西南大学转基因高产优质棉花研究取得重要进展

2011-4-25 09:15 来源: 科学时报
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  中国是世界上最大的纺织品生产国和消费国,棉花也成为我国最重要的经济作物之一,在国民经济中具有十分重要的地位。

  目前国产原棉在数量和质量上,已经不能满足市场需要,进口原棉数量不断增加,尤其是适纺高档棉纱的优质原棉,几乎全部依赖进口。同时,由于人口众多,耕地资源十分有限,粮食生产压力很大。国情不允许我们采用单纯扩大栽种面积来增加产量,只有通过育种和栽培手段,提高棉花的单位面积产量,同时改善绵纤维品质才能解决问题。

  由于受种质资源和常规育种技术的限制,棉花品种的产量潜力已开始进入平台期,要实现棉花产量与纤维的同步提高,难度更大。常规育种技术已经难以满足我国对棉花产量和质量快速增长的要求。

  在国家自然科学基金重点项目“利用激素合成与传导基因改良棉花的纤维品质与产量”的资助下,西南大学生物技术研究中心裴炎课题组开展了棉花纤维发育的分子机理及基因工程改良的研究。

  该课题组研究发现,生长素在开花当天的纤维起始细胞中有高浓度积累,而IAA运输抑制剂处理棉花以及无纤维突变体的胚珠表皮细胞中没有这种高浓度积累,这表明高浓度的生长素累积是纤维细胞起始所必需的。

  据此,课题组提出通过定向控制植物激素相关基因的表达,在棉花纤维细胞起始期适度增加棉花胚珠表皮细胞中的IAA浓度,促进纤维细胞起始,进而提高纤维产量的策略。针对这一策略,经过多年坚持不懈的努力,筛选出了适宜的启动子,在上千个转基因棉花株系中获得了纤维产量大幅度提高、同时纤维的细度也得到显著改进的新材料,在棉花高产优质育种上取得了重大突破。

  Bt抗虫基因以及抗除草剂基因在转基因作物中得到广泛应用,并成为生物技术育种成功应用的范例。但迄今为止,转基因技术在提高作物产量上成功的事例极少,更无产量与品质同时得到显著改进的报道。这一成果是利用转基因技术实现产量与品质同步改良的首例成功报道。

  该技术不仅可以大幅度提高棉花的纤维产量,同时也使纤维的细度得到显著改进。而常规育种高产选育的结果往往导致纤维增粗。而粗纤维在纺纱中会使断头增加,产品质量下降,因此很难做到产量和品质的同步提高。据美国农部专家估计,棉花纤维的马克隆值(衡量纤维细度的指标,高于5.0为粗纤维)每降低0.1,可使美国棉农增加0.34亿美元的收入。该技术可使马克隆值高于5.0的棉花降低0.5~0.7,效果十分显著。同时,高细度纤维是生产高档纺织品所必需的原料,可大幅度提高纺织品的附加值。因此,该技术除了产量提高所产生的直接经济效益外,纤维细度改进带来的效益也是十分可观的。将这一技术应用于棉花育种,将产生巨大的经济效益。

  该研究所获得的转基因棉花材料已经顺利完成转基因生物中间试验,并获准进入环境释放。高产优质新材料已经发放给国内多家育种单位;由于转基因棉花已经为公众接受,该成果将在短期内实现产业化。该成果是从基础理论研究到田间应用的有机结合,是理论研究与生产实践紧密结合的结果。

  该技术已经申请了中国专利和国际专利保护,具有完全的自主知识产权。