种业商务网
www.chinaseed114.com
刘石丨转基因产业化后,抗性治理的现实路径是什么?
2025-10-11  浏览:992

      自美国1996年开始推广转基因作物以来,全球农业生产的格局发生了根本性的变化。抗虫害、耐除草剂的转基因玉米大豆油菜棉花等作物迅速在北美和南美普及,显著提升了农作物的单产和生产效率,并大量减少了农药使用量,同时也降低了生产成本和环境压力。

      为了延缓目标害虫抗性的增长,以孟山都为首的跨国企业推出了“高剂量/庇护所” (High Dose/Refuge Strategy)的策略。“高剂量”是对靶标害虫的自然敏感种群的防效高达99.99% ——需彻底杀死靶标害虫,否则幸存者就可能逐渐适应并产生抗性;“庇护所”是指在转基因作物田块种植一定比例的非转基因作物,为敏感害虫提供庇护空间,从而稀释抗性基因的增长。

      然而,对于庇护所策略实际功效的评价一直存在争议。

      “庇护所”策略由跨国企业主导,已成为市场进入壁垒的一部分。跨国企业通过专利技术和复杂的审批流程构建技术壁垒,巩固其在市场的垄断地位。小规模研发机构或新兴企业难以承担高昂的专利授权费用和漫长的审批周期,因而被排除在主流市场之外。这种结构性壁垒不仅限制了技术快速和多样性的发展,也加深了农户对少数几家公司的依赖。只有重构开放、公平的竞争生态,打破专利封锁与审批垄断,才能为创新者提供生存和发展的空间。

      目标害虫的抗性与庇护所策略的相关性不高。庇护所策略在美国执行得最好,欧洲玉米螟的确没有产生抗性,且种群密度非常低,有可能实质上消失了,但这与庇护所关系不大。最近的研究发现,玉米螟肠道上有两个针对与Cry1Ab的不同的受体,即该单个抗虫蛋白对玉米螟有两个不同的抗性机制,所以这使得玉米螟很难产生抗性。另外,同样的庇护所策略下,玉米根虫很快先后对Cry3Bb、mCry3Aa、eCry3A.1Ab和Cry34/Cry35产生了显著的田间抗性。现在还依然起作用的主要是Cry34/Cry35。一方面是Cry34/Cry35上市较晚,更重要的是Cry34/Cry35对玉米根虫的活性更高,而且是两个蛋白协同起作用,根虫更不容易产生抗性。这个案例说明,真正关键的是高剂量和多机理防治,庇护所的作用十分有限。

      草地贪夜蛾对含Cry1F的转基因玉米很快在南美产生了抗性,这与南美没有庇护所关系似乎也不大,真正的原因是玉米中表达的Cry1F对草贪的杀虫活性,明显低于原核细菌的表达量,完全达不到高抗的水准。有些“强壮个体”幸存下来并逐渐适应后,筛选出来的所谓抗性种群就起来了,这与庇护所应该没有关系。

      抗性演化受多重因素驱动,包括作物布局、害虫种群动态及基因表达环境等,单纯依赖庇护所策略难以应对复杂的田间现实。尤其是在中国,土地的碎片化和生产多样性所带来的多种作物的间作、蔬菜和果树的种植,防风林、绿化带以及村庄周边的林木草丛等,都是天然的庇护所。我国玉米大面积连片种植的只有黑龙江农垦地区,其地处第三和第四积温带的“冷凉地区”,受虫害影响有限,且虫害主要为玉米螟虫,用Cry1Ab基因完全可以控制其危害和及其抗性的产生。

      随着科技特别是人工智能(AI)的进步,现在挖掘新的,定向进化现有的抗虫蛋白变得容易,不会因为靶标害虫抗性发展而无抗性性状可用。新型抗虫蛋白的挖掘与功能优化正加速推进,其效率极大提高。这得益于Alphafold 3对已知氨基酸序列蛋白结构的准确预测,以及对已知功能与结构蛋白的氨基酸序列的再造或重塑,产生大量的结构相似的氨基酸序列,再经过聚类分析和虚拟筛选,留下可能性高的序列进入实验验证。

      多种抗虫基因的聚合也会大大降低目标害虫抗性产生的概率。通过叠加作用机制不同的毒蛋白,害虫需同时发生多个独立抗性突变才能存活,其概率呈指数级下降。通过模拟自然选择压力,设计不易诱发抗性的嵌合蛋白或时序表达系统,可显著延长性状有效寿命。目前清原、大北农、瑞丰、隆平生物等公司,都同时叠加了Cry1Ab、2Ab、1F、A105等不同机理的杀虫蛋白,抗性风险很低。同时,高通量筛选平台加快了新蛋白从实验室到田间的转化效率,形成性状储备梯队。这不仅缓解了抗性发展的风险,也为应对突发性害虫演替提供了快速响应能力。

      在生产实践中,因为还有其他类型害虫的存在比如蚜虫、红蜘蛛等,也需要用到杀虫剂,这本身也可以减缓目标害虫的抗性发展。合理使用化学防治与生物防治手段的协同作用,可降低选择压,延缓抗性基因频率上升。结合精准施药技术,仅在必要时针对非靶标害虫进行干预,避免广谱杀虫剂对天敌群落的破坏。同时,将杀虫剂使用与抗性监测结果挂钩,建立动态决策模型,优化防治阈值和用药时机。这种集成化策略不仅保障了Bt性状的持久有效性,也提升了农田生态系统的稳定性,为未来绿色防控提供可行路径。

      综上所述,单纯的“庇护所”策略除了增加农民和种业企业负担,实际收益降低,在多基因聚合情况下实际收益大打折扣,而且与现行种子法的纯度要求相违。如果庇护所要求10%的种植面积标准,受影响的玉米面积将达到6千万亩,每年的产量损失将达到400万吨。另外还有种企的额外回交转育、安全评价、品种审定、基地隔离、亲本扩繁、种子生产、混合包装、物流管理和配送等工作,每年造成的潜在损失和社会综合成本约为百亿,不可谓不大。且大面积推行统一庇护所模式缺乏灵活性,难以适应区域种植结构与害虫发生规律的差异。加之监管难度大,农户依从性低,实际执行会流于形式。

      更现实的路径是:基于抗虫蛋白的高活性和在植物体内的高表达,更多新基因的发现和叠加,以及对靶标害虫抗虫蛋白敏感性监测和综合治理策略,既满足高效生态防控需求,又降低生产与管理成本,为应对复杂生产和生物风险提供中国方案。

下一篇:10月10日国内粮油市场行情信息 上一篇:《主要农作物品种审定办法》
关闭


扫描二维码,关注官方微信