新疆海島棉轉(zhuǎn)基因育種的研究進展

蘇豫梅

摘 要 通過綜述國內(nèi)不同轉(zhuǎn)基因技術(shù)及方法在海島棉育種上的應(yīng)用，指出農(nóng)桿菌介導(dǎo)法、回交轉(zhuǎn)育法是獲得轉(zhuǎn)基因新材料的最有效方法。同時，提出各類因素對海島棉遺傳轉(zhuǎn)化的影響，并指出國內(nèi)仍未建立起海島棉高效遺傳轉(zhuǎn)化體系，轉(zhuǎn)化基因較為單一等問題。

關(guān)鍵詞 新疆；海島棉；轉(zhuǎn)基因；育種

中圖分類號：S562 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）24--02

如今，轉(zhuǎn)基因技術(shù)已經(jīng)成為了現(xiàn)代生物技術(shù)改良的重要手段之一。世界上第一例轉(zhuǎn)基因植物誕生于1983年，正是這第一例轉(zhuǎn)基因植物的應(yīng)用拉開了轉(zhuǎn)基因改良作物的序幕，進而轉(zhuǎn)基因技術(shù)迅速在各個生物領(lǐng)域所使用。在棉花領(lǐng)域，自1987年美國Agracetus公司通過基因工程手段首次獲得了轉(zhuǎn)Bt基因的抗蟲棉株以來，國內(nèi)外紛紛的培育出了多種抗蟲、抗除草劑等新型性狀的轉(zhuǎn)基因棉花，這些準基因棉花不僅培育出了適應(yīng)性較強的新品種，同時也為世界的棉花生產(chǎn)起到了一定的推動作用[1]。

海島棉纖維具有長、粗、強等特點，是我國國內(nèi)棉花的主要培育品種之一，主要種植區(qū)域為新疆。2003年以來，隨著陸地棉花轉(zhuǎn)基因技術(shù)的不斷發(fā)展和完善過程，國內(nèi)外迅速的將轉(zhuǎn)基因技術(shù)嘗試運用到海島棉的育種方面，因此，主要對轉(zhuǎn)基因技術(shù)在海島棉應(yīng)用的方法和途徑進行梳理，并對實際的應(yīng)用和研究進展進行了綜述，為進一步的改良和培育新型的海島棉品種給予相應(yīng)的指導(dǎo)和建議。

1 海島棉轉(zhuǎn)基因育種常用技術(shù)

1.1 農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法

農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法是一種天然的植物遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)，是目前轉(zhuǎn)基因工程領(lǐng)域最為常見的一種方法，在所有成功轉(zhuǎn)化的實例中，有75%是通過此種方式實現(xiàn)。因此，這種轉(zhuǎn)化方式與其他的轉(zhuǎn)基因方法相比較，具有十分高的轉(zhuǎn)化效率。目前，其轉(zhuǎn)化機理十分的清楚，且有研究表明通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法能夠縮短轉(zhuǎn)化周期，使遺傳較為穩(wěn)定。

1994年，我國新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核生物技術(shù)研究所和塔里木農(nóng)墾大學(xué)分別對海島棉進行了性狀變異的研究，摸清了海島棉胚性愈傷誘導(dǎo)的條件。同時，獲得了6個海島棉品種胚性愈傷組織和轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA后的轉(zhuǎn)基因后代，并且在棉花莖尖多芽發(fā)生方面取得了一定進展，建立了一種多芽發(fā)生再生體系，篩選出了誘導(dǎo)芽生根的培養(yǎng)基，解決了海島棉組織培養(yǎng)誘導(dǎo)過程中出現(xiàn)的外植體褐化問題，這種優(yōu)化極大的提高了海島棉的轉(zhuǎn)化率效率，并進一步通過體細胞胚胎發(fā)生途徑獲得了海島棉再生植株，之后研究者以新海30號和新海16號的胚性愈傷組織作為轉(zhuǎn)化受體，通過1代PCR及2代RT-PCR檢測證實Bt基因已經(jīng)整合到了海島棉基因組中，獲得了轉(zhuǎn)基因的海島棉植株。

1.2 回交轉(zhuǎn)育法

回交轉(zhuǎn)育法實指通過輪回的親本自交，能夠保持親本的優(yōu)良性狀，進而添加非輪回親本的目標性狀，是目前改良培育新品種的一種常規(guī)方法。人們利用配合力好、表達量高的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉與海島棉進行雜交，然后再利用海島棉品種之間進行回交，然后對其后代進行鑒定和強化篩選，最終獲得穩(wěn)定且表達量高的抗蟲、抗除草劑的海島棉植株。

1.3 花粉通道法

花粉通道法是通過植物自身的種質(zhì)細胞或者受精卵轉(zhuǎn)化對象的一種常用技術(shù)，這種方式能夠直接的獲得轉(zhuǎn)基因的棉花種子，并且轉(zhuǎn)基因過程相對簡單，既省工又省時，不需要復(fù)雜的棉花組織培養(yǎng)或者是誘導(dǎo)再生棉株的過程，并且這種方式能夠?qū)λ械拿藁ㄊ荏w材料進行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化速度也較快，然而這項技術(shù)受天氣環(huán)境的影響十分的大，其子一代的轉(zhuǎn)化率不高，在海島棉第一代的轉(zhuǎn)化率僅為0.3%左右。

1.4 基因槍法

基因槍法又稱微彈轟擊法，這種方法是借助高速的金屬微粒將外部的基因?qū)氲交铙w細胞之中，原理是將要導(dǎo)入的DNA包裹于微小的金屬顆粒表面，然后通過高壓的作用，使微小顆?？焖俚倪M入到受體的組織以及細胞之中，最終整合到受體的染色體之中，進而實現(xiàn)遺傳特性的表達，實現(xiàn)基因轉(zhuǎn)化的過程。由于這種技術(shù)不會受到導(dǎo)入基因種類的限制和受體器官的限制，所以，現(xiàn)階段應(yīng)用其進行轉(zhuǎn)基因過程是比較普遍的，但是這種技術(shù)也有其本身的弊端，如成本較高，整合效率低，是所有外援基因?qū)爰夹g(shù)中性價比相對較低的方法。

2 海島棉轉(zhuǎn)基因育種存在的問題

2.1 轉(zhuǎn)基因技術(shù)與常規(guī)育種結(jié)合不緊密

生物技術(shù)與常規(guī)育種技術(shù)的結(jié)合是今后海島棉育種

（下轉(zhuǎn)第頁）

（上接第頁）

的一大發(fā)展方向，采用常規(guī)的育種技術(shù)能夠彌補轉(zhuǎn)基因海島棉的某些性狀的缺陷。因此，在確保轉(zhuǎn)基因目標性狀的同時，應(yīng)進一步的改善農(nóng)藝手段，確保棉花的產(chǎn)量和質(zhì)量，前兩方面不能緊密結(jié)合，造成產(chǎn)量、抗性、品質(zhì)等性狀很難兼顧，轉(zhuǎn)基因棉花品種與生產(chǎn)需求仍有較大的距離。

2.2 缺少明顯的功能基因

現(xiàn)階段，新疆各個大學(xué)以及相關(guān)的研究機構(gòu)已經(jīng)逐步的開展了基因組學(xué)、蛋白質(zhì)學(xué)等基礎(chǔ)性的研究，取得了一定的研究成績，但是由于對功能性基因研發(fā)相對較少，導(dǎo)致基因的研究方法手段明顯的缺乏創(chuàng)新性，由此進展十分的緩慢[2]。

2.3 棉花遺傳轉(zhuǎn)化難以突破

棉花的基因型對離體培養(yǎng)起決定性作用，不同基因型的植株再生能力有很大差別。由于品種基因型的限制，高效遺傳轉(zhuǎn)化體系始終是棉花基因工程的瓶頸，同樣在新疆海島棉轉(zhuǎn)基因培育過程中，也受到該難題的困擾?，F(xiàn)階段，新疆海島棉的轉(zhuǎn)基因育種主要是通過花粉管通道法來實現(xiàn)的，有些科研單位也通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法以及基因槍法進行遺傳轉(zhuǎn)化，然而，這些方法雖然能夠解決不收外援基因種類的限制，操作也十分簡單，但是其后期對性狀的篩選以及鑒定過程需要較大的工作量，因此也成了制約轉(zhuǎn)化體系的一大難題。

3 結(jié)論與建議

總體來看，我國對于新疆海島棉轉(zhuǎn)基因育種的研究還主要集中于初期的培育技術(shù)上，沒能有效外源基因進行進一步的開發(fā)和利用，還未建立起高效成熟的海島棉遺傳轉(zhuǎn)化體系。新疆是我國重要的棉花生產(chǎn)基地，在我國的棉業(yè)中占據(jù)著重要的地位。因此，快速和發(fā)展新疆海島棉轉(zhuǎn)基因棉花育種具有十分重要的意義。要想實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)基因育種的快速發(fā)展，首先，應(yīng)當(dāng)加快其特殊生物資源基因的開發(fā)和利用過程；其次，要建立實現(xiàn)外源基因遺傳轉(zhuǎn)化體系，實現(xiàn)其對新品種的培育能力，促進新疆棉業(yè)的進一步發(fā)展。

參考文獻

[1]黃樂平，馬盾，李建平，等.新疆轉(zhuǎn)基因棉花育種方法初探[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003（3）.

[2倪萬潮，郭三堆，賈士榮.花粉管通道法介導(dǎo)的棉花遺傳轉(zhuǎn)化[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2000（2）.

（責(zé)任編輯：趙中正）