抗虫棉的培育.docx

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抗虫棉的培育

抗虫棉的培育

一、研究背景

生物技术是70年代新崛起的一门横跨微生物、遗传、生化、免疫、发酵技术等的边缘学科，融合现代新技术，并通过技术手段利用生物质或生物过程，生产有用物的一门综合性科学体系。

国内外科学家纷纷预言，现代生物工程比原子能、电子计算机更加重要，是21世纪发展最迅速的高新朝阳产业和支柱产业，它的发展水平标志着一个国家科学技术水平，是现代高科技的核心技术。

农业是生物技术应用最广阔的领域之一，随着分子生物学，分子遗传学等学科的发展，基因工程正在与常规技术以及其它新兴学科相联结，当前，基因工程在国际上已成为生物技术的前沿学科。

在农业中应用现代生物技术可以培育出优质、高产、抗病虫、抗逆的农作物，以及畜禽、林木、鱼类等新品种；可以进行再生能源的利用，解决能源短缺问题；可以扩大食物、饲料、药品来源，满足人类日益增长的需要；可以进行无废物的良性循环，减少环境污染，充分利用各种资源；也可以利用快速繁殖动植物的方法，提高农业生产效率。

在农业中，转基因植物的研究开发最为突出，1983年转基因植物问世，1994年耐储藏番茄最先获准上市，1996～1999年全世界转基因作物生产面积由170万公顷增加到3990万公顷（张敏恒，20XX年），四年间增长了23倍。

预计到20XX年，农业生物技术产品的销售额将增长到110～150亿美元，占传统农产品市场的10％～15％。

在转基因植物领域，我国已批准转基因抗虫棉、转基因耐储藏番茄等6件转基因植物商品化，其中5件是我国自主开发的，现在已成为全球转基因作物推广面积最大的国家之一（科技部生物技术产业发展战略研究组，20XX年）。

生物病虫害，尤其是棉铃虫等鳞翅目害虫啃蛀棉杆，蚕食棉叶，钻蛀棉桃，对棉花危害极大，1991~1994年在北方棉区和长江流域棉区每年造成高达60亿元以上的经济损失（贾士荣，1996），多年来依靠甚至无节制的滥用化学杀虫剂已经造成了一系列的负面效应，生态环境遭到威胁，害虫抗药性连年激增，人畜中毒现象频繁发生，这些都使我国植棉业产量大幅度下降，并严重影响到纺织业及出口创汇的稳定发展。

自从美国的艾格瑞斯特（Agracetus）公司首次成功获得带有外源标记基因的基因工程棉花以后，分子水平的棉花育种就快速发展起来，利用现代基因工程技术在棉株中导入抗虫性毒素而选育成的抗虫棉，因其所具有抗虫性的遗传稳定性和连续性，被认为是害虫管理最经济、最有效的防治方法。

转基因棉花是生物技术在农业上应用的典型，美国孟山都（Monsanto）公司、中国农科院生物技术研究所和棉花所等分别成功研制出转苏云金芽孢杆菌（Bacillusthuringiensis,简称Bt）毒素基因棉保铃新棉33B、GK系列和中棉系列，在中国获得农业部门的基因安全性检验后以商业运作的模式在生产领域得到迅速推广，在科学研究领域亦突破常规育种所难以超越的目的性转移目标形状低成功率等难题，得到政府、科学研究人员及广大植棉户的关注和期待。

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美国在生产上应用抗虫棉最早的国家，1999年，美国孟山都公司的33B棉在中国的主栽省——河北的植棉面积已达10万公顷左右。

国内在转Bt抗虫棉方面的研究也已达到世界先进水平（贾士荣，20XX年），1996年中国农科院生物技术研究所的郭三堆等科研人员，在国际上首次构建成了双价杀虫基因：

GFMCry1A和CPTI，并将抗虫基因分别导入我国一些主栽品种和一些新品系，筛选、培育出适合当地种植的高抗性的棉花品种（郭恒敏，1998），截止1999年底，双价棉已在河北、安徽、山东、山西等地进入大面积商品化生产和推广。

本文试图通过实证分析相关抗虫棉品种和常规棉品种的差别，阐明并具体评价转Bt基因棉品种的经济效益，分析农户采用Bt抗虫棉与非抗虫棉生产的成本和收益差异，以该项技术采用之后对农民收入所产生的影响。

本文是农业政策研究中心“生物技术政策研究项目”系列之一。

本文分为四个部分，第二部分对样本选择和样本情况做简要的描述。

第三部分分析Bt与非Bt的抗虫棉生产成本和效益的差异。

最后部分对本项研究做总结并提出一些政策意见。

二、调查样本和品种概况

（一）样本选择对地点选择和农户选择有明确的目的性，主要标准是能够明确区别在相似的生产条件情况下，Bt基因抗虫棉与作为对照的常规棉种植情况。

在我国棉区分布中，以黄淮海棉区的棉花播种面积为最大，其中又以冀鲁豫棉区最大，曾占全国棉花总产的50%左右，是我国棉区种植比较集中且占经济作物比重较高的植棉大区。

河北和山东是传统的植棉大省，也是棉铃虫爆发的重灾区，在这两个省，转基因抗虫棉33B和GK系列种植较集中，面积比较大，并且河北是中国最早被允许进行转基因棉花品种商业化运作和种植的地区。

作为以上原因的实施，本研究对河北省和山东省等地的10个自然村的282户植棉农户，采取随机抽样的方式，调查了他们的棉花种植情况。

见表1，调查样本均为植棉大区，棉花种植面积占农作物总面积的比例达到了40％，农户的种植规模（每户为0.4公顷）大于全国平均水平。

棉农以种植业作为其收入的主要来源，农民全年人均收入为2086元左右，农民家庭生活并不富裕。

有的地方如辛集农民收入和耕地面积较大，但棉花面积较小。

棉花近几年的产量和收入波动较大，比较利益下降，农民植棉的积极性受挫，也是棉花收入和面积减少的原因。

深州和夏津的棉花面积较大，但农民收入却较低，也说明了目前棉花种植情况。

（二）品种概述本文以常规棉中比例较大的9418

品种作为对照重点说明，在我们的调查点，其样本数占调查总数的10%。

9418品种是中国农科院棉花研究所最近几年培育出的春棉品种，其特点是早熟、丰产、优质，高逆抗性，适应性广高抗枯萎兼抗黄萎病，是春棉的主打品种。

转Bt基因棉选取了在河北有广泛种植面积的33B、SGK321和在山东有代表性的GK-12，它们所占比例分别为64%，14%和28%。

33B于1995年引入河北省，经过点区示范其主要特点是抗虫性强，据称整个棉花生育期基本不打药，在干旱贫瘠含盐量较高的土壤上，生长健壮，易成早衰，适应冀中南区域种植。

SGK321在1999年在河北推广，是将毒素基因构建、导入主栽品种石远321中，是我国育成的第一个双价转基因棉，属于抗虫棉的第二代产品，是唯一的通过农业部安全检测的双基因生产的品系，其特点是适合于直播、地膜覆盖、间作套种等多种种植形式，具有较强的分枝优势和较大的单株增产潜力，花朵大，毒蛋白基因表达性好，早熟不早衰，适合在黄河流域种植，种植密度比33B每亩可减少55株左右。

GK-12将抗虫的Bt基因加强为高抗虫的Bt基因后导入陆地棉泗棉三号中，多年选育而成，其特点是抗虫性特强，抗旱、耐涝、中需肥，生育后期缺钾，易感红叶茎枯病，适宜春播或套种。

三、经济效益分析

（一）棉花生产的成本分析

抗虫棉和对照品种成本情况如表2所示。

可以看出抗虫棉品种的总成本低于常规棉品种的总成本，这主要表现在农药和用工的成本，后者比前者高得多，说明了它具有的省药、省工的优越性。

常规棉9418生产成本略高于其它常规棉品种的平均水平，它比Bt抗虫棉每公顷成本高3225元（或高29％），比非Bt的抗虫棉的每公顷成本高726元（或高6％）。

三种Bt抗虫棉成本费用基本接近。

1.农药费用成本差异

抗虫棉品种比常规品种的最大优势在于其节药效用，从表2中可以看出抗虫棉用药量和施药成本远远小于常规棉。

常规棉的施药量是Bt抗虫棉和非Bt的抗虫棉的6倍左右，非Bt的抗虫棉的施药量比Bt抗虫棉要高。

常规棉品种9418每公顷费用比33B、SGK321和GK-12分别多1753元、1866元和1660元，比Bt抗虫棉品种农药费用高7倍！

SGK321的每公顷棉花生产农药数量和成本最低，分别是常规棉品种的1/16和1/14，说明该品种中转基因蛋白毒素表达效果好，抗性高。

研究表明转基因抗虫棉除对棉铃虫、红铃虫、小地老虎等鳞翅目害虫有显著抑制、毒杀作用以外，还通过影响群落的演变，间接对其他类害虫有限制作用。

值得一题的是，根据崔金杰等（1998）的研究，抗虫棉对捕食性昆虫和害虫天敌并无多大毒害作用，棉铃虫等农田害虫种类的减少大大降低了它们对棉花的危害，虫口基数的下降，也为控制来年或更远时期内虫害的不利影响打下了良好的基础，棉农用于农药费用的支出和施药数量也会随之减少，对农民收入持续增长和农业持续发展起到了良好的保障作用。

棉花生长的不同时期，农民的施药是不同的。

为了表明棉花生长的不同时期农药施用的情况，我们把棉花生长分为四个时期，即拌种期、苗期、中期和后期。

由于拌种期的农药用量很少，与其它三个时期比较很微小，故这里只对其它三个时期进行分析，表3反映了不同品种不同时期的农民施药情况，常规棉品种在各个时期的用药远远多于抗虫棉。

在不同时期用药程度上，Bt抗虫棉在苗期和中期的用药量普遍多于它们在后期的用量，常规棉表现在中后期的用量比苗期多。

期中，SGK321用药量最少，只有用药量最多的常规棉品种9418药量的1/3，常规棉和非Bt的抗虫棉的用药量和用药成本大于Bt抗虫棉，分别多用药3.3公斤和2公斤。

中期是施药量和施药成本最多的时期，Bt抗虫棉表现出了极大的节药优势，常规棉的施药数量和施药成本分别是Bt抗虫棉的7倍和9倍。

SGK321仍然是节药最多的品种，比常规棉品种9418少施药36公斤，少花费农药成本924元。

说明在病虫害发生最严重的中期，它对害虫的防治效果好。

后期的农药施用较少，一方面是病虫害的危害减少，另一方面是植株的自身抵抗力增强，减少了病虫害的威胁。

但一个值得注意的现象是施药量减少了，但施药成本却没有多大的降低，可能是因为施用在后期的农药价格较贵，农民因为对棉花最后的产量寄于厚望，舍得化钱购买质量好，价格高的农药来保障病虫害危害的降低和收成的提高。

SGK321仍是施药数量和成本最少的品种，而常规棉仍然是农药数量和成本用的最多的品种，药量和成本分别是Bt抗虫棉的12倍和15倍。

虽然抗虫棉的种植总体上对农药起了相当大的替代作用，但各时期的农民施药仍然偏多，效果不是十分令人满意，主要是因为苗期抗虫棉对棉铃虫等鳞翅目幼虫抗性较强，有明显的致死作用，刺吸性害虫如红蜘蛛、蚜虫等数量加大上升为主要害虫。

但生长缓慢造成后期既要进行营养生长又要进行生殖生长，棉株负担过重、组织老化，影响了转基因棉毒蛋白的表达。

另一个原因可能是高温、高湿等生态环境对毒性基因的控制作用的限制也使棉花后期抗性下降（崔金杰等，1998）。

2.肥料费用成本差异

从表2可以看出，Bt抗虫棉用肥数量较多，非Bt的抗虫棉用肥最少，而常规棉介于前两者之间。

Bt抗虫棉用肥较多说明其植株生长旺盛，本身的后继营养跟不上生长的需要，需要大量自然界肥源作保证。

3.种子费用差异

抗虫棉种子用量显著低于常规棉,仅是常规棉的1/6～1/2（表2），主要是因为种子供应商对实际的产出以及考虑到棉花生长过程中对光线、植株叶片伸展程度的需要，而对棉花生产实行的严格数量管理。

Bt抗虫棉种子使用量的节省，可以充分发挥棉花的生长势，增进了棉花的根系吸收营养，表现生长更强壮。

Bt抗虫棉的种子成本高于常规棉种子成本，前者比后者每公顷高172元，主要的原因是Bt抗虫棉中的Bt基因包含着IPR（知识产权）的价格。

非Bt的抗虫棉种子成本是常规棉2倍，主要的原因是统称为抗虫棉的种子都是较早时期种植的，那时的Bt抗虫棉还未大面积推广，其价格偏高。

33B的种子成本高的主要原因是种子价格高。

孟山都公司的种子在中国成功的进行了5年的商业运作，实现统一销价、统一供种、统一收购，零售价是42元/公斤，其中IPR价占42％。

SGK321的价格与33B相近，欲于争夺河北种子市场，与外资公司竞争市场。

GK-12在山东采取了较低的价格，以便及早占领山东这块大市场。

常规棉的种子价格每公斤只有3元左右，这也是它们竞争种子市场、吸引农民的资本。

4.棉花用工及成本差异

抗虫棉与常规棉劳动用工每公顷相差120个工日。

在农药用工中，常规棉的用工数量是抗虫棉的6倍。

在所有调查样本中,SGK321的用工和农药用工成本最低，一方面说明植株自身的毒蛋白表达强烈，对害虫有极大杀伤作用，另一方面说明其植株健壮、抽枝齐整。

（二）单产（籽棉）的差异

从总体上看，Bt抗虫棉的单产略低于以9418品种为代表的常规棉，但差异不大。

这是棉农忍受着棉铃虫的危害，依然不改初衷种植常规棉的主要原因，也是技术研究者仍然需艰苦探索的方向和目标，说明转基因技术远未成熟，预示着还有更大的潜力和发展空间。

SGK321的单位面积产量为仅为2814公斤（表4），据说是由于播种时，种子没有及时到位，推迟了播种期以及部分棉农使用了种子公司陈年的棉种，苗期遇到了冷空气的影响以及出现出芽不整齐甚至不出芽的情况，造成部分棉农毁种，毁种平均花费100元/亩，虽采取一定措施但仍未达到满意效果，造成最后的收获产量下降。

据中国农业院生物技术研究所研究人员介绍，该品种一般亩产应达到3750～4500公斤。

表4还显示了作者调查样本中，抗虫棉和常规棉品种的单产稳定性状。

其中33B差距较大，最高产量比最低产量高出近3.5倍，栽培差距较大，但标准差相对较低。

GK系列产品高、低相差两倍多，表现出在一定程度上的稳定性。

而9418品种高、低相差两倍，在形状表现上较稳定，据全国农业技术推广中心报道，1999年山东、河北是棉铃虫中等发生年，也在一定程度上减少了害虫对常规棉的危害。

（三）价格及销售渠道的差异

由于国家逐步放开棉花收购市场，棉花销售正由指令性的计划方式开始逐步转向指导性的市场调节。

因河北省棉麻公司的改革很微弱，使得其继续垄断着皮棉交易，所以皮棉市场销售份额很小。

在山东表现却不同，皮棉市场结构多样化。

在皮棉和籽棉收购价上，调查中的各个品种基本一致。

抗虫棉和常规棉的籽棉价和皮棉价都分别在3.3元/公斤左右和8.4元/公斤左右。

棉麻公司的收购价格主要是依据棉花的出绒率、色泽等指标确定，棉花价格并没有表现出在品种上的明显差异。

但是由于一些抗虫棉的棉籽（33B等）被种子公司回收，所以价格稍高些，这也使得Bt抗虫棉的籽棉价格稍高于其他棉花品种。

（四）经济效益评价差异

主要以棉花生产纯收益、每公斤主产品成本和每公斤物质成本来体现品种经济效益差别。

生产纯收益情况是反映农户经济状况的最基本和最直接的量化依据，农民通过选择所种植的棉种来追求棉花生产的利润最大化，在品种间不存在价格差异的情况下，主要反映在每公斤棉花产品的总成本上。

单位面积（公顷）主要品种经济效益如表5所示，从中可以看出Bt抗虫棉的纯收益远远大于非Bt的抗虫棉和常规棉，这主要是因为Bt抗虫棉的抗性作用，农民的农药成本和用工成本大大降低，说明种植转基因品种棉花给棉农带来经济上极大利益。

值得一提的是SGK321，由于上述提到的原因，客观的影响造成产量较低，表现纯收益较小，但仍比常规棉和非Bt的抗虫棉高很多。

由于常规棉的用工成本远远大于抗虫棉，实际上对这两省棉花的劳动力机会成本较高的农户，种植常规棉已经无利可图，因为纯收益已经是负值。

常规棉纯收益低的原因主要是农药费用大用工较多，由此也说明棉农种植抗虫棉不但省工省药，更重要的是纯收入得到了较大幅度的提高。

常规棉和非Bt的抗虫棉（除SGK321外）每公斤棉花成本和物质费用成本均高于Bt抗虫棉，每生产1公斤棉花，常规棉和非Bt的抗虫棉比Bt抗虫棉所花费的成本要多出0.84元和1.6元，所花费的物质成本要多出0.5元和0.8元。

四、总结

1、通过对Bt抗虫棉品种和常规棉品种的实证分析，得出结果是：

Bt抗虫棉品种在节约生产成本和提高收益上，要优于常规棉。

种植Bt抗虫棉有利于增加农民的纯收益。

农民在Bt抗虫棉上的农药用工和农药成本，都远远少于常规棉品种，在棉花的生长季的施药次数、施药数量和施药成本也都远远低于常规棉。

2、抗虫棉在生产上的应用，促进了高科技生产商品化趋势，降低了农民和政府的投资风险，增强了对抗病虫害的信心，大大减少了农民生产成本。

但目前在全国的种植面积还很小，1999年转基因抗虫棉的面积仅占全国棉花面积的8％，发展的潜力还很大，应大力推广抗虫棉品种，以便在农业生产上发挥更大的作用。

3、相对于转基因抗虫棉高度的节药效应和较低的劳动强度的优点，其产量并未超出人们的期望，在大田生产中，单位产量并未比当地优良的常规棉品种高。

产量是衡量品种优略和能够在生产上广泛使用、推广的最直接、最有利的证据之一，如何增强抗虫棉产量是一个亟待解决问题。