轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)基因?qū)γ藁óa(chǎn)量及纖維品質(zhì)的影響

喬艷艷，夏侯維，楊兆光，崔金杰，雒珺瑜，李 捷

(1．江西省棉花研究所，江西九江332105;2．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，河南安陽(yáng)455044)

轉(zhuǎn)基因棉花自1996年商業(yè)化種植以來(lái)，種植面積逐年擴(kuò)大，至2010年全世界轉(zhuǎn)基因棉花的種植面積已達(dá)2 100萬(wàn)hm2［1］。目前，國(guó)內(nèi)外轉(zhuǎn)基因棉花的研發(fā)主要集中于抗蟲(chóng)、耐除草劑、抗病、纖維改良、抗旱和耐鹽堿等性狀［2－3］，但只有抗蟲(chóng)和耐除草劑棉花注冊(cè)應(yīng)用，纖維改良性狀的轉(zhuǎn)基因棉研究也取得重要進(jìn)展［1］。

棉花纖維的長(zhǎng)度、強(qiáng)度、馬克隆值等品質(zhì)是評(píng)價(jià)棉花品質(zhì)的重要指標(biāo)。提高棉纖維品質(zhì)尤其是纖維強(qiáng)度，是當(dāng)前棉花育種工作者的一個(gè)重點(diǎn)。傳統(tǒng)育種方法在改良棉纖維品質(zhì)方面起到了重要作用，但由于受育種周期長(zhǎng)、外源種質(zhì)利用困難、產(chǎn)量較低等因素的限制，用常規(guī)育種技術(shù)進(jìn)行纖維品質(zhì)改良進(jìn)展緩慢［4］。隨著分子技術(shù)的日益發(fā)達(dá)，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將外源基因?qū)朊藁ㄖ斜磉_(dá)，以提高棉花纖維品質(zhì)，是近年來(lái)棉花品質(zhì)育種的新途徑，并取得進(jìn)展。張海平等［5］為改良棉花纖維品質(zhì)，將由35S啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的木醋桿菌纖維素合酶基因acsA和acsB用子房注射法和花粉粒媒介法轉(zhuǎn)化棕色棉G007和白色棉X003，對(duì)轉(zhuǎn)基因當(dāng)代及后代的檢測(cè)結(jié)果表明:4個(gè)優(yōu)良單株的棕色棉纖維長(zhǎng)度、比強(qiáng)度、纖維素含量和衣分都顯著增加，而白色棉只有纖維比強(qiáng)度和纖維素含量顯著增加，纖維長(zhǎng)度和衣分無(wú)變化。張震林等［6］通過(guò)花粉管通道轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將E6啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的兔角蛋白基因?qū)敫弋a(chǎn)棉花品種“蘇棉16號(hào)”，從品質(zhì)分析結(jié)果看，有3個(gè)株系成熟棉纖維的品質(zhì)部分得到改良，尤其比強(qiáng)度有較大幅度提高，與轉(zhuǎn)基因受體相比平均提高6．3 cN/tex。筆者以中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供的轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)基因棉花為研究對(duì)象，以受體中24及當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)棉贛47系品種為對(duì)照，研究了所轉(zhuǎn)的基因?qū)γ藁óa(chǎn)量及纖維品質(zhì)等因素的影響，制定了轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)基因棉花目標(biāo)性狀安全評(píng)價(jià)技術(shù)，以期為該材料在江西地區(qū)種植應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 材料 轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)基因棉HN-4由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供;中24(CK1)由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所品種;贛47系(CK2)為江西省棉花研究所常規(guī)棉品種。

1．2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)在江西省棉花研究所科研基地，小區(qū)長(zhǎng)15 m，寬6 m，面積90 m2，3次重復(fù)，隨機(jī)排列，4月28日采用營(yíng)養(yǎng)缽育苗，5月20日移栽，種植密度為24 000株/hm2，單畦雙行種植，常規(guī)耕作管理。

1．3 調(diào)查方法 棉花生育期內(nèi)調(diào)查棉花單株蕾鈴數(shù)、脫落率等產(chǎn)量相關(guān)因素;10月下旬每小區(qū)收取百鈴花50朵，室內(nèi)考種;分小區(qū)收取霜前花和霜后花，稱取實(shí)際產(chǎn)量;扎取的皮棉由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所纖維檢測(cè)中心進(jìn)行纖維檢測(cè)。

1．4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 各項(xiàng)數(shù)據(jù)用新復(fù)極差法分析，比較研究材料及對(duì)照材料間的差異。

2 結(jié)果與分析

2．1 單株蕾鈴數(shù)及脫落率的變化 在棉花全生育期內(nèi)，轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)基因棉的大鈴、小鈴及蕾數(shù)與中24及贛47系差異變化不大，各因素增長(zhǎng)趨勢(shì)一致。轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)基因?qū)γ藁ǖ闹饕憩F(xiàn)在棉花生長(zhǎng)后期，9月17日調(diào)查結(jié)果，轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)基因棉大鈴數(shù)比中24高4．6個(gè)，比贛47系低4．3個(gè)，差異不顯著;該時(shí)期轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)基因棉的脫落率為63．7%，比中24高出0．5個(gè)百分點(diǎn)，差異不顯著，比贛47系高出8．9個(gè)百分點(diǎn)，差異顯著(表1)?？梢?jiàn)，優(yōu)質(zhì)基因的轉(zhuǎn)入使棉花的總果節(jié)數(shù)有所提高，盡管脫落率略高于受體，但棉花的成鈴數(shù)仍呈增加趨勢(shì)，鈴數(shù)是棉花產(chǎn)量的主要構(gòu)成因素，且與產(chǎn)量呈正相關(guān)，可見(jiàn)，鈴數(shù)增加有利于提高棉花材料的產(chǎn)量。

表1 不同調(diào)查時(shí)期各材料的蕾鈴數(shù)變化及差異比較

2．2 室內(nèi)考種情況 結(jié)果表明:轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)基因棉單鈴重、單鈴皮棉重、衣分等指標(biāo)均高于中24和贛47系，且差異極顯著;轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)基因棉籽指、衣指高于中24和贛47系，差異均不顯著?？梢?jiàn)，優(yōu)質(zhì)基因的轉(zhuǎn)入對(duì)棉花產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響較大，有利于提高棉花產(chǎn)量(表2)。

表2 室內(nèi)考種記錄及差異比較

2．3 纖維品質(zhì)情況 結(jié)果表明:優(yōu)質(zhì)棉HN-4的上半部平均長(zhǎng)度達(dá)到中長(zhǎng)絨(31．0～32．9 mm)標(biāo)準(zhǔn)，2個(gè)對(duì)照的上半部平均長(zhǎng)度達(dá)到中絨(28．0～30．9 mm)的標(biāo)準(zhǔn);按 GB1103．1-2012規(guī)定的分檔方法［7］統(tǒng)計(jì)，優(yōu)質(zhì)棉HN-4及2個(gè)對(duì)照的整齊度指數(shù)達(dá)到高檔次(83．0% ～85．9%)，各皮棉的纖維整齊度較好;優(yōu)質(zhì)棉HN-4及贛47系的馬克隆值處于最佳值A(chǔ)級(jí)區(qū)間(3．7～4．2)，受體對(duì)照中 24處于 B2級(jí)區(qū)間(4．3～4.9);優(yōu)質(zhì)棉HN-4和2個(gè)對(duì)照的斷裂比強(qiáng)度均屬?gòu)?qiáng)檔次(29．0～30．9 cN/tex);伸長(zhǎng)率相差不大(表 3)?？梢?jiàn)，轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)基因的轉(zhuǎn)入對(duì)棉花皮棉纖維的上半部平均長(zhǎng)度及馬克隆值有較好的改良作用，有利于改善皮棉的纖維品質(zhì)。

2．4 產(chǎn)量性狀分析 根據(jù)單株成鈴數(shù)(大鈴、小鈴折算)推算，轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)基因棉總成鈴數(shù)約為852 600個(gè)/hm2，高于中24，低于贛47系，差異不顯著;根據(jù)小區(qū)實(shí)收霜前花產(chǎn)量預(yù)測(cè)，轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)基因棉的霜前花籽棉產(chǎn)量為2 871．81 kg/hm2，高于2個(gè)對(duì)照，差異也不顯著(表4)。可見(jiàn)，轉(zhuǎn)入的優(yōu)質(zhì)基因有利于提高棉花的成鈴數(shù)，一定程度上提高棉花產(chǎn)量。

表3 纖維檢測(cè)結(jié)果

表4 總成鈴及籽棉產(chǎn)量比較

3 結(jié)論與討論

資料表明，纖維品質(zhì)性狀與皮棉產(chǎn)量常呈負(fù)相關(guān)，尤其是纖維強(qiáng)度與皮棉產(chǎn)量之間負(fù)相關(guān)程度高，這給同步改良纖維品質(zhì)和產(chǎn)量帶來(lái)很大障礙［8］。該研究表明，優(yōu)質(zhì)基因的轉(zhuǎn)入提高了棉花成鈴數(shù)，脫落率也有不顯著增加;室內(nèi)考種發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)入優(yōu)質(zhì)基因后，極顯著提高了棉花的單鈴籽棉、單鈴皮棉重和衣分，籽指、衣指及總成鈴數(shù)等產(chǎn)量因素也有不顯著提高，從而在一定程度上提高了棉花產(chǎn)量，且對(duì)皮棉纖維的上半部平均長(zhǎng)度及馬克隆值有較好的改良作用，有利于改善皮棉的纖維品質(zhì)。總的來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)優(yōu)質(zhì)基因棉的產(chǎn)量和纖維品質(zhì)都有所提高，且與江西省常規(guī)棉對(duì)照差異較小。因此，從產(chǎn)量及纖維品質(zhì)方面考慮，認(rèn)為優(yōu)質(zhì)基因棉適合在江西省推廣種植。

［1］劉晨曦，吳孔明．轉(zhuǎn)基因棉花的研發(fā)現(xiàn)狀與發(fā)展策略［J］．植物保護(hù)，2011，37(6):11 －17．

［2］COLLINGE D B，LUND OS，THORDAL-CHRISTENSEN H．What are the prospects for genetically engineered，disease resistant plants?［J］．European journal of plant pathology，2008，121:217 －231．

［3］HUALLG J，PRAY C，ROZELLE S．Enhancing the crops to feed the poor［J］．Nature，2002，418:678 －684．

［4］MEREDITH WR．Cotton yield progress-why has it reached plateau?［J］．Better Crops，2000，84:6 －9．

［5］張海平，王學(xué)德，邵明彥，等．外源纖維素合酶基因?qū)γ蘩w維品質(zhì)的改良作用［J］．棉花學(xué)報(bào)，2008，20(2):110 －115．

［6］張震林，劉正鑾，周寶良，等．轉(zhuǎn)兔角蛋白基因改良棉纖維品質(zhì)研究［J］．棉花學(xué)報(bào)，2004，16(2):72 －76．

［7］中國(guó)纖維檢驗(yàn)局．棉花第1部分:鋸齒加工細(xì)絨棉:GB1103．1－2012［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012．

［8］潘家駒．棉花育種學(xué)［M］．北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1998:176－210．