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纺织材料生态化及其发展趋势摘要:从采用绿色原料、利用生物技术和开发可降解纤维3方面,综述了纺织材料生态化的发展现状,指出循环材料开发和使用是纺织生态材料发展的趋势。关键词:纺织材料;绿色;生态化;趋势目前在全球可持续发展战略影响下,许多国家都在致力于研究既不影响生态环境,又能利用生态资源的新型纤维。并提出纺织用材料必须经过毒理学测试,具有相应标志,符合环保、生态、人体健康要求。纺织材料生态化已成为全世界关注的发展方向。采用绿色原料开发生态纤维,利用生物技术发展可降解纤维,选择节约资源、可回收利用纤维原料已成为目前纺织生态材料发展的趋势[1~2]。1采用绿色原料开发生态纤维利用绿色原料开发生态纤维已成为获得生态型纺织材料的主要途径和研究、开发热点。从食用的香蕉、小麦、大豆、玉米、牛奶、虾、蟹等到木材、昆虫、蜘蛛都成为了生态纤维材料的来源。现今的绿色原料包括原生态自然物质,以自然物质为基础的提炼物及原有纤维的再加工产物3种[3]。1·1利用原生态自然物开发生态纤维自然界中原生态的物质即常规的天然纤维,以其自然本色和环保特性赢得人们喜爱。但天然纤维并非完全无毒,如天然纤维在生长过程中所施用的化肥及杀虫剂等化学药品是有害物质进入的主要途径。目前生态天然纤维主要致力于开发对杀虫剂和除草剂较少依赖的天然纤维和新型绿色纤维,如有机棉、有机麻等。同时许多新型原生态的纤维原料如木棉、菠萝叶纤维、香蕉茎纤维、竹纤维等生态纤维也在积极的开发与应用中。发现更多的天然纤维材料,进一步扩大天然纤维的可利用性,使天然纤维材料的发展日益扩大是当前利用原生态的自然物质开发生态纤维的主要研究方向[4~5]。1·2用自然物的提取物开发再生生态性纤维直接取自天然高分子物质,以自然物质为基础的提取物可形成绿色环保纤维,如Tencel、Modal、大豆蛋白纤维、牛奶、海藻酸钠纤维、甲壳素纤维、竹浆纤维等。这些纤维多属于再生纤维素或蛋白质纤维类,纤维本身主要由纤维素或蛋白质组成,易生物降解,符合环保要求。有关再生生态纤维方面的研究较早也较多,许多纤维的开发和应用也较成熟[6]。如甲壳素纤维,所用甲壳质广泛存在于虾、蟹等水产品和昆虫、蜘蛛等节肢动物的外壳中,也存在于菌类、藻类的细胞壁中。甲壳质纤维是一种可降解的环保型动物纤维素纤维,废弃后可被微生物分解。这种纤维具有生物活性,有良好的吸附性、粘结性、抗菌性和治伤性能。它是自然界唯一带正电荷的动物纤维,对危害人体的大肠菌杆、金色葡萄球菌等具有较强的抑制能力,适合制造特殊的医用功能纤维产品。此外,近年开发的新型蛋白复合蚕蛹蛋白粘胶长丝纤维,利用与粘胶纺丝原液共混,纤维素形成芯部,蛋白质集中于表面,构成分子上的稳定结合,形成具有特定皮芯结构的蛹蛋白粘胶皮芯复合长丝。纤维中蛋白质含量为10%~20%左右,纤维与皮肤的亲合性好,保健功能显著[7~8]。1·3利用原有纤维的再加工开发生态性纺织材料采用自然原料通过高分子化学合成的方法可加工、生产生态纤维材料,如聚乳酸纤维(PLA)、聚羟基乙酸纤维(PGA),及它们的聚合纤维(PLGA)。这些纤维原料资源可再生和重复利用,使用过程安全。纤维开发途径包括微生物合成生态纤维和化学合成高分子生态材料。由微生物合成的聚羟基链烷酸酯、短梗霉多糖、功能蛋白高分子等都可以纺制成纤维。另外,微生物还可直接用于生产可生物降解的纤维。如短梗霉多糖(Pullulan)纤维就是以谷物或马铃薯为原料,由出芽短梗霉产生的一种胞外水溶性多糖(由麦芽三糖1,6键接形成的聚合物)合成,其强度和硬度等物理性质与聚苯乙烯相当。Pullulan纤维具有平滑、透明、光泽好、强度高(与尼纶相当)、无毒、无味、无色、能生物降解的特点,适合作手术缝合线和医用敷料。还可利用多糖液中培养出的细菌(膜醋菌)获得直径大于40 nm的生物纤维丝条,用微菌类霉菌体合成支化营养菌丝或长度达几厘米的由孢子囊柄组成的丝条,分离纯化后丝条能够织成无纺布,用于湿法无纺布的过滤材料[9]。化学合成高分子材料是将天然物质通过化学加工方法合成,如美国杜邦公司2000年10月投产的索罗那(Sorona)纤维就是以玉米为原料的全新多聚体化合物。其纤维制品在舒适、耐磨、弹性、抗皱、防护等性能方面,大大优于现有的化纤制品。制成的人造皮革更柔软,更似真皮,且可回收再利用,为重要的环保产品。还有以玉米、小麦等农作物为原料发酵成乳酸再聚合而成的高分子化合物聚乳酸纤维(PLA)等[10]。2运用生物技术和基因工程开发生态纺织材料将现代生物技术巧妙地用于纺织纤维的开发,不仅能有效地改进现有纺织原料的不足,还可根据需要开发出适合纺织生产的新型纺织纤维,为纺织原料研发开辟新的途径。天然彩色棉纤维是美国科学家利用基因改性技术开发出的一种新型棉花品种,通过将彩色基因移植到白棉DNA中而获得。彩棉产品省去染色、印花等工序,减少了加工污水的排放和能源消耗,实现了从纤维生长到纺织成衣全过程的“零污染”。利用基因改性技术可生产抗虫棉,避免农药对环境及棉本身造成危害。中国农科院等单位将苏芸金杆菌的毒蛋白基因转入棉细胞内,培育出了十多个抗虫棉品种,能产生一种对抗鳞翅目昆虫的毒素,抗棉铃虫能力达80%以上。此外,转基因抗蚜虫棉、转基因抗虫抗病棉也相继培育成功,已在我国实验推广[11]。利用现代生物、基因工程技术还可向棉纤维中引入其他成分,形成天然多成分棉,改善棉纤维的性能。如利用在棉纤维中腔内具有可生物降解的聚酯内芯来生产天然的涤棉混合纤维,或引入动物纤维蛋白,从而形成含动物纤维的天然多成分棉,对改善棉纤维自身的不足,提高棉纤维的性能有很大贡献[12]。五彩丝、彩色羊毛的取得主要靠蚕的基因突变。利用染色体技术把需要的基因组合输入家蚕体内,培育出能吐彩丝的新蚕种。选择合适的彩色基因导入绵羊体内,也可培育出具有天然色彩的彩色羊毛[13]。运用现代生物技术还可扩大纤维的生产。例如,蜘蛛丝因具有超高强力是开发高强织物的理想原料,但如何获得大量的蜘蛛丝来满足纺织生产的需要就成了产品开发过程的难题。为此,加拿大Nexia公司将从蜘蛛丝蛋白中分离出的有关基因转入奶牛和山羊的乳腺细胞中,从其分泌的乳液中获得经过重组的蜘蛛丝蛋白,并从中提取到与蜘蛛丝性能相似的丝蛋白纤维。此外,还可利用微生物发酵技术从蜘蛛丝蛋白中分离出有关基因,人工重组到可以用发酵法大量生产蛋白质的诸如大肠杆菌或酵母菌等微生物体内,在其细胞中产生蜘蛛丝蛋白[14~15]。3可生物降解材料开发可生物降解纤维是指在一定时间和适当的自然条件下能够被微生物(如细菌、真菌、藻类等)或其分泌物在醇或化学分解作用下发生降解的纤维。可生物降解纤维制成的纺织品,通常在微生物作用下,可分解为二氧化碳和水等对环境无害的物质,是理想的石油类纤维材料替代品。降解采用的方法有堆肥降解、土地埋入降解、在活性污泥中降解、海水浸渍降解,以及在聚合物中通过添加组分进行共聚来加速降解等。目前美、欧、日对可生物降解纤维的研究处于领先地位,我国的研究起步较晚[16]。常见的天然纤维及目前研究较多的纤维素纤维、蛋白纤维、甲壳素纤维、淀粉纤维等都具有良好的生物降解。而合成纤维可降解中较大的一类是水溶性聚合物,它是一种亲水性的高分子材料,在水中能溶解或溶胀形成溶液或分散液,其分子链上一般含有一定数量的强亲水基团(如羧基、羟基、氨基、醚基和酞胺基等)。常见的生物降解性合成高分子有聚乙烯醇(PVA)、聚丙二醇(PPG)和聚乙二醇(PEG)等。聚乙烯醇(PVA)是人们最熟悉的水溶性高聚物,它在纤维和纤维改性及制作膜材料等方面都有广泛的应用。Planet Packaging Technologies公司用PEG共混制造生物降解高分子材料。美国Air Product & Chemical公司也开发了一种商品名为Vinex的材料,它是由聚乙烯醇和聚烯烃、丙烯酸酯接枝聚合而成,材料具有可降解性[17-18]。另一类是利用自然界中存在的天然物质经化学加工形成的合成纤维,如聚乳酸纤维(PLA),虽为合成纤维,但其原料来源于地球上不断再生而取之不竭的农作物,其废弃物埋入土中后,在土壤和水中微生物作用下大约经过1~2年时间,纤维可被完全分解为CO2和H2O从而发生降解[19]。虽然可降解纤维材料的开发已取得一定进展,但研究进行得还很不够,也没有取得较大的突破。随着人们生活水平的不断提高,对可生物降解功能纤维需求的增长,可以预见在新技术的应用和新材料的涌现下,可生物降解纤维将会被更广泛地应用[20~21]。4生态材料的发展趋势循环材料最基本的特点就是在主产业链上向前、向后延伸,实现闭合循环发展,使所用的原料和能源在不断的循环中得到合理利用,节约生态资源。现代纺织要求材料可循环、再生,产业发展可持续,因此,循环材料的开发和利用应是未来生态材料发展的趋势。最近日本提出了“完全循环型”新概念,要求彻底实现纤维从原料使用到最终制品回收全过程完全循环。吉玛公司、杜邦公司对聚酯等装置也提出了“全循环”概念[22]。天然纤维材料是地球上巨大的再生性生物高分子资源,作为“从自然产生又回到自然”的资源循环型材料,具有不可替代的发展优势。人造纤维材料作为传统的纺织材料,其原料多为天然可再生的非石油资源(木、棉、亚麻、竹、麦杆等),符合可持续发展的需求。合成纤维多为石油化合物,而石油属原生资源,且常规合成纤维具有不可再生、不可降解性。目前合成纤维如何进行回收再生是生态材料研究的重点,也是治理环境污染,节约资源和能源,促进合成材料循环使用的一种最积极的废弃物处理方法。已开发了有回收聚合物、纤维的原料再循环和回收单体的化学再循环系统[23~25]。回归自然、适应环境是纺织材料总的发展趋势。生态化纺织材料的发展为保护生存环境,实现纺织工业可持续发展提供了保障,符合21世纪绿色环保型时代的要求。随着社会的文明和进步,可认为未来的纺织工业将是绿色生态工业。参考文献:[1]吴湘济,沈晶.纺织工业绿色纺织品的设计与开发[J].上海工程技术大学学报,2002,(12):298-317.[2]黄猛.我国绿色纺织品的现状及发展趋势[J].棉纺织技术,2000,(2):31-33.[3]甘应近,白越,等.绿色纺织品的现状与展望[J].纺织学报,2003,(6):93-95.[4]Peter F Greenwood, green are cotton and linen?[J].textiles,1999,(3).[5]付群锋.浅谈新世纪纺织面料的发展趋势[J].印染,2000,(7):49-50.[6]A P Aneja,等.21世纪的纤维[J].国外纺织技术,2000,(1):1-3.[7]李晓燕.生态纺织纤维的性能与应用[J].棉纺织技术,2002,(11):

自1983年首次获得转基因烟草和马铃薯以来，近十年来植物基因工程的研究和发展非常迅速。种植了100多种植物，包括水稻、玉米、土豆、棉花、大豆、油菜、亚麻、向日葵和经济作物西红柿、黄瓜、芥菜、甘蓝、花椰菜、胡萝卜、茄子、生菜、芹菜和其他蔬菜作物; 苜蓿、白三叶草; 苹果、核桃、李子、木瓜、瓜类、草莓和其他水果; 矮牵牛、菊花、康乃馨、加兰花和其他花卉和杨树品种。应该说，转基因植物取得了令人鼓舞的突破。在中国，粮食和豆科作物在农业生产中占有重要地位。现以水稻和大豆为例，介绍植物基因工程的新进展。

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近年来新疆棉花论文的参考文献

光照时间长温度适宜幅员辽阔交通相对便利西部大开发的推动

最近这段时间新疆棉花有很高的热度，而且新疆棉花事件还引发了不少中国青年人的“爱国魂”，越来越多人开始支持国货，购买采用新疆棉花制造出来的东西，下面跟着我一起看一下新疆棉花的地理优势与劣势，以及新疆棉花自然条件的优势。棉花的原产地是印度和阿拉伯，新疆地区则是我国最早种植棉花的区域，可以说新疆种植棉花的历史很长，现在新疆是我国最大棉花生产地，每年棉花总产量非常高，位居全国第一。新疆棉花之所以品质好、产量高，与当地地理优势和自然条件有很大关系，新疆所处地理位置很优越，处于中纬度带，又距离海洋很远，再加上山脉阻挡，新疆降雨稀少，气候比较干燥，能够蒸发掉棉花水分，棉花棉纤维柔韧度也比较好。而且新疆地区晴天多光照充足，可以让棉花有充分的光合作用，很适合棉花生长。近年来新疆棉花产量是越来越高，其品质也不是普通棉花可以比较的，但是不代表新疆所有地区都适合棉花的生长。而且也有一些劣势存在，棉花品质很多，加工质量很难保证，而且市场价格的变动也会导致棉花质量出现混乱。

新疆棉花生产情况新疆维吾尔自治区位于中国西北边陲，跨东经73°40′-96°23′，北纬34°25′-49°10′，总面积166万平方公里，占我国国土的六分之一强。横亘新疆中部的天山把它分为南北两半，习惯上称天山以南为南疆，天山以北为北疆。由于新疆特殊的地理位置，使得它拥有了得天独厚的气候资源，全年日照时间平均为2600-3400小时、积温为3000-4000℃。棉花是一种好热喜光的作物，其生育在120天到145天之间，新疆长时间的日照，充足的积温以及长无霜期给棉花的生长创造了非常有利的条件。因此，自古以来新疆就是棉花种植之乡。但是，1949年新疆和平解放后到改革开放之初棉花生产一直处于低水平、不稳定的状态。29年间，棉花年产量从5100吨增加到万吨，增长速度较慢。随着改革开放和农村家庭联产承包责任制的推行，特别是新疆维吾尔自治区党委提出实施优势资源转换并确立“一黑一白”的发展战略以后，各地积极调整农业产业结构，大力发展棉花产业，棉花生产开始出现快速发展的强劲势头。棉花种植面积从1978年的226万亩增加到2005年的1736万亩，增长倍，产量已经达到了185万吨，增长倍。表1 1955年以来新疆棉花产量情况年份（年）19551978320042005产量（万吨）在新疆有的地块已经连续种植棉花二十年了，依然还在继续种植棉花，病虫害控制的也好，棉花的单产、品质还在不断提高。自治区通过推广应用高密度栽培、宽膜覆盖、膜下滴灌等新技术，使棉花亩产由上世纪80年代的70公斤提高到现在的106公斤以上。目前，棉花已成为新疆最大宗的经济作物，播种面积占当年农作物总播面积的50％以上。面积占全国的四分之一，产量已占全国的三分之一。新疆棉花在品质、商品量、调出量、总产、单产等方面均居全国首位，年调出商品棉125万吨以上。至此，新疆已成为我国最大的优质商品棉生产基地。新疆棉花虫害由于新疆特殊的地理位置及气候特点，棉田主要害虫的发生为害特点与内地差异很大。20世纪80年代中、后期棉蚜（Aphis gossypii Glover）是棉田主要害虫[1,2] 。进入20世纪90年代，随着棉蚜综合防治技术措施的推广应用，通过消灭越冬蚜源减少发生基数、隐蔽施药、点片涂茎、保护利用天敌等一系列防治手段的运用，棉蚜为害得到了有效控制。20世纪90年代中后期棉铃虫（Helicoverpa armigera Hubner）上升为棉田主要害虫，尤其南疆发生面积逐年扩大，为害程度逐年加重。为了保护桑蚕、减少污染，棉铃虫的防治多采用杨枝把诱蛾、人工捉虫、挖蛹等方法，但是这些技术措施也不能完全控制它的爆发。棉叶螨（朱砂叶螨Tetranychus cinnatarinus Boisduval，截型叶螨Tetranychus truncatus Ehara，土耳其斯坦叶螨Tetranychus turkestani Ugarov et Nikolski）繁殖力强，气候适宜年份短期内可猖獗为害，也是新疆棉田重要害虫之一。但在新疆，多种天敌如食螨瓢虫、捕食螨、捕食性蓟马、小花蝽等，数量很大，对棉叶螨起到一定的控制作用[3]。转Bt基因抗虫棉由于棉铃虫是棉花生产上的主要害虫，一般年份因其危害造成棉花减产10%-15%。1990年以来，我国棉铃虫连年大暴发，仅1992年全国发生面积达×106hm，造成全国棉花总产损失30%以上，严重地区损失达50%以上，直接经济损失逾百亿元。近年来，由于连年多代使用剧毒化学农药，不仅增加植棉成本而且生态环境受到破坏，同时棉铃虫的抗药性也明显增强，导致防虫难度加大，严重地阻碍了棉花生产的可持续发展。为解决制约棉花生产稳定发展的这一世界性难题，国内外相继应用生物工程技术和常规育种相结合的方法，开展了转基因抗虫棉的育种研究。1988年美国孟山都（Monsanto）公司获得转Bt基因棉花，1995年末，美国农业部（USDA）、食品与药物管理局（FDA）和环保局（EPA）先后批准转Bt基因抗虫棉在美国国内生产上大面积推广利用。1997年，中国农业部批准了转基因抗虫棉在河北、河南、江苏、新疆和辽宁5省（自治区）进行释放，在山东、山西、安徽和湖北4省进行商品化生产。2002年全球棉花总面积在3 400万hm ，有20％或者680万hm 种植转基因棉花，其中单价Bt基因棉花240万hm 。转基因棉花的种植面积仅次于大豆(3 650万hm)和玉米(1 240万hm )，中国种植转基因作物的面积为2l0万hm(4％)，比2001年增长40％，基本全为转Bt基因棉花，占中国棉花种植面积(410万hm)的51％[4]。自1997年以来，新疆每年转Bt基因抗虫棉的种植面积为70万亩左右，主要集在南疆的库尔勒、巴音郭楞蒙古自治州、哈密地区等。1．新疆转Bt基因棉花及非转基因棉花情况调查据报道，转Bt基因抗虫棉能够减少农药使用量，增加净收益 [5-9]。新疆是我国最大的棉花种植基地，其产量占全国产量的1/4强，占世界的8%。为了弄清转Bt基因抗虫棉在当地的种植情况、给农户带来的实际利益，作者于2006年4月到哈密市做了调查。调查地情况概述哈密市哈密是新疆通向祖国内地的门户，地理坐标为东经91°06′33〃—96°23′00〃，北纬40°52′47〃—45°05′33〃，平均海拔米。哈密属典型的大陆性气候，气候特征“南热北凉”。总面积万平方公里，占全疆总面积的9%。总人口51万人。地区辖哈密市、巴里坤哈萨克自治县和伊吾县，设有38个乡(镇)。区域内驻有吐哈石油勘探开发指挥部、新疆哈密煤业集团公司、兵团农十三师、哈密铁路分局、新钢集团雅满苏铁矿等21家中央、自治区单位，其人口占全地区总人口的39%。全地区可利用土地资源非常丰富，其中可垦地500万亩，已开垦110万亩。哈密绿洲热量丰富，日均＞0℃的积温4450—4650℃；≥10℃积温4073—4300℃，适宜种植春小麦、玉米、棉花等作物。全年日照时数平均3358小时，热资源非常充足。但不足之处是全年热量分配不均，在棉花生育期出现中间高，两头低趋势。在播种-出苗期温度偏低，有倒春寒现象，吐絮期气温下降快，有霜冻现象。哈密盆地干燥少雨，昼夜温差大，一般在16℃左右，无霜期182天，有利于哈密瓜、葡萄、大枣等干旱区瓜果类生长期中的糖份积累，是重要的瓜果产地。表2 海拔及光热资源地区平均海拔（米）地理坐标年平均温度（℃）年均大于0的积温（℃）年均大于10的积温（℃）年平均日照时间（小时）哈密市东经91°06′33〃-96°23′00〃北纬40°52′47〃-45°05′33〃哈密市棉花种植情况哈密市温度较石河子及新疆其它地方都高，而降雨不多，因此特别适合害虫特别是棉铃虫的繁殖及生长，因此虫害发生较为严重。为了防治病虫害，达到保产增产的目的，哈密市红星二基地放弃了高品质长绒棉品种种植，而选择了高抗铃虫的转Bt基因抗虫棉品种。红星二基地棉花种植面积共万亩，2005年主要品种为33B、99B及抗8。33B是美国孟山都公司与岱字棉公司利用基因工程技术，将苏云金杆菌晶体蛋白基因(简称Bt基因)导入岱字棉品种中选育而成的抗虫棉花品种。该品种出苗好，苗整齐健壮，长势稳键，主根粗壮，侧根发达，茎秆坚硬抗倒伏。33B产量高，单铃重克，衣分，子指克。早熟性好，生育期125天左右，高抗棉铃虫，抗枯萎病，耐黄萎病。自1997-1998年引进33B原种试验成功后，开始大面积推广。2005年种植面积为万亩，占全场棉花种植面积的48%。99B是美国孟山都公司与岱字棉公司利用基因工程技术育成的继33B之后的又一个转基因抗虫棉品种。该品种的特征为抗虫、丰产，抗枯萎病耐黄萎病。生育期130天，经多年多点试验，丰产性能好，产量稳，一般地块亩产皮棉90公斤以上比33B增产8－10%。抗8购于新疆康地农业科技发展有限公司，是一个中早熟陆地抗虫棉品种，生育期130~140天。该地的虫害主要有：蚜虫、棉叶螨、棉铃虫等。虫害的防治以生物和生态控制为主，在发生较重的时候才采用化学化学防治措施。蚜虫主要用久效磷、氧化乐果等化学农药。棉叶螨的防治主要用，三氯杀螨醇等农药。哈密市棉花种植基地棉花病害有黄萎病和枯萎病，但是发病率并低，所用的防治药剂为黄萎立克。种植户访谈情况在哈密市棉花种植基地随机对20个棉花种植户进行了访谈，在访谈前已经向基地生产科的工作人员了解了这些农户种植物的棉花品种情况，以避免出因农户记不住以前种植的品种而出现错误的情况。访谈内容涉及农户的棉花品种及来源，种植模式，播种前土壤及种子处理方法，棉花各生育期病虫害防治策略及防治方法，农药使用情况，收入情况及收入分配方法等。表3 哈密市棉花种植基地农药使用情况（略）2 结果与分析访谈结果访谈中发现，基地的棉花种植户都变成了基地的职工，基地都给他们买了各保险，等退休后每月可以到基地领取退休金。他们每天按时到田里劳作。该灌水的时候基地通知他们灌水，该防治病虫害的时候他们去基地指定的地点买农药，但是从不需要付现金，待棉花收购时，和所有生产资料费用、植物保护费用、灌水费用、种子费用等一起扣除。在农场里，领导及工作人员负责发出指令，而种植户负责具体实施，实施中工作人员亲临指导。在农场上形成了棉花统一种植，统一管理，统一销售，这样一种“三统一”的模式。结果与分析两地病虫害发生情况哈密市棉花种植基地主要种植转Bt基因抗虫棉，虫害发生不重，零星发生棉花病害有枯萎病和黄病，这两种病害是棉花上的常见病害，但是发病率不高，哈密市棉花种植基地应用黄萎立克进行防治，据技术人员介绍有一定的效果。此外，还有部分棉蚜、棉叶螨为害，但危害不严重。农药使用及种植成本情况由于气候原因，再加之种植的棉花为转基因棉花，棉花病虫害不严重，哈密市棉花种植基地平均每亩棉田农药投入占总投入的。哈密市棉花种植基地种植的是抗棉铃虫的品种，第一、二代棉铃虫不用防治，在第三代才用防治，但此时棉花已经进入了生育后期，危害不严重，因此杀虫剂的花费相对就少。哈密市棉花种植基地20个种植户购买杀虫剂的平均费用仅为元/亩。在杀菌剂使用及支出方面，主要指防治苗期病害用的拌种剂，哈密市棉花种植基地的为元/亩。哈密市棉花种植基地空气湿度低，病害不易发生，因而节约了防治成本。在除草剂方面，哈密市棉花种植基地支出平均为元/亩。哈密市棉花种植基地棉花生产投入、产量及收入情况哈密市棉花种植基地棉花生产投入偏高。这与棉花品种的价格差异有关，转Bt基因抗虫棉种子的价格高，同时也与当地的水资源缺乏程度、管理成本有关。转Bt基因棉花的籽棉亩产量为公斤，哈密市棉花种植基地每亩棉花的均纯收入为元。这可能有几方面的原因：第一，在棉花生长季节哈密市棉花种植基地的温度高，同时哈密市棉花种植基地的光照充足，而棉花是一种好热喜光作物，如果在生长季节气温足够高，光照充足产量自然就能提高，在棉花收购价相同的情况下，产量越高，收入就越高。因此，哈密市棉花种植基地种植户收入高，自然气候条件好是重要的原因。第二，转Bt基因抗虫棉的产量通常都比较高。哈密市棉花种植基地种植的主要品种33B、99B、抗8都是抗虫棉，因此哈密市棉花种植基地的籽棉亩产量高，棉花品种遗传因子是影响产量的重要因素。转Bt基因抗虫棉的产量高，能给种植户带来较高的经济利益。3 讨论此次调查结果表明，转Bt基因抗虫棉种植户的农药使用量及农药投入较少。但是，这只是一年的调查数据，还不足以说明问题，结果还有待于进一步的研究。时间上的问题从时间上看，只有一年的调查数据。同一地点不同年份的气候条件会有变化，发生的病虫草害情况也不相同，农药使用量也不相同。因此，一年的数据不能反应真实的情况。如果要得到真实的情况，必须有多年的数据，并对其进行科学的数据分析才能得出真实的规律。调查地点单一转Bt基因抗虫棉种植户农药使用量只在哈密市棉花种植基地进行，当地的气候条件较好，光热资料丰富，病虫害的发生不重，再加上种植的品种为高产抗虫品种，农药使用量自然也会有差异。要得出符合客观规律的结论，必须进行多点调查，并对调查数据进行科学的数理统计分析。种植模式及管理水平种植模式及管理水平与大多数种植户的种植模式及管理水平不一样。哈密市棉花种植基地的物质资源与人力资源，农业的机械化水平及农业综合管理水平比自治区的水平高，统一的机械化点播，采用双膜覆盖及膜下滴灌技术，灌水及施肥都是采用膜下滴灌完成。而其它地方还在采用其它的秋播方式，灌水采用漫灌方式进行。由于种植模式的不同就来了不同的农田小气候，也就导致了的病虫草害的发生情况不同，农使用量也就不同。在管理上，哈密市棉花种植基地都有专职的农业技术员、植保员，他们对棉花病虫草害及土肥水等情况进行实时监测，一发现就进行合适的处理，有害生物没有滋生的时间。但是，很多通常的种植基地没有这样的管理能力，而且全国大多数地方都做不到。因此，从哈密市棉花种植基地上得出的转Bt基因抗虫棉农药使用量情况不能代表全国的情况。因而，要得出真实的差异，我们应该选择更多的区别于哈密市棉花种植基地的地方调查。4 建议转Bt基因抗虫棉的产量高，能给种植户带来较高的经济利益。通过这次的调查，作者给出以下三个建议。第一，对同一调查地点进行多年的数据收集，并对其进行科学的数据分析，只有从多次重复中分析得出的结论才是具有真实因素的数据；第二，选取多个地点，至少三个，进行调查，并对调查数据进行科学的数理统计分析。不同的地点的气候条件不同，只有把所有可能使结果发生改变的气象条件都加以考虑分析才能得出正确的结论；第三，如果是在类似于哈密市棉花种植基地的地方进行调查，我们应该首先选择调查自治区的棉花种植户，这样得出的结果才具有代表性。全国，乃至全世界都不可能像哈密市棉花种植基地一样拥有丰富的物质与人力资源。致谢感谢德国EED的资助，感谢新疆农垦科学院，石河子大学，新疆农科院植物保护研究所，哈密市农业技术推广中心的支持。参考文献：[1] 杨海峰,马祁．新疆棉花害虫的生态调控.农作物有害生物可持续治理研究进展.北京:中国农业出版社[2] 马祁, 李号宾, 汪飞等. 到新疆棉花害虫综合防治技术体系研究. 新疆农业科学,2000, 1: 1-5[3] 徐遥,杨秀荣,芮昌辉等.新疆棉花主要害虫对几种杀虫剂的抗药性测定,西北农业学报,2004,13(2):74-78[4] 罗晓丽,吴家和,张安红等.2005.转Bt基因棉花的研究应用及问题与对策.山西农业科学,33(1):4-11[5] 方宣钧,贾士荣.中国转基因抗虫棉产业化进展. 生物技术通报,1999，139(2):39～40[6] MATIN QAIM, ALAIN DE JANVRY. 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基因编辑技术在棉花上的参考文献

DOI:

microhomology-mediated end-joining (MMEJ)

DNA double-strand break (DSB)

local accumulation of DSB repair molecules (LoAD) system

homologous recombination (HR)

non-homologous end-joining (NHEJ)

homology-independent targeted integration (HITI) system

precise integration into target chromosome (PITCh) system

single-strand template repair (SSTR)

Gaps: 以往的研究从未在多个基因组位点同时产生多种模式或多个报告基因的组合。基因插入在每个位点独立进行，在不同的基因位点上进行双或三重敲入需要一定的步骤。

横向比较： CRISPR-Cas9基因标记使用的方法有（1）同源修复HR，（2）非同源end-joining NHEJ，（3）微同源介导的end-joining MMEJ。虽然HR的方法可以非常精准的knockin，但它的载体的构建和效率远低于end-joining的方法。

工作简介：

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原因在于：MS2可以与RNA结合，从而报告RNA的情况，将MS2与CtIP融合，可将CtIP导向到sgRNA所在的位置，形成一个滞留，发挥CtIP增加MMEJ的功效，从而造成了更多的DNA断裂，插入效率增加。

之前我看过一篇文章，说的是CRISPR-Cas9的效果由于P53的存在而大打折扣，而P53对抗HDR是CRISPR-Cas9造成DSB无法被修复，从而介导了CRISPR-Cas9的细胞毒性。那么就会有以下两种情况：（1）P53存在时，CRISPR-Cas9效果不好，且有细胞毒性；（2）P53敲除时，CRISPR-Cas9效率增加，但有致癌的风险。以此引发临床安全性的思考，提醒在人体上使用CRISPR-Cas9治疗需要注意的安全性问题，从而以一个相对简单的故事，发表在了Nature Medicine上。所以，我们在使用基因编辑工具的时候，需要注意一下它的细胞毒性情况。

老板亲自传授的文献阅读方法

（1）FACS结果显示，没有毒性：首先转入已被证实具有细胞毒性的载体来作为对照，MS2-CtIP组没有对细胞增殖产生影响，而ZFN组有。

（2）如我前面所说，DSB如无法被修复，则是细胞毒性。在这里作者也使用DSB修复实验来代表细胞毒性实验，首先使用依托泊苷诱导DSB，然后使用anti-γ-H2AX染色来查看修复情况，发现MS2-CtIP组DSB修复活性显著高于对照组。

以上结果表明，MS2-CtIP是通过诱导DSB修复来达到低（无）细胞毒性的效果。

我就不写了。。。因为我没看明白，嘤嘤嘤。

第一部分主要讲基因编辑系统的构建及基本情况，接下来就要讲一讲它作为一个基因编辑工具的基本素养了。

太多啦！简单说一下，就是对比了MMEJ和NHEJ它们在精确敲入，非精确敲入和未敲入这三个方面的情况，得到MMEJ几乎完败NHEJ的结论咯。看看这图画得多漂亮！

回归前面说的Gaps，同时对多个基因进行编辑呢？结果显示是可以高效、准确的对多个基因进行编辑。这部分是灰常灰常棒的。

学习一下人家的思路~

创新点在于MS2的定位效应，MS2-CtIP的增强效应，MMEJ的精巧性。

参考文献： Nakade S, Mochida K, Kunii A, et al. Biased genome editing using the local accumulation of DSB repair molecules system[J]. Nature communications, 2018, 9(1): 3270.

DNA是绝大部分生物的遗传信息的储存介质，由腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）四种核苷酸组成，并且严格遵守A-T,C-G的碱基互补配对原则，DNA链上这四种核苷酸的排列信息就是生物体的主要遗传信息。基因是控制生物性状的基本遗传单位，即一段携带特定遗传信息的DNA序列，主要通过翻译出对应的效用蛋白发挥功能。

图1. DNA的结构示意图（图片来自网络）

基因异常往往导致各种疾病的发生：如在超过50%的人类肿瘤中都能检测到编码p53蛋白的基因的突变（丧失活性）；Rag1等基因的突变会导致重症联合免疫缺，患儿终生不能接触外界空气，只能终生生活在隔绝容器内（图2）。

图2. 终生生活在隔离容器内的美国男孩大卫·维特

什么是基因编辑技术？

基因编辑技术是指特异性改变目标基因序列的技术。目前主要的基因编辑技术都是基于如下原理发展而来的：在细胞内利用外源切割复合体特异性识别并切割目的基因序列，在目的基因序列上制造断裂端，这种断裂端随即会被细胞内部的DNA损伤修复系统修复，重新连接起来。在此修复过程中，当有修复模板存在时，细胞会以修复模板为标准进行修复，从而实现对基因序列的特异性改变，即基因编辑（图3）。

图3 基因编辑技术的基本原理示意图

要实现基因编辑，外源切割复合体必须满足两个条件：

① 切割复合体必须可以特异性地识别和结合至目的基因DNA序列上，这是各种基因编辑技术的主要差异所在，也是发展基因编辑技术的最大困难所在；

② 切割复合体必须具有切割DNA，制造断裂端的功能；

基因编辑技术的简要发展历史

自1953年沃森和克里克两位科学家提出DNA的双螺旋结构以来，人们一直都在积极探索着高效便利的基因编辑技术：

上世纪80年代，科学家在小鼠胚胎干细胞中通过基因打靶技术实现了基因编辑（2007年诺贝尔生理医学奖），但此技术在其余细胞内效率极低，应用受到了极大的限制；

上世纪90年代，基于细胞内不同锌指蛋白可特异性识别DNA上3联碱基的特征以及核酸酶FokI二聚化后可以切割DNA的特点，人们通过锌指蛋白偶联Fokl的策略逐渐发展出了一种新的基因编辑技术--锌指蛋白核酸酶技术（Zinc Finger Nucleases, ZFNs）。但此技术专利被公司垄断，且锌指蛋白数量有限，可以识别的DNA序列数量有限，其应用也受到了很大的限制。

随后，基于改造后的植物病原菌中黄单胞菌属的TAL蛋白可以特异性识别DNA中一个碱基的特性，人们又发展出了新的基因组编辑技术--转录激活样因子核酸酶技术（Transcription activator-like effector nucleases, TALENs）。此技术理论上可以实现对任意基因序列的编辑，但其操作过程较为繁琐，一定程度上限制了其应用。

近年来，基于细菌规律成簇的间隔短回文重复序列(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，CRISPR)系统发展而来的新一代基因组编辑技术--CRISPR/Cas9技术，使得基因编辑变得更为简易、高效。值得提出的是，华裔科学家张锋教授对于CRISPR/Cas9技术的发展与应用作出了重要贡献，是目前这一领域的领军人物之一。

基因编辑技术的最新发展

由于目前最为广泛应用的CRISPR/Cas9技术仍然存在着无法对所有基因序列实现编辑、可能错误编辑其余基因、切割复合体中RNA容易降解导致复合体不稳定等一些不足之处，人们主要从以下几个方面优化发展新的基因编辑技术：

1) 优化CRISPR的蛋白序列，使得其可以识别更多的序列，并且能够更为有效地编辑基因序列；

2) 寻找新的具有特异性识别和切割目的基因序列的蛋白。如张锋教授在去年报道的Cpf1，已被证实为一类新的基因编辑工具；而目前引起广泛争议和关注的我国河北科技大学韩春雨教授在今年初报道的NgAgo，如果其真的可以实现细胞内的基因编辑，也是一类新的基因编辑工具，是目前各种基因编辑工具的有效补充；近期，我国南京大学学者又开发了一类新的基因编辑工具—SGN，也引起了学界的广泛关注。

基因编辑技术的应用

随着CRISPR/Cas9等新型基因编辑技术的迅猛发展，基因编辑技术在诸多方面都有着极为广阔而光明的应用前景：

1) 畜牧业和农业方面，现在已经在包括鸡、牛、羊等重要家畜和玉米、水稻、棉花等重要经济作物中实现了基因改造，有效地提高了这些家畜和经济作物的产量和质量；

2) 医疗健康方面，一方面，对于先天性基因突变致病患者，利用基因编辑技术改正突变的基因，可以为这些疾病的彻底根治提供希望。如在2013年，我国科学家上海生化细胞所的李劲松教授就利用CRISPR/Cas9技术治愈了小鼠的白内障遗传疾病。另一方面，基因编辑技术还有望为彻底治愈一些重大疾病的提供希望，如利用基因编辑技术改造艾滋病病毒HIV-1携带者免疫细胞中的CCR5基因，可以使得细胞不再受HIV-1病毒感染，有望成为彻底战胜艾滋病的有力武器。

结语：

迅猛发展的基因编辑技术正在给我们的生活带来巨大的变化，在享受先进科学技术带来的种种福利的同时，我们也必须进一步加强对于基因编辑技术的基础研究以及应用管理，以确保这一先进技术得到正确而有效地应用。

编辑：何郑燕鲁凡英

（专家：吴剑锋，厦门大学生命科学学院博士，科普中国微平台原创首发）