棉花转基因育种研究现状与前景展望

棉花转基因育种研究现状与前景展望

王娟余渝孔宪辉刘丽王旭文

（新疆农垦科学院棉花研究所，新疆石河子832000）

摘要：近年来，植物基因工程取得了辉煌的成就，棉花作为一种重要的经济作物也不例外。该文就我国棉花转基因育种方面的研究作简要综述，主要包括抗虫性改良、抗病性改良、抗除草剂性状改良和品质性状改良等，并对其发展趋势及前景进行展望。

关键词：棉花；转基因育种；现状与前景

中图分类号S562文献标识码A文章编号1007－7731（2010）15－59－02

棉花是我国主要的经济作物，对国民经济的发展具有举足轻重的地位。近年来，随着基因工程技术的不断发展，利用生物技术来创新棉花种质资源和培育新品种是一条非常有效的途径，极大地推动了棉花遗传育种的发展。随着国际转基因技术的不断发展和转基因生物安全性方面的相关法律法规的不断完善，转基因作物的大面积推广和种植势不可挡。到2009年，全球转基因作物的种植面积达到了1.3亿hm2，全球有25个国家种植面积是1996年的79倍。棉花也不例外，全球棉花种植面积中转基因棉占总种植面积的1/2。本文就我国棉花转基因育种方面的研究作简要综述，主要包括抗虫性改良、抗病性改良、抗除草剂性状改良、抗逆性改良和品质性状改良等，并对其中发展趋势及前景进行展望。

1转抗虫基因

我国棉花每年因虫害造成的产量损失约为10% l5%，全国每年用于棉花害虫防治的杀虫剂用量占杀虫剂总使用量的2/3［1］，不仅造成经济的重大损失，还造成了环境的污染，转基因抗虫棉的培育和推广极大地改变了这种现象。我国早在1991年就已有将外源Bt基因导人棉株中的报道［2］，1992年郭三堆等［3］在国内首先人工合成了全长1824bp的CrylAb和CrylAc融合的GFMCry1A基因，并于1993年采用农杆菌介导法和外源基因胚珠直接注射法成功导入晋棉7号、中棉12、泗棉3号等主栽品种，获得了高抗棉铃虫的转基因棉花株系［4］，吴家和等［5］合成的包含CryIAc和AP基因双价抗虫基因载体，通过农杆菌介导转化冀合321胚性愈伤组织，经6代筛选后培育出抗棉铃虫90%的纯合品系，且农艺性状均优于对照。此后，多家单位先后获得了不同的抗虫棉。到2009年底，我国已育成了拥有自主知识产权的系列国产转基因抗虫棉品种70个，转基因抗虫棉的累计推广面积已达0.21亿hm2，新增产值超过440亿元。

2转抗黄萎病相关基因

棉花抗病分子生物学研究较其他植物落后，抗黄萎病基因的克隆在棉花中也鲜有报道。目前，通过基因工程提高棉花抗黄萎病性的外源基因也多为从其他植物中克隆得到。蔡应繁等［6］利用基因枪法、叶盘法和花粉管通道途径等基因工程技术将抗真菌的β－1，3－葡聚糖酶基因和几丁质酶基因导入棉花，经PCR检验，已得到阳性结果，证明该目的基因已整合到棉花基因组中。乐锦华等［7］利用花粉管通道法和农杆菌介导转化法将菜豆中的几丁质酶和烟草中的葡聚糖酶基因转入棉花，并从转基因高世代材料中筛选出了高抗黄萎病的品系。陈大军等［8］将天麻抗真菌蛋白基因用花粉管通道法转化天然彩色棉主栽品种，从高世代系中选育出既抗枯萎病又抗黄萎病的兼抗材料。刘慧君［9］等将葡萄糖氧化酶基因（GO）转入棉花，转基因后代对枯萎病和黄萎病抗性均有显著提高，部分材料抗性达到抗病水平。

3转抗除草剂基因

1997年由美国孟山都公司推出抗除草剂棉花抗性品种，他们从土壤农杆菌变种CP4中分离到编码抗草甘膦酶的基因，并通过农杆菌介导法转化珂字棉312，把该基因导入棉花植株，从而使其对草甘膦产生抗性。从2001年到2005年，抗草甘膦棉花的种植面积比例一直稳定在60%的水平［10］。我国对抗草甘膦棉花方面的研究相对薄弱，仅有少量报道。祝水金等［11］以珂字棉312为材料，采用体细胞连续定向筛选技术，结合体细胞诱变技术，然后在连续几代继代培养时培养基中添加草甘膦，最后将抗性愈伤组织再生而获得非转基因抗草甘膦的棉花突变体

作者简介：王娟（1980－），女，助理研究员，主要从事棉花分子遗传育种方面的研究。收稿日期：2010－06－22

R1098，产量和品质性状都表现良好，还表现出较强的抗病性。谢龙旭等［12］采用中棉35下胚轴为材料，将草甘膦突变基因aroAM12导入到棉花中，获得65棵再生植株，通过Southern及Western试验验证了该基因的导入和表达状况，结果表明，转化株对草甘膦具有很高的抗性。赵福永等［13］将抗草甘膦基因aroAM12和抗虫基因Btslm一起整合到一个载体中，并以抗草甘膦基因作为选择标记，通过转化棉花品种石远321后获得了抗草甘膦和抗棉铃虫的再生株。

4转基因改良棉花品质的研究

棉纤维是棉花的主产品，利用转基因技术按照人们的意愿改进棉纤维性能，也是近来棉花基因工程研究的热点之一。张震林等［14］通过花粉管通道转基因技术，将E6启动子驱动的兔角蛋白基因导入高产棉花品种“苏棉16号”，对阳性植株通过PCR检测，最终确定3株结果稳定的转兔角蛋白基因棉株。经品质分析，这3个株系成熟棉纤维的品质部分得到改良，尤其比强度有较大幅度提高，与转基因受体相比平均提高6.3cN/tex。采用同样技术［15］，将E6启动子驱动的蚕丝芯蛋白基因导入陆地棉品种“泗棉3号”，共注射600朵花，收获497粒种子。对阳性植株通过PCR检测，获得l株转蚕丝芯蛋白基因棉株。纤维品质测定结果表明，这株转蚕丝芯蛋白基因棉花T1代纤维比强度达到34.6cN/tex，比对照提高了21.0%。利用基因工程技术，调节棉纤维的发育进程，如纤维伸长的速率或持续的时间，或者改变棉纤维的化学组成，以改变棉纤维的理化性质，最终实现改良棉纤维的目的，这已经成为新世纪棉花创新研究的新领域。

5存在问题及前景展望

尽管转基因棉的研究为农业生产带来了巨大的效益，但仍存在着一些问题：（1）由于受到技术发展的限制，优异功能基因资源比较有限，目前应用较成功的基因还集中在抗虫基因（Bt）和抗除草剂基因（bar），因此，还有待于加强基因组学和功能基因组学研究，有针对性的挖掘更多高效、低毒的功能基因用于转基因棉的改良。（2）在转基因研究过程中，还经常会遇到基因沉默现象，转基因的遗传稳定性如何，转基因棉花产量性状与转基因受体有无改变，这些问题还需要做进一步的研究，因此，还有待于加强转基因技术体系和分子机理方面的研究。（3）转基因植物对人类及生态的安全性等问题。OECD（经济合作与发展组织）提出了安全性评估原则，并把这一项复杂精细的综合评估工作细化为实质等同原则、个案分析原则和逐步完善原则。我国在转基因技术安全性管理和监控方面也颁布了相关的法规。中国已经相继制定了一系列管理办法，包括《农业转基因生物安全评价管理办法》、《农业转基因生物标识管理办法》、《转基因食品卫生管理办法》等，这些政策和措施的制定，既保证消费者利益，又可以促进转基因工程的健康发展。

21世纪的中国农业必须实现传统农业向现代农业的转变，加强转基因作物研究及其产业化进程将是实现中国传统农业向现代农业转变的最重要手段之一。可以预料，随着国际上农业转基因技术的迅猛发展以及相关法律法规的逐步完善，我国棉花转基因育种将在农业生产上发挥越来越重要的作用。

参考文献

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［2］谢道昕.苏云金芽孢杆菌杀虫蛋白基因导入棉花获得转基因植株［J］.中国科学B辑，1991（4）：367－373.

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［5］吴家和，张献龙，罗晓丽，等.两个陆地棉体细胞胚胎发生新品系的选育［J］.棉花学报，2003，15（4）：254－256.

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［7］乐锦华，祝建波，崔百明，等．利用目的基因转化技术培育棉花抗病新品种［J］．石河子大学学报（自然科学版），21302，6（3）：173－178．

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［15］张震林，陈松，刘正銮，等.转蚕丝芯蛋白基因获得高强纤维棉花植株［J］.江西农业学报2004，16（1）：l5－19.（责编：陶学军）