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棉花转基因育种研究现状与前景展望


Anhui Agri. Sci. Bull. 2010 , 16 ( 15 ) 安徽农学通报,

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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 )



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
2 转基因抗虫棉的累计推广面积已达 0. 21 亿 hm , 种 70 个,

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 利用生物技术来创新棉花种质资源和培育新品种是一 展, 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 转基因作物的大面积推广 面的相关法律法规的不断完善, 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 hm , 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。
2

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

3 - 葡聚糖酶基因和 径等基因工程技术将抗真菌的 β - 1 , 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]



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

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%

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]

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]

等将葡萄糖氧化酶基因( GO ) 转入棉花, 转

, 不仅造成经济的重大损失, 还造成了

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。

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]

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

, 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]

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 抗草甘膦棉花的种植面积比例一直稳定在 到 2005 年,
10 ] 60% 的水平 [ 。我国对抗草甘膦棉花方面的研究相对薄

, 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

弱, 仅有少量报道。祝水金等

[ 11 ]

以珂字棉 312 为材料, 采

结合体细胞诱变技术, 然后 用体细胞连续定向筛选技术, 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
收稿日期: 2010 - 06 - 22

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。

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Anhui Agri. Sci. Bull. 2010 , 16 ( 15 ) 安徽农学通报,

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 ]

也颁布了相关的法规。 中国已经相继制定了一系列管理 《农业转基因生物安全评价管理办法》 、 《农业 办法, 包括 》 、 《转基因食品卫生管理办法 》 转基因生物标识管理办法 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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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 这 3 个株系成熟棉 的转兔角蛋白基因棉株。经品质分析, 尤其比强度有较大幅度提高, 纤维的品质部分得到改良, 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

“泗棉 3 号” , 种 共注射 600 朵花, 收获 497 粒种子。 对阳 获得 l 株转蚕丝芯蛋白基因棉株。 性植株通过 PCR 检测, 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 调节棉纤维的发育进程, 如纤维伸长的 用基因工程技术, 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 这些问题还需要做进一步的研究, 因此, 还有待于加强 变, 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

( 责编: 陶学军)


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