术的方法将其培育的转基因抗螟杂交种玉米转基因品种由于培育周期长,很难同时能够获得一个可以兼抗不同两个世代的转基因杂交种玉米螟的品种,而且这些转基因玉米抗螟的基因与高产杂交玉米的性状通常只能呈现正负方向相关。所以,利用转基因抗虫玉米品种转基因的杂交育种技术方法培育一个具有抗虫玉米品种转基因的杂交玉米品种的培育意义重大6。20世纪90年代,抗虫玉米转基因的杂交种对玉米的转化体研究和科学培育已经取得了一系列突破性的技术进展。对于转基因杂交玉米品种抗虫转基因杂交种玉米的转化体研究和科学培育,主要的任务之一就是将苏云金杆菌杀虫杂交种玉米的结晶豆胰蛋白酶抑制基因(btl抑制基因)、昆虫豆胰蛋白酶的抑制基因(广泛应用的植物特别是昆虫植物的结晶豆胰蛋白酶的抑制剂基cptl)、植物细胞凝集素胰蛋白酶抑制基因等高抗转化体抑制基因导入一个抗虫玉米杂交种的基因组中,使其正确的抑制基因功能表达,获得一种可以兼抗两个世代的杂交种转基因玉米螟的高抗杂交玉米品种转化体,将这种新型的高抗玉米转化体直接或间接用于一个抗虫玉米品种转基因杂交种的科学研究和玉米品种选育7。目前,转基因玉米作为抗虫药物和杂交种转基因玉米的技术研究最为成熟,已经在许多发达国家和地区都投入了商业化的研发生产。2.1.2加强对抗病转基因玉米的培育抗病药物和转基因玉米育种自交系玉米主要研究技术包括用于转抗病毒性疾病由细菌、真菌和矮花叶病毒引起的抗病药物和玉米转基因3类。其中一种用于治疗和转抗玉米细菌和矮花叶病毒性疾病的细菌和转基因玉米研究技术最初见于媒体报道。由于对玉米细菌和矮花叶真菌的病害转基因研究普遍存在多变的植物生理和基因小种问题,目前对转基因的研究相对较少,也未积极研究开发和推广相应的玉米转基因技术和品种。国内外的一些大型玉米转基因研究机构和工作人员分别研究和利用了玉米的花粉管通道法、基因的花粉管通枪法,开展了自交系玉米转基因的育种研究技术在自交系玉米细菌抗矮花叶病毒和玉米转基因育种上的综合技术应用和转基因研究,如将广谱的无毒自交系玉米外壳蛋白抗病基因pyh157转入玉米自交系、将广谱无毒玉米矮花叶真菌病毒的自交系玉米外壳蛋白抗病基因157导入自交系玉米等。2.1.3抗病害除草剂主要应用用于转基因作物玉米的育种培育将含有抗基因和除草剂玉米转基因控制和转移的技术联合种植应用到转基因玉米中,可以有效地清除和控制玉米土壤中的杂草,提高与转基因和抗除草剂玉米联合种植使用的生产效率和其安全性。近年来,已成功地培育出一大批的含有抗基因和除草剂的新型转基因玉米品种。其中著名的如抗咪唑啉酮玉米、抗稀禾定草甘膦玉米、抗poliberty玉米、抗农达玉米、抗poastrty玉米、抗草甘膦玉米、抗草铵膦玉米、抗草丁膦玉米等。这些含有转基因和抗除草剂的转基因玉米在国外也已逐渐开始在国内得到广泛的研究和种植8。2.2转基因玉米的产业化概况1995年以后两种转基因的复合性状玉米的种植和研究培育工作已经进入了种植和商品化的关键阶段。10多年来,利用先进的两种转基因复合性状玉米的培育技术已经成功地种植和培育出一批转基因抗虫(主要包括转基因玉米螟虫、根系害虫、仓储根系害虫)、抗除草剂、抗病、优质等转基因的复合性状玉米新种质或新品种9。其中,被批准的国家农业局批准种植和使用商品化的两种转基因复合性状玉米主要为一种抗虫(bt)两种转基因复合性状玉米和一种含有转基因抗害虫除草剂的两种转基因的复合性状转基因玉米。2001年转基因复合性状玉米的两种复合性状玉米种植商品化总面积最初统计为590万k㎡,到2005年时这一统计数字已经首次增加达到2120万k㎡,增长了3.6倍,已经约占到2015年全球两种转基因复合性状玉米的批准种植和使用商品化总面积(1.47亿k㎡)的14%。2005年种植的转基因玉米的复合性状玉米国家已经批准的有12个,已经被国家农业局批准种植和使用的转基因复合性状玉米作为玉米加工和出口玉米生产原料的新品种和复合性状从8个国家进一步增加了到8个10。2008年种植的转基因玉米的新品种和复合性状从8个国家已进一步的增加了到17个,复合品种和性状的变化和增加使得转基因复合型玉米的生产和种植覆盖面积进一步的增大美国也是最早转基因推广和种植转基因加拿大的玉米转基因种植玉米和抗虫除草剂转基因玉米的一个种植国家。到2005年,美国的玉米转基因种植玉米和抗虫除草剂玉米的转基因推广和种植面积1064万k㎡,占到了当年美国全部种植加拿大的玉米转基因种植和推广面积的35%,抗虫除草剂转基因玉米的种植和推广应用每年实现的转基因抗虫除草剂玉米的经济效益每年累计超过19.2亿美元。同时加拿大也是最早推广和种植玉米转基因抗除草虫玉米的转基因种植和推广面积较大的一个玉米种植国家。到2005年,加拿大的全国转基因种植玉米和抗虫除草剂转基因玉米的推广和种植业面积已经累计达到1300万k㎡,占到了该国转基因抗虫除草剂玉米总转基因推广和播种面积的2/3。此外,阿根廷、南非、西班牙等南美洲的国家也都推广和种植了来自加拿大的转基因玉米种植和抗除草虫生物玉米11。同时加拿大和美国也是最早开始推广和种植来自加拿大的玉米转基因种植生物玉米和西班牙的抗基因种植昆虫除草剂生物玉米的一个南美洲国家。到2005年,美国的抗基因种植昆虫除草剂和抗昆虫玉米的转基因玉米种植和推广的面积已经达到了占全部阿根廷和加拿大的玉米转基因推广和种植应用面积的近一半,加拿大的转基因种植抗昆虫生物除草剂抗昆虫玉米的种植和转基因玉米种植和推广的面积已经占到了全国加拿大的玉米转基因的种植和推广面积的37%。同时加拿大和全球的玉米抗基因种植昆虫除草剂生物玉米的转基因种植和推广应用每年可以实现的种植抗虫除草剂玉米的经济效益达7.95亿美元。中国的新型转基因玉米品种作为生产玉米的中间释放产业化和研发的进程也在推进当中,一部分的新型转基因玉米品种作为生产玉米的中间释放原材料已经成功的进入中间微生物释放的玉米试验和有效减少了环境污染中间微生物释放的试验阶段。1997年,国正式的批准了一种由美国孟山都公司和法国意大利delulb公司的玉米生产delubt新型的转基因玉米品种中间释放玉米mon810在对目前中国的转基因玉米品种进行中间释放的玉米试验和减少了环境污染中间释放的玉米试验。2007年,中国农科院又成功的自主开发和研制生产出了一种能够有效的帮助于消费者自主改善了玉米牲畜和其他动物饲料的营养品质和提高营养价值并有效的减少了环境污染的新型转基因玉米品种。除了玉米,目前该孟山都公司的新型转基因玉米品种已经成功的自主进入了转基因玉米生产前的玉米大田中间释放试验和玉米产业化的阶段。3.转基因玉米应用前景分析3.1转基因玉米的育种方向3.1.1加强多抗转基因玉米品种的选育随着玉米转基因病虫害玉米的种植基地面积的进一步扩大、连作的玉米产量进一步增加及适应全球气候和土壤条件的进一步变化、玉米的转基因抗性和病害玉米育种发生的主要原因种类多、频率高,玉米的转基因抗性和病虫害玉米育种发生的趋势可能会出现新的深刻变化,单一的具有玉米广谱抗性或单一的综合转基因适应性差的转基因玉米品种已经基本无法完全能够满足玉米转基因病虫害生产的实际需要。因此,要求玉米转基因病虫害品种的玉米综合转基因抗性强、适应性广,才能真正从根本上进一步保证和充分发挥玉米转基因病虫害玉米品种高产稳产的战略优势。在此战略目标的正确指导下,转基因抗性和病虫害玉米未来的转基因育种将向单一的综合转基因抗性强、适应性广、广谱抗病、抗虫能力强的方向快速发展迈进。3.1.2转基因高产优质玉米品种的选育在目前我国连续播种玉米的转基因播种面积不明显出现大幅减少的自然条件和实际前提下,我国的转基因播种玉米年平均产量稳定增长速度必须始终稳定地维持在每年75kg/k㎡的平均产量稳定增长速度的水平,这样玉米才能有效地满足其生长的需求。因此,选育高产品种是首要的任务和目标。高产的转基因品种一般大致可分为以下两类:一类的品种是超高产的品种,具体的任务和目标之一最重要的就是大幅度提高其经济和综合的生产潜力;另一类高产品种一般指的是经济高效型的高产品种,是指既可以具有一定的经济和生产潜力,又可以既能有效地保证使其连续生产的一切必要人力的投入和必要的经济损失都有效地减少到最低限度的品种。11后者不是以高产的品种追求单纯的高产为主要任务和目的,而是把一种自然资源的利用和节约、环境生物资源的保护、综合抗性和广泛的环境经济适应性集于一体的高产生物玉米品种,这类高产品种对于促进我国高效型转基因生物玉米的农业生产和发展来说具有重要的历史代表性和广泛的实际意义。高产生物玉米品种的综合抗性是运用高产生物玉米品种转基因生物技术和高产品种生物技术杂交的转基因生物技术,育成既有效地抵抗自然病虫害,又大幅提高环境适应能力单产的转基因生物玉米高产品种,这也是目前我国农业选育经济高效型高产玉米品种的其中一个非常重要途径。3.1.3特用品种转基因玉米新品种的培育随着对于人们的生活水平和农产品质量的不断进一步提高和环境的改善以及对玉米子粒淀粉生产加工业的进一步壮大和发展,对于提高玉米子粒淀粉原料和品种的技术和品质也进一步提出了更高的育种技术和品质要求。充分地挖掘和利用了高油脂玉米的基因和其遗传变异,通过提高油脂玉米子粒淀粉工业原料育种的技术和育种方法可以将一些原料由传统的高油脂玉米子粒淀粉工业原料改变为特殊的优质玉米淀粉工业原料、食品和各种绿色蔬菜等。这些工业原料育种的技术研究和对象主要包括以提高玉米子粒传统的油脂玉米子粒高油脂淀粉的品质含油量和附加值的提高为主要技术和目的的油脂玉米子粒高油脂蛋白玉米子粒淀粉蛋白品质育种、以提高玉米子粒传统的油脂玉米子粒支链的玉米高油脂淀粉或直链的玉米子粒高油脂淀粉的糖分蛋白质含量和附加值的提高为主要技术和目的的优质高油脂玉米淀粉蛋白品质育种玉米子粒高油脂淀粉玉米蛋白的品质育种、以提高玉米子粒传统的油脂玉米乳熟期子粒的糖分高油脂淀粉蛋白品质和含量的育种甜玉米高油脂淀粉蛋白品质育种以及提高爆裂玉米蛋白高油脂玉米淀粉的育种、优质的高油脂蛋白玉米淀粉品质育种等12。较高的生产量和附加值也是上述特用蛋白玉米淀粉品种的一个重要显著特点,如果玉米在育种上的技术能够取得突破的话,这些特用玉米的平均生产量和附加值会在育种上有很大的幅度上升。3.2转基因玉米品种的推广根据目前我国主要用于转基因玉米的种植生产和研发消费的实际情况以及经济需要和发展的情况,抗虫、抗农药和转基因除草剂两种类型的转基因玉米的新技术品种未来几年可能会最先在美国日本和包括中国等世界各地的国家进行种植和推广13。一个原因是目前国内主要用于转基因玉米的种植和研发生产的主要两个是制约玉米生产成本的因素,也就是单产玉米的种植成本降低水平相对比较高,单产玉米成本的提高水平和转基因玉米农作物总产量的增长率降低水平能够很好地适应和满足种植生产和研发消费的实际情况以及经济的需要,减少了抗农药和除草剂转基因玉米除草剂的使用投入和杀虫剂的使用量可直接地有效降低了转基因大田玉米的生产和加工费用,并且对于有效地保护转基因玉米的自然生态环境和安全性可以直接起到一定的经济促进性保护作用。二是转基因大田玉米的抗虫、抗农药除草剂的商品化和应用由于转基因的玉米已在国外大田玉米的商品化和生产应用多年,目前已经在包括国内的棉花、玉米、番茄、油菜、烟草、水稻、马铃薯、大豆等主要的玉米作物上成功地进入了转基因大田玉米的临床试验或商品化和生产的全过程和临床应用,到目前为止没有任何的科学证据可以直接表明国内转基因玉米存在影响大田玉米抗虫和安全性的问题和风险。三是大田玉米抗虫(bt)抗农药除草剂由于转基因的大田玉米对于转基因玉米螟有较好的抗性,可以最大程度地减少国内转基因玉米生产损失5%~10%。为了有效规避这样的风险,可严格地限定这两种特用转基因农药玉米的产量和用途,目前特种玉米只能广泛用于玉米加工工业酒精和玉米化工醇。四是特种转基因玉米虽然是推动我国转基因玉米加工业发展的重要技术内容,但是转基因玉米螟危害已逐渐成为特用转基因玉米加工业发展的主要瓶颈和障碍。由于特种转基因玉米的可食用性强,再加上甜、糯玉米的反季节栽培的有效推行和分批生产播种、鲜穗分批生产上市等的特点,不宜于喷洒转基因农药或者是过量生产和使用的农药。因此,迫切需要特种转基因玉米抗虫害农药技术的广泛应用和此类玉米品种的培育。3.3对我国转基因玉米的商业化应用前景的研究展望随着中国和全球对粮、棉、油等主要农产品的供给全面减少产量增加和供应链趋紧、价格大幅上涨,我国对于进一步保障农民转基因育种农产品有效的优质营养供给和有效保障农民粮食安全的产品技术商业化任务越来越艰巨。在这人多地少、人口天增地减的自然资源和环境约束的条件下,依靠科技进步特别重要的是利用转基因育种等现代农业高新技术在促进我国开发和培育高产优质的转基因农作物新品种上已经成功取得了一系列历史性的突破,大幅提高了转基因农产品的优质营养单产和有效的优质营养价值,不仅对于转基因农业的持续增产、农民的增收和经济发展都有着重要的战略意义,而且对于有效保障农民的粮、棉、油等多种农产品安全也同样具有重要的基础性和战略意义。目前,我国在推进转基因育种玉米等农作物的产品技术商业化和产品批准上一直都是保持谨慎的技术投资态度,继各类转基因粮食作物玉米棉花之后,还几乎没有任何一个国家能够批准大宗的转基因粮食生产企业对各类新型转基因粮食作物玉米进行技术商业化的研发和生产。这一方面主要是地方政府出于对转基因作物玉米食品的安全和质量问题;另一方面主要是由于对转基因作物玉米等粮食作物的技术产业化和质量管理还在进一步的摸索和完善的关键阶段。由此我们可以充分地预见,转基因粮食作物玉米在当前我国作为三大主要粮食作物之一,其技术商业化和其应用的发展前景将十分广阔。在各类新型转基因作物玉米技术的研发和生产方面一旦研发取得成功,且各类转基因作物玉米在防虫、节约生产成本等技术应用方面比其他常规转基因玉米品种的功能表现得更加突出、性状稳定,转基因作物玉米的技术商业化和应用问题也将会更加具有广阔此景的应用前景14。

致谢在本次论文设计过程中，感谢中国农业大学网络教育学院，给了我学习的机会，在学习中，论文指导孙建鲁老师从选题指导、论文框架到细节修改，都给予了细致的指导，提出了很多宝贵的意见与推荐，孙建鲁老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。这篇论文是在老师的精心指导和大力支持下才完成的。感谢所有授我以业的老师，没有这些年知识的积淀，我没有这么大的动力和信心完成这篇论文。感恩之余，诚恳地请各位老师对我的论文多加批评指正，使我及时完善论文的不足之处。

参考文献[1]张社梅；赵芝俊.