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对生物技术作物的抗虫性激增

2016年,全世界的农民种植了超过2.4亿英亩(9800万公顷)的转基因玉米,棉花和大豆,这些玉米,棉花和大豆从苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)或Bt。生产昆虫杀灭蛋白。这些Bt蛋白杀死一些贪婪的毛虫和甲虫害虫,但对人们无害,并被认为是环保的。虽然有机农民在半个多世纪的时间里成功地在喷雾剂中使用Bt蛋白,但一些科学家担心Bt蛋白在转基因作物中的广泛使用会刺激害虫的抗性迅速进化。

对生物技术作物的抗虫性激增

亚利桑那州图森市亚利桑那大学的研究人员已经对这一问题进行了评估,并发现了为什么害虫在某些情况下会迅速适应,而在其他情况下则不然。为了测试有关的预测性,布鲁斯Tabashnik和伊夫·卡里埃在农业与生命科学学院分析了转Bt基因作物的利用和全球数据害虫的响应。他们的研究结果发表在最新一期的“自然生物技术”杂志上。

“当Bt作物于1996年首次引入时,没有人知道害虫的适应速度有多快,”摄政教授兼UA昆虫学系主任Tabashnik说。“现在我们在过去二十年中累计种植了超过20亿英亩的这些作物和广泛的监测数据,因此我们可以建立科学的认识,了解有害生物进化的速度和原因。”

研究人员分析了36个案例的公布数据,这些案例代表了除南极洲以外的每个大陆10个国家的15种害虫的反应。截至2016年,他们发现了16个案例中Bt作物在田间的效力显着降低,而到2005年只有3个这样的病例。在这16例中,有害生物在平均5年的时间内产生了抗性。

塔巴什尼克说:“在其他17个案例中,害虫还没有进化出对Bt作物的抵抗力。”他补充说,20年后一些作物仍然有效。其余三个案例被归类为“抵抗预警”,其中抵抗力具有统计学意义,但不足以产生实际后果。

北卡罗来纳州立大学昆虫学杰出教授,2016年国家科学院转基因作物研究领导人弗雷德古尔德评论说:“本文为我们提供了强有力的证据证明延迟对Bt抗性的高剂量/避难策略作物真正起作用。这将是非常重要的信息,因为更多的作物被设计用于生产Bt毒素。“

根据该论文,最佳和最差结果都支持来自进化原理的预测。

“正如进化理论所预期的那样,有利于Bt作物持续功效的因素是害虫的抗性和丰富的避难所的隐性遗传,”Carriere说。

避难所由标准的非Bt植物组成,害虫可以在不接触Bt毒素的情况下进食。在Bt作物附近种植庇护所减少了两种抗性昆虫相互交配的可能性,使它们更容易与易感配偶一起繁殖。通过隐性遗传,抗性亲本和易感亲本之间的交配产生了被Bt作物杀死的后代。

“计算机模型显示,当害虫的抗性遗传是隐性的时,避难所应该特别有利于延迟抗性,”Carriere解释说。避难所的价值一直存在争议,环境保护局放宽了对美国种植避难所的要求

“也许最令人信服的证据表明,避孕工作来自粉红色的棉铃虫,它在印度迅速发展出对Bt棉花的抗性,但在美国则不然,”塔巴什尼克说。

在美国西南部,农民与学术界,工业界,环保局科学家和美国农业部合作,实施有效的避难策略。虽然印度同样需要避难策略,但农民的遵守率却很低。

“相同的害虫,相同的作物,相同的Bt蛋白,但结果却截然不同,”Tabashnik说。

这项新研究表明,对Bt作物的抗虫性现在比以前更快地发展,这主要是因为对某些Bt蛋白的抗性导致对随后引入的作物产生的相关Bt蛋白的交叉抗性。

令人鼓舞的发展是最近商业化的生物技术作物产生了一种新型Bt蛋白,称为植物性杀虫蛋白,或Vip。转基因作物中的所有其他Bt蛋白质都属于另一组,称为结晶蛋白或Cry蛋白。据该研究的作者称,由于这两组Bt蛋白质差异很大,它们之间的交叉耐药性很低或为零。

中国南京农业大学植物保护学院特聘教授吴义东说:“这次审查及时提供了对Bt作物抗性全球状况的最新信息,以及有助于改进抗逆性管理策略的更多可持续性见解。使用Bt作物。“

虽然新报告是迄今为止对Bt作物抗虫性最全面的评估,但Tabashnik表示,它只是开始使用系统数据分析来增强对抗性的理解和管理。

他说:“这些植物非常有用,抗性通常比大多数人预期的要慢。”“我认为这些作物是农业未来日益重要的一部分。所取得的进展为收集更多数据并将其纳入规划未来作物部署提供了动力。”

“我们还开始与面临相关挑战的科学家交换意见和信息,例如对杂草中除草剂的抗性和对癌细胞中药物的抗性,”Tabashnik说。

但农民是否能够完全阻止抵抗?塔巴什尼克不这么认为。

“我们总是期待有害生物能够适应。但是,如果我们能够将抗性从几年延迟到几十年,那将是一场巨大的胜利。”

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