轉(zhuǎn)基因棉花抗黃萎病研究進(jìn)展

李周博，郭楠楠，古麗罕·如則，努爾比葉·吐爾洪，顧愛星

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，農(nóng)林有害生物監(jiān)測與安全防控重點(diǎn)實驗室，烏魯木齊 830052

黃萎病是一種對棉花危害極大的土傳病害，對世界棉花生產(chǎn)的影響很大。由于其特殊的致病機(jī)理，且多個生長時期都能侵染，至今還尚未研制出有效的防治方法，只能采用一些常規(guī)的防治手段進(jìn)行效果有限的控制。轉(zhuǎn)基因技術(shù)的出現(xiàn)使得棉花黃萎病的防治出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折點(diǎn)，利用基因工程技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因抗病棉花品種已經(jīng)刻不容緩。

1 棉花黃萎病

棉花作為重要的經(jīng)濟(jì)作物，在人類的紡織業(yè)中占有重要位置，人類使用的纖維大約有50%來自棉花纖維[1]。棉花在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一直占有重要地位，目前，新疆棉區(qū)已超越了黃河流域棉區(qū)，成為我國最大的棉花種植區(qū)，但由于病害造成的棉花減產(chǎn)問題較為突出，其中以黃萎病造成的損失最大，由于棉花黃萎病特殊的致病機(jī)理，一直都未能研制出有效的防治措施，只能利用一些常規(guī)的病害防治手段進(jìn)行預(yù)防或減輕棉花黃萎病的發(fā)生。

棉花黃萎病1935 年從美國傳進(jìn)了中國，隨后很快就在全國傳播開來，對我國的棉花產(chǎn)業(yè)造成了巨大生物危害[2]。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，目前中國已有50%的棉花發(fā)生了黃萎病，對我國棉花經(jīng)濟(jì)造成了巨大的損失，現(xiàn)在棉花黃萎病已經(jīng)成為了制約我國棉花生產(chǎn)的主要障礙[3]。雖然目前人們已經(jīng)研制出了很多種防治黃萎病的方法，但絕大多數(shù)的方法只能進(jìn)行有限的控制，而不能很好的進(jìn)行防治。例如在黃萎病爆發(fā)的棉區(qū)，采用高粱輪作雖然可以延緩黃萎病病菌的積累，但其防治效果不是很好[4]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們開始將植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)用在棉花黃萎病的防治上，通過基因工程的方法培育棉花抗黃萎病品種將成為今后研究的主要方向。

2 致病機(jī)理

棉花黃萎病的致病菌主要是大麗輪枝菌(Verticillium dahliae Kleb.) 和黑白輪枝菌(Verticilliumalbo-atrum Reinke & Berth.)[5]。其中大麗輪枝菌在土壤中通過根尖部分侵入棉花體內(nèi)，從而危害棉花的維管束，導(dǎo)致棉花發(fā)病。發(fā)病時，棉花葉片先會失綠變黃，到后期結(jié)鈴時桃鈴會脫落，嚴(yán)重時會導(dǎo)致棉花枯萎死亡。關(guān)于棉花黃萎病病菌的致病機(jī)制，目前主要有導(dǎo)管阻塞說和蛋白毒性說兩種觀點(diǎn)[6]。

3 棉花抗黃萎病基因研究進(jìn)展

植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)就是一種將特定的基因?qū)胨拗髦参?，并使其能在植物中正常表達(dá)，獲得滿足人類需求的植物品種的技術(shù)。如今，已經(jīng)有農(nóng)桿菌介導(dǎo)法、基因槍法、花粉管通道法等一系列植物轉(zhuǎn)基因方法[7]。目前應(yīng)用的基因主要有幾丁質(zhì)酶、P-1,3-葡聚糖酵素植物防衛(wèi)素、硫素及葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase, GO)等外源抗病基因，并得轉(zhuǎn)基因抗病棉花株系[8]。隨著植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的不斷成熟，人們開始將植物轉(zhuǎn)基因這種方法運(yùn)用在棉花黃萎病的防治上，在轉(zhuǎn)基因棉花上用的最多的方法主要是農(nóng)桿菌介導(dǎo)法。

農(nóng)桿菌介導(dǎo)法是將特定的基因轉(zhuǎn)入根癌農(nóng)桿菌中，然后用根癌農(nóng)桿作為介導(dǎo)侵染受體植株，最后將特定的基因轉(zhuǎn)入到受體植物細(xì)胞基因組中，從而獲得滿足人們需求的轉(zhuǎn)基因植株[9]。在使用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法時有很多的注意事項，首先在獲取受植體植株的過程中一定要規(guī)范操作，嚴(yán)格遵循無菌操作，環(huán)境和工具消毒也一定要徹底。其次在將農(nóng)桿菌中的特定基因轉(zhuǎn)化到受植體的過程中，植物激素和抗生素的用量一定要嚴(yán)格把控，同時農(nóng)桿菌菌液的OD 值和侵染的時間這些條件也都是至關(guān)重要的，一定要控制好溫濕度和光照時間。如其中有某項不達(dá)標(biāo)很容易引起雜菌污染，從而導(dǎo)致失敗。我國目前利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法培育出來的抗黃萎病棉花品種，例如吳家和等把幾丁質(zhì)酶基因經(jīng)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)入陸地棉品冀321 和中棉所35 基因組，獲得了轉(zhuǎn)基因棉花，經(jīng)過檢測，7 個轉(zhuǎn)化株均表現(xiàn)出不同程度的抗黃萎病或耐黃萎病特性[10]。農(nóng)桿菌介導(dǎo)法是一種很好的轉(zhuǎn)基因方法，不過時間周期相對較長。通過科研工作者們的種種研究成果表明了轉(zhuǎn)基因抗病棉花有望徹底防治黃萎病。通過科研工作者們的種種研究成果表明了轉(zhuǎn)基因抗病棉花有望徹底防治黃萎病。

經(jīng)過數(shù)十年的努力，我國棉花黃萎病育種和轉(zhuǎn)基因抗病棉均取得了初步的進(jìn)展。但是，由于缺乏優(yōu)異的棉花抗原、遺傳基礎(chǔ)及抗性機(jī)制不清、抗病基因常與一些不良農(nóng)藝性狀連鎖等原因，棉花黃萎病抗病育種進(jìn)展緩慢，育成的多數(shù)品種的抗病性較差。目前為止國內(nèi)尚未能研制出高抗的品種。同時，由于病原菌變異頻繁，一些耐病品種投入生產(chǎn)后抗性喪失快。隨著棉花黃萎病的不斷蔓延和危害程度的加劇，我國棉花產(chǎn)業(yè)受到了非常大的影響。但是隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的轉(zhuǎn)基因抗黃萎病的棉花品種被研制出來。相信在不久的將來科研工作者們一定能使用轉(zhuǎn)基因技術(shù)研制出高抗、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的棉花品種。