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劉石丨轉基因產業化后,抗性治理的現實路徑是什么?

放大字體  縮小字體 發布日期:2025-10-11  來源:AgroPages世界農化網  瀏覽次數:968
 

      自美國1996年開始推廣轉基因作物以來,全球農業生產的格局發生了根本性的變化。抗蟲害、耐除草劑的轉基因玉米大豆油菜棉花等作物迅速在北美和南美普及,顯著提升了農作物的單產和生產效率,并大量減少了農藥使用量,同時也降低了生產成本和環境壓力。

      為了延緩目標害蟲抗性的增長,以孟山都為首的跨國企業推出了“高劑量/庇護所” (High Dose/Refuge Strategy)的策略。“高劑量”是對靶標害蟲的自然敏感種群的防效高達99.99% ——需徹底殺死靶標害蟲,否則幸存者就可能逐漸適應并產生抗性;“庇護所”是指在轉基因作物田塊種植一定比例的非轉基因作物,為敏感害蟲提供庇護空間,從而稀釋抗性基因的增長。

      然而,對于庇護所策略實際功效的評價一直存在爭議。

      “庇護所”策略由跨國企業主導,已成為市場進入壁壘的一部分。跨國企業通過專利技術和復雜的審批流程構建技術壁壘,鞏固其在市場的壟斷地位。小規模研發機構或新興企業難以承擔高昂的專利授權費用和漫長的審批周期,因而被排除在主流市場之外。這種結構性壁壘不僅限制了技術快速和多樣性的發展,也加深了農戶對少數幾家公司的依賴。只有重構開放、公平的競爭生態,打破專利封鎖與審批壟斷,才能為創新者提供生存和發展的空間。

      目標害蟲的抗性與庇護所策略的相關性不高。庇護所策略在美國執行得最好,歐洲玉米螟的確沒有產生抗性,且種群密度非常低,有可能實質上消失了,但這與庇護所關系不大。最近的研究發現,玉米螟腸道上有兩個針對與Cry1Ab的不同的受體,即該單個抗蟲蛋白對玉米螟有兩個不同的抗性機制,所以這使得玉米螟很難產生抗性。另外,同樣的庇護所策略下,玉米根蟲很快先后對Cry3Bb、mCry3Aa、eCry3A.1Ab和Cry34/Cry35產生了顯著的田間抗性。現在還依然起作用的主要是Cry34/Cry35。一方面是Cry34/Cry35上市較晚,更重要的是Cry34/Cry35對玉米根蟲的活性更高,而且是兩個蛋白協同起作用,根蟲更不容易產生抗性。這個案例說明,真正關鍵的是高劑量和多機理防治,庇護所的作用十分有限。

      草地貪夜蛾對含Cry1F的轉基因玉米很快在南美產生了抗性,這與南美沒有庇護所關系似乎也不大,真正的原因是玉米中表達的Cry1F對草貪的殺蟲活性,明顯低于原核細菌的表達量,完全達不到高抗的水準。有些“強壯個體”幸存下來并逐漸適應后,篩選出來的所謂抗性種群就起來了,這與庇護所應該沒有關系。

      抗性演化受多重因素驅動,包括作物布局、害蟲種群動態及基因表達環境等,單純依賴庇護所策略難以應對復雜的田間現實。尤其是在中國,土地的碎片化和生產多樣性所帶來的多種作物的間作、蔬菜和果樹的種植,防風林、綠化帶以及村莊周邊的林木草叢等,都是天然的庇護所。我國玉米大面積連片種植的只有黑龍江農墾地區,其地處第三和第四積溫帶的“冷涼地區”,受蟲害影響有限,且蟲害主要為玉米螟蟲,用Cry1Ab基因完全可以控制其危害和及其抗性的產生。

      隨著科技特別是人工智能(AI)的進步,現在挖掘新的,定向進化現有的抗蟲蛋白變得容易,不會因為靶標害蟲抗性發展而無抗性性狀可用。新型抗蟲蛋白的挖掘與功能優化正加速推進,其效率極大提高。這得益于Alphafold 3對已知氨基酸序列蛋白結構的準確預測,以及對已知功能與結構蛋白的氨基酸序列的再造或重塑,產生大量的結構相似的氨基酸序列,再經過聚類分析和虛擬篩選,留下可能性高的序列進入實驗驗證。

      多種抗蟲基因的聚合也會大大降低目標害蟲抗性產生的概率。通過疊加作用機制不同的毒蛋白,害蟲需同時發生多個獨立抗性突變才能存活,其概率呈指數級下降。通過模擬自然選擇壓力,設計不易誘發抗性的嵌合蛋白或時序表達系統,可顯著延長性狀有效壽命。目前清原、大北農、瑞豐、隆平生物等公司,都同時疊加了Cry1Ab、2Ab、1F、A105等不同機理的殺蟲蛋白,抗性風險很低。同時,高通量篩選平臺加快了新蛋白從實驗室到田間的轉化效率,形成性狀儲備梯隊。這不僅緩解了抗性發展的風險,也為應對突發性害蟲演替提供了快速響應能力。

      在生產實踐中,因為還有其他類型害蟲的存在比如蚜蟲、紅蜘蛛等,也需要用到殺蟲劑,這本身也可以減緩目標害蟲的抗性發展。合理使用化學防治與生物防治手段的協同作用,可降低選擇壓,延緩抗性基因頻率上升。結合精準施藥技術,僅在必要時針對非靶標害蟲進行干預,避免廣譜殺蟲劑對天敵群落的破壞。同時,將殺蟲劑使用與抗性監測結果掛鉤,建立動態決策模型,優化防治閾值和用藥時機。這種集成化策略不僅保障了Bt性狀的持久有效性,也提升了農田生態系統的穩定性,為未來綠色防控提供可行路徑。

      綜上所述,單純的“庇護所”策略除了增加農民和種業企業負擔,實際收益降低,在多基因聚合情況下實際收益大打折扣,而且與現行種子法的純度要求相違。如果庇護所要求10%的種植面積標準,受影響的玉米面積將達到6千萬畝,每年的產量損失將達到400萬噸。另外還有種企的額外回交轉育、安全評價、品種審定、基地隔離、親本擴繁、種子生產、混合包裝、物流管理和配送等工作,每年造成的潛在損失和社會綜合成本約為百億,不可謂不大。且大面積推行統一庇護所模式缺乏靈活性,難以適應區域種植結構與害蟲發生規律的差異。加之監管難度大,農戶依從性低,實際執行會流于形式。

      更現實的路徑是:基于抗蟲蛋白的高活性和在植物體內的高表達,更多新基因的發現和疊加,以及對靶標害蟲抗蟲蛋白敏感性監測和綜合治理策略,既滿足高效生態防控需求,又降低生產與管理成本,為應對復雜生產和生物風險提供中國方案。

 
 
 
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