轉優質基因對棉花產量及纖維品質的影響

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．中國農業科學院棉花研究所，河南安陽455044)

轉基因棉花自1996年商業化種植以來，種植面積逐年擴大，至2010年全世界轉基因棉花的種植面積已達2 100萬hm2［1］。目前，國內外轉基因棉花的研發主要集中于抗蟲、耐除草劑、抗病、纖維改良、抗旱和耐鹽堿等性狀［2－3］，但只有抗蟲和耐除草劑棉花注冊應用，纖維改良性狀的轉基因棉研究也取得重要進展［1］。

棉花纖維的長度、強度、馬克隆值等品質是評價棉花品質的重要指標。提高棉纖維品質尤其是纖維強度，是當前棉花育種工作者的一個重點。傳統育種方法在改良棉纖維品質方面起到了重要作用，但由于受育種周期長、外源種質利用困難、產量較低等因素的限制，用常規育種技術進行纖維品質改良進展緩慢［4］。隨著分子技術的日益發達，利用轉基因技術，將外源基因導入棉花中表達，以提高棉花纖維品質，是近年來棉花品質育種的新途徑，并取得進展。張海平等［5］為改良棉花纖維品質，將由35S啟動子驅動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化棕色棉G007和白色棉X003，對轉基因當代及后代的檢測結果表明:4個優良單株的棕色棉纖維長度、比強度、纖維素含量和衣分都顯著增加，而白色棉只有纖維比強度和纖維素含量顯著增加，纖維長度和衣分無變化。張震林等［6］通過花粉管通道轉基因技術，將E6啟動子驅動的兔角蛋白基因導入高產棉花品種“蘇棉16號”，從品質分析結果看，有3個株系成熟棉纖維的品質部分得到改良，尤其比強度有較大幅度提高，與轉基因受體相比平均提高6．3 cN/tex。筆者以中國農業科學院棉花研究所提供的轉優質基因棉花為研究對象，以受體中24及當地常規棉贛47系品種為對照，研究了所轉的基因對棉花產量及纖維品質等因素的影響，制定了轉優質基因棉花目標性狀安全評價技術，以期為該材料在江西地區種植應用提供理論依據。

1 材料與方法

1．1 材料 轉優質基因棉HN-4由中國農業科學院棉花研究所提供;中24(CK1)由中國農業科學院棉花研究所品種;贛47系(CK2)為江西省棉花研究所常規棉品種。

1．2 試驗設計 試驗設在江西省棉花研究所科研基地，小區長15 m，寬6 m，面積90 m2，3次重復，隨機排列，4月28日采用營養缽育苗，5月20日移栽，種植密度為24 000株/hm2，單畦雙行種植，常規耕作管理。

1．3 調查方法 棉花生育期內調查棉花單株蕾鈴數、脫落率等產量相關因素;10月下旬每小區收取百鈴花50朵，室內考種;分小區收取霜前花和霜后花，稱取實際產量;扎取的皮棉由中國農業科學院棉花研究所纖維檢測中心進行纖維檢測。

1．4 數據統計 各項數據用新復極差法分析，比較研究材料及對照材料間的差異。

2 結果與分析

2．1 單株蕾鈴數及脫落率的變化 在棉花全生育期內，轉優質基因棉的大鈴、小鈴及蕾數與中24及贛47系差異變化不大，各因素增長趨勢一致。轉優質基因對棉花的主要表現在棉花生長后期，9月17日調查結果，轉優質基因棉大鈴數比中24高4．6個，比贛47系低4．3個，差異不顯著;該時期轉優質基因棉的脫落率為63．7%，比中24高出0．5個百分點，差異不顯著，比贛47系高出8．9個百分點，差異顯著(表1)。可見，優質基因的轉入使棉花的總果節數有所提高，盡管脫落率略高于受體，但棉花的成鈴數仍呈增加趨勢，鈴數是棉花產量的主要構成因素，且與產量呈正相關，可見，鈴數增加有利于提高棉花材料的產量。

表1 不同調查時期各材料的蕾鈴數變化及差異比較

2．2 室內考種情況 結果表明:轉優質基因棉單鈴重、單鈴皮棉重、衣分等指標均高于中24和贛47系，且差異極顯著;轉優質基因棉籽指、衣指高于中24和贛47系，差異均不顯著。可見，優質基因的轉入對棉花產量構成因素的影響較大，有利于提高棉花產量(表2)。

表2 室內考種記錄及差異比較

2．3 纖維品質情況 結果表明:優質棉HN-4的上半部平均長度達到中長絨(31．0～32．9 mm)標準，2個對照的上半部平均長度達到中絨(28．0～30．9 mm)的標準;按 GB1103．1-2012規定的分檔方法［7］統計，優質棉HN-4及2個對照的整齊度指數達到高檔次(83．0% ～85．9%)，各皮棉的纖維整齊度較好;優質棉HN-4及贛47系的馬克隆值處于最佳值A級區間(3．7～4．2)，受體對照中 24處于 B2級區間(4．3～4.9);優質棉HN-4和2個對照的斷裂比強度均屬強檔次(29．0～30．9 cN/tex);伸長率相差不大(表 3)。可見，轉優質基因的轉入對棉花皮棉纖維的上半部平均長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。

2．4 產量性狀分析 根據單株成鈴數(大鈴、小鈴折算)推算，轉優質基因棉總成鈴數約為852 600個/hm2，高于中24，低于贛47系，差異不顯著;根據小區實收霜前花產量預測，轉優質基因棉的霜前花籽棉產量為2 871．81 kg/hm2，高于2個對照，差異也不顯著(表4)。可見，轉入的優質基因有利于提高棉花的成鈴數，一定程度上提高棉花產量。

表3 纖維檢測結果

表4 總成鈴及籽棉產量比較

3 結論與討論

資料表明，纖維品質性狀與皮棉產量常呈負相關，尤其是纖維強度與皮棉產量之間負相關程度高，這給同步改良纖維品質和產量帶來很大障礙［8］。該研究表明，優質基因的轉入提高了棉花成鈴數，脫落率也有不顯著增加;室內考種發現轉入優質基因后，極顯著提高了棉花的單鈴籽棉、單鈴皮棉重和衣分，籽指、衣指及總成鈴數等產量因素也有不顯著提高，從而在一定程度上提高了棉花產量，且對皮棉纖維的上半部平均長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。總的來說，轉優質基因棉的產量和纖維品質都有所提高，且與江西省常規棉對照差異較小。因此，從產量及纖維品質方面考慮，認為優質基因棉適合在江西省推廣種植。

［1］劉晨曦，吳孔明．轉基因棉花的研發現狀與發展策略［J］．植物保護，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，王學德，邵明彥，等．外源纖維素合酶基因對棉纖維品質的改良作用［J］．棉花學報，2008，20(2):110 －115．

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

［7］中國纖維檢驗局．棉花第1部分:鋸齒加工細絨棉:GB1103．1－2012［S］．北京:中國標準出版社，2012．

［8］潘家駒．棉花育種學［M］．北京:中國農業出版社，1998:176－210．