20年领航之路,飞速拉动本国三系抗虫棉育种

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8月25日,本网记者从在河北廊坊召开的三系抗虫棉成果展示会上获悉,由中国农业科学院生物技术研究所郭三堆研究员带领的研究团队

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曾经,美国科学家研究了60余年、我国科学家研究了30余年,一直未能攻克棉花三系应用研究这一技术难关。如今,转抗虫基因三系杂交棉在我国河北、河南、湖南等省大规模推广应用。

8月25日,本网记者从在河北廊坊召开的三系抗虫棉成果展示会上获悉,由中国农业科学院生物技术研究所郭三堆研究员带领的研究团队将基因工程技术和杂种优势利用相结合,在国际上首次成功创建了高产量、高品质、高纯度、高效率、大规模、低成本、能够直接应用的抗虫三系杂交棉育种技术体系,抗虫三系杂交棉比常规棉增产25%以上,而且在制种成本上比人工去雄杂交减少约50%,制种产量增加约20%,为保障我国棉花安全提供了强有力的科技支撑。

郭三堆研究员向农业部领导介绍三系抗虫棉的田间表现和优异性状

曾经,抗虫棉在特定的历史背景下,无可奈何地被“千呼万唤始出来”。如今,转抗虫基因三系杂交棉在棉花产业发展的持续较量中,大大方方地被推向产业化最前沿。

农业部副部长陈晓华在讲话时指出,抗虫三系杂交棉是棉花育种和生产发展的必然趋势,是在有限的耕地上稳步发展棉花产业的最重要途径,也是我国保证棉花总产基本稳定的重要战略手段,快速推进三系抗虫棉育种和大规模产业化,对于提高我国土地资源利用率、降低人工投入、增加棉花产量以及促进棉花产业稳步发展具有重要意义。

2009年8月25日下午,中国农业科学院国际农业高新技术产业园区内彩旗飘扬,气球高悬,一派节日气象,三系抗虫棉成果展示会正在这里隆重召开。农业部陈晓华副部长、科技部郑国安秘书长、廊坊市人民政府王爱民市长、中国农业科学院翟虎渠院长以及科技部条财司领导,农业部办公厅、人事司、科教司、种植业司、计划司、财务司、科技发展中心、农技推广中心的领导,北京市农业局领导,廊坊市人民政府及廊坊市广阳区领导,中国农业科学院科技局和生物技术研究所领导及专家,来自山东、安徽、河南、四川、河北、山西和深圳等省市的18家育种单位和相关企业代表100人多参加了会议。
三系抗虫棉成果展示汇报会由中国农业科学院刘旭副院长主持。郭三堆研究员首先向与会领导和专家汇报了三系抗虫棉的最新研发进展,并提出倡议,要建立开放式的抗虫三系杂交棉种质资源共享平台,将他的科研团队所独创、国际领先的抗虫三系核心资源材料发放给国内各大棉区的优势棉花育种机构,以便快速培育出适应不同生态区域的三系抗虫棉品种,争取在短时期内,多出品种,出好品种。
中国农业科学院翟虎渠院长在讲话中感谢各位领导和专家在百忙之中参加中国农业科学院三系抗虫棉成果展示会。翟院长指出,三系抗虫棉是我院具有自主知识产权的重大科技成果,是棉花育种的重大突破,可以与杂交水稻相媲美。三系抗虫棉的育成和推广应用必将为我国的棉花生产起到非常重大的推动作用。翟院长希望,各育种单位很好地利用建立三系抗虫棉育种网络这个契机,加强与中国农业科学院的合作,尽快把三系抗虫棉推广到全国各地,有机会也推向世界。
廊坊市人民政府王爱民市长对三系抗虫棉成果展示会的成功举办表示祝贺,他谈到,中国农业科学院三系抗虫棉成果展示会在廊坊市召开,对廊坊人民来说是一件大喜事。目前廊坊地区棉花的播种面积在不断扩大,而且农户种植规模一般都在十几亩、几十亩甚至上百亩,所以种植新品种对增加农民收入是非常有益的,今天的三系抗虫棉成果展示会对廊坊来说有着特殊的意义。王市长希望三系抗虫棉新品种能在廊坊迅速推广,发挥它的巨大效益,使农民尽快增收。
科技部郑国安秘书长代表科技部对郭三堆研究员及他的团队所取得的巨大成就表示祝贺,对他们所付出的辛勤劳动表示崇高的敬意。郑国安秘书长特别强调三系抗虫棉这项成果非常重要,而且很有意义。因为棉花是我国重要的经济作物,过去由于棉花病虫害每年损失上百亿元,我国抗虫棉的研制成功和大面积推广,每年挽回的经济损失甚为可观,而且其重要意义在于使农民增收,尤其是少施农药、减少污染、保护环境。郑国安秘书长强调像三系抗虫棉这样好的成果一定要加大推广力度,在推广中不断创新,科技部也将不断地给予支持,使农业科技队伍不断扩大,科技力量不断增强,科技成果不断涌现。郑秘书长谈到中国农业科学院生物技术研究所在农业领域具有非常雄厚的科技力量,无论是抗虫棉还是其他转基因研究领域,在国内处于重要的引领地位。科技部历来对农业科技项目非常重视,从“十一五”到未来的“十二五”规划,科技部都在研究如何加大对农业科技的投入,因此,希望中国农业科学院包括生物技术研究所
能够承担更多的国家科技项目,为我国农业的科技及国家的科学事业做出新的更大的贡献。
山东棉花研究中心李汝忠研究员代表育种单位在发言中表示,大力发展三系杂交棉是实现棉花生产和持续发展的有效途径,转基因抗虫三系杂交棉的育成在生产上发挥巨大作用,推进了我国棉花的发展。三系抗虫棉的研制成功,实现了棉花育种新的突破,开拓了棉花发展新的局面,他表示一定会进一步加强同中国农业科学院生物技术研究所合作,培育出新的品种,开创出棉花产业发展的新辉煌。
农业部陈晓华副部长高度肯定和评价了三系抗虫棉的成功培育和研发新进展。他在谈话中指出,近年来,我国农业生物技术和生物产业快速发展,特别是转基因抗虫棉研究取得了世界瞩目的成就。中国农业科学院生物技术研究所于1993年研制成功转基因抗虫棉核心技术“编码杀虫蛋白质融合基因和表达载体及其应用”,使我国成为继美国之后第二个拥有自主知识产权的国家,极大地提升了我国转基因抗虫棉的研发和产业化水平。截止2008年,我国已培育出160多个转基因抗虫棉品种,全国累计推广国产抗虫棉3.15亿亩,新增产值超过440亿元,国产转基因抗虫棉的种植面积已占全国抗虫棉种植面积的93%,彻底打破了国外抗虫棉的垄断地位。继转基因单价抗虫棉、双价抗虫棉技术之后,中国农业科学院生物技术研究所郭三堆研究员带领的科研团队团结一心、奋力拼搏,于2005年又率先建成“三系抗虫棉分子育种体系”,实现了三系抗虫棉分子育种的重大突破。这是将基因工程技术和杂种优势利用相结合,在国际上首次成功创建的高产量、高纯度、高效率、大规模、低成本、能够直接应用的三系抗虫棉育种技术体系。目前已育成4个通过国家审定的三系抗虫棉新品种,通过国内有关单位的共同努力,累计推广面积超过350万亩。陈部长说,杂交棉具有比常规棉增产15%以上的产量优势,目前,以人工去雄为主的杂交棉已占我国棉田面积的32%。三系抗虫棉比常规棉增产25%以上,制种成本比人工去雄杂交减少约50%,制种产量增加约20%,是棉花育种和生产发展的必然趋势,也是我国在棉花种植面积下滑的情况下,保证总产基本稳定的重要战略手段,“良种杂交化,杂交三系化”是我国农作物生产再上新台阶的重要途径。快速推进三系抗虫棉的育种和大规模产业化,对于提高我国土地资源利用率、降低人工投入、增加棉花产量以及促进棉花产业稳步发展具有重要的意义。
陈部长对中国农业科学院生物技术研究所拟建立三系抗虫棉全国育种协作网络的设想表示赞赏,并对今后加速三系抗虫棉育种速度,积极推进产业化进程作了重要指示。他指示说,建立三系抗虫棉种质资源共享平台,将三系抗虫棉核心资源材料发放给国内优势棉花育种机构,吸引全国的优秀棉花育种家都参与到三系抗虫棉的育种中来,将形成全国三系抗虫棉规模化育种网络和产业化联盟。围绕国家农业发展的重大需求,以任务分工为基础、以权益合理分配和资源信息共享为核心、以项目协作作为纽带的联合攻关机制是国家一直倡导和支持的。协作网络的建立将有力促进三系抗虫棉的生产应用,使这一自主创新科技成果在尽可能短的时间内转化为现实生产力,推动我国棉花产业持续稳步发展。目前我国杂交抗虫棉的面积仅占总面积30%,而适宜种植面积约为6000万亩,三系抗虫棉具有巨大的产业化发展空间。若通过大规模应用“三系抗虫棉分子育种技术”,使三系抗虫棉占比达到80%,将使我国棉花亩产由目前的85公斤提高至100公斤,相当于增加了1000万亩土地,为保障我国棉花安全提供强有力的科技支撑。
最后,陈部长殷切希望中国农业科学院生物技术研究所要抓住机遇,顺势而上。他说,生物技术和生物产业是现代农业发展的重要方向,《国家中长期科学和技术发展规划纲要》明确提出,生物技术是支撑发展、引领未来的前沿技术之一。国家转基因生物新品种培育重大专项的实施,为我国转基因技术和产业的快速健康发展和提升农业科技自主创新能力提供了重大契机。作为我国农业生物技术领域的一支重要骨干力量,生物技术研究所要抓住机遇,顺势而上,以农业生物资源重要功能基因的筛选利用、重要性状形成的分子机理和新型优良品种的分子设计为研究重点,获得一批具有自主知识产权的生物技术新产品,尽快抢占发展的制高点,为我国的生物技术发展、为解决中国粮食安全问题做出新的贡献!
与会的各级领导、专家和代表实地观摩和考察了抗虫三系杂交棉新品种的示范现场。展示田里“银棉8号”长势喜人,整齐一致,棉桃累累。“银棉8号”优良的性状引起了与会人员的极大兴趣,我们相信,随着三系抗虫棉全国育种网络的建立,其大规模产业化进程将得到快速推进。三系抗虫棉这一国际领先成果在转化为现实生产力后,必将为我国棉花增产、农民增收、农业增效作出重大贡献。

今年是国产抗虫棉研制成功20周年。20年间,抗虫棉从无到有,从美国品种垄断到独立构建拥有自主知识产权抗虫基因,从单价基因抗虫棉到双价基因抗虫棉再到转抗虫基因三系杂交棉。国产抗虫棉用20年的科研成果转化为先进生产力,引领产业更好更快发展。

据了解,中国农业科学院生物技术研究所于1993年研制成功转基因抗虫棉核心技术“编码杀虫蛋白质融合基因和表达载体及其应用”,使我国成为继美国之后第二个拥有自主知识产权的国家,极大地提升了我国转基因抗虫棉的研发和产业化水平。截止2008年,我国已培育出160多个转基因抗虫棉品种,全国累计推广国产抗虫棉3.15亿亩,新增产值超过440亿元,国产转基因抗虫棉的种植面积已占全国抗虫棉种植面积的93%,彻底打破了国外抗虫棉的垄断地位。继转基因单价抗虫棉、双价抗虫棉技术之后,郭三堆研究员带领的科研团队团结一心、奋力拼搏,于2005年率先建成“三系抗虫棉分子育种体系”,实现了三系抗虫棉分子育种的重大突破。目前已育成4个通过国家审定的三系抗虫棉新品种,通过国内有关单位的共同努力,累计推广面积超过350万亩。

经过多年努力,我国育种家利用抗虫棉种质培育国审、省审品种240多个,至今累计推广5.6亿多亩,减少农药9000多万公斤,为国家和棉农累计增收900多亿元,国产转基因抗虫棉的种植面积已占全国抗虫棉种植面积的95%以上。

陈晓华希望中国农业科学院生物技术研究继续以农业生物资源重要功能基因的筛选利用、重要性状形成的分子机理和新型优良品种的分子设计为研究重点,尽快抢占发展的制高点,获得一批具有自主知识产权的生物技术新产品,为我国的生物技术发展和解决中国粮食安全问题做出新的贡献。

1992年,我国北方棉区棉铃虫连年大暴发,皮棉减产造成严重经济损失,棉农“谈虫色变”。原本种植期喷洒两三次的农药,由于一遍遍打农药产生了抗药性,接连喷洒20余次也不见效果;很多棉花区棉农在给棉花喷施农药时中毒身亡;因施药过量土壤受到极大污染,稻田无法正常耕种……

为了大力推进抗虫三系杂交棉的生产应用,使这一国际领先的科技成果在尽可能短的时间内转化为现实生产力,推动我国棉花产业稳步发展,提升我国棉花科研的国际竞争力,郭三堆研究员提出,将把抗虫三系杂交棉核心资源材料发放给国内各大棉区的优势棉花育种机构,并进行育种技术培训,让所有优秀的棉花育种家及其拥有的优异种质资源材料都参与到抗虫三系杂交棉的育种中来,形成全国三系抗虫棉规模化育种网络和产业化联盟,快速培育出适应不同生态区域的抗虫三系杂交棉品种,争取在短时期内多出品种,出好品种,为抗虫三系杂交棉的大规模产业化奠定坚实基础。

与此同时,本可以“救火”的美国孟山都公司企图占领我国植棉市场,提出苛刻条件,以谈判破裂告终。

据郭三堆介绍,通过抗虫三系杂交棉资源材料的正式大规模发放和三系杂交棉育种技术的培训,全国所有的棉花育种机构均可在2010年开展抗虫三系杂交棉的育种研究,经过四、五年的时间,国内将育成大量通过审定的分别适应三大棉区的抗虫三系杂交棉新品种。如果我国杂交抗虫棉面积能占到棉花种植总面积80%左右,棉花亩产可由现在的85公斤提高至100公斤,相当于增加了1000万亩土地。

内忧外患之下,我国“863”计划将“转基因抗虫棉研制”列为重大关键技术项目进行攻关。

“抗虫棉纯属是被逼出来的。”中国抗虫棉之父、中国农科院生物技术研究所研究员郭三堆提到此仍心有余悸,“依靠民族自主创新的成果和抗虫棉产业化体系的建立,才是制胜的法宝。”

自此,抗虫棉在郭三堆的心里开始萌芽。他带着他的科研团队开始了一场至今长达20年的国产抗虫棉分子育种革命。

为了让棉花种植强国东山再起,让棉农尽快摆脱噩运,郭三堆24小时不离实验室,潜心研究。1994年,单价抗虫棉诞生;1996年,双价抗虫棉研制成功;1999年通过安全评价并在河北、河南、山西、山东等9省区得到推广,广大棉农亩均增收节支200元以上;2002年,融合抗虫棉研育成功,并于次年进入安全评价并获得生产试验;2005年,高产、高效、高纯度、低成本的转抗虫基因三系杂交棉分子育种体系研制成功,通过转基因技术解决恢复系恢复力不强的问题后,转抗虫基因三系杂交棉问世。

国产抗虫棉的研制成功,不仅打破了抗虫棉主要依赖美国进口的局面,保护了棉农的生命财产安全,更提升了我国农业高新技术的国际竞争力。

转基因技术+三系法实现增产又抗虫

转基因技术与三系杂交法的结合,让“既增产又抗虫”成为可能。转抗虫基因三系杂交棉制种程序简便,制种产量比人工去雄杂交提高20%,效率提高40%,成本降低60%以上,而且纯度可达100%,适合大面积制种。

“自从推广抗虫棉以来,我国再也没有大面积暴发棉铃虫灾害。然而,如何提高土地资源利用率、降低人工投入、增加棉花产量、促进棉花产业稳步发展,引发了我的新思考。”郭三堆的研究从未停止。

郭三堆介绍,三系法包括不育系、保持系和恢复系,不育系实际指的是雄性不育系,也就是说可以用不育系作为母亲,保持系和恢复系分别作为父亲,但保持系和恢复系各司其职,保持系用来保家族,恢复系则用来卫国家。不育系和保持系结合还会生出不育系和保持系,不育系可以继续作为母亲,保持系可以继续保持家族的优良性状,继续传宗接代。不育系和恢复系结合则会生出杂种一代和恢复系,杂种一代用作地里的种子,形象的说就是保生产、卫国家。“与人工去雄杂交、两系杂交方法相比,三系法可以更好地克服前两种技术耗工多、成本高、规模受限、纯度难保证、生产应用风险较大等不足。”郭三堆说。

“但三系杂交法之前一直存在恢复系恢复能力不强的问题。”基于此,郭三堆想到了将转基因技术与三系杂交法相结合,让“既增产又抗虫”成为可能。中国农科院生物技术研究所与邯郸农业科学院科研团队联合攻关,采取基因工程、遗传转育、基因聚合、免疫试纸和分子标记相结合的技术集成及优势互补策略,创造出了陆地棉细胞质雄性不育的转抗虫基因的保持系、不育系和强恢复系;首次在国际上创建了“三系抗虫棉分子育种技术新体系”,有效地克服了国内外其他三系杂交棉无抗虫性、不育性不稳、恢复力不强、杂种产量优势缺乏而不能应用于规模生产的世界性难题。

2005年3月,银棉2号通过国家审定,成为我国第一个通过国家审定并应用于生产的优质、高产转抗虫基因三系杂交棉品种,标志着我国抗虫三系杂交棉育种技术体系已经成熟,意味着中国将成为世界上第一个大规模应用抗虫三系杂交棉的国家。

找准突破口快速大面积推广

转抗虫基因三系杂交棉生物育种研究项目推广后,每年新增皮棉80万吨~100万吨,增收100亿元~120亿元,相当于再造一个长江流域棉区。以种子产业化为突破口,进一步扩大优质、高产的转抗虫基因三系杂交棉品种的推广面积是当务之急。

抗虫棉系着种业强国梦,种业盼着抗虫棉产业化迅速崛起。

“三系抗虫棉能够比常规棉增产25%以上,在制种成本上比人工去雄杂交减少约50%,制种产量增加约20%。”郭三堆说,“在如此明显的优势下,以种子产业化为突破口,进一步扩大优质、高产的国产转基因抗虫棉品种的推广面积是当务之急。”

为把科研成果的潜在生产力转化为现实生产力,中国农科院生物技术研究所、棉花所等与国内有关棉花科研单位和企业联合组建的科技贸易公司等主导型企业,以买断品种权或给予技术股的形式,进行转基因抗虫棉的产业化开发。江苏省农业技术推广中心联合本省优质棉基地县棉花原种场、良棉厂共同组建的江苏科腾棉业有限责任公司,河南省农业厅经作站联合本省优质棉基地县良种棉加工厂组建的豫棉公司等基地主导型企业,以优质棉基地为依托进行转基因抗虫棉良种产业化开发;湖北省优质棉产业协会、河北省河间市欣农研会等协会联合相关棉种企业,走“公司+农户”的产业化之路,通过股份合作、联产联销、特许经营、品种权转让等多种形式,形成了多种转基因抗虫棉种子产业化经营模式。

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