改良棉花纖維品質研究

丁志輝

我國棉花品質改良進入瓶頸期，雖然目標仍是在保持其他品質指標的同時，重點提高纖維強度，但由于缺乏優異種質系、親本材料和創新技術，主要品質指標改觀并不明顯。因此，利用常規育種與生物技術相結合的方法培育優質棉花是我國棉花育種的當務之急。

（1）纖維伸長相關基因及轉基因研究。 提高高產棉花品種的纖維長度一直是棉花育種專家努力的目標，而利用從棉花纖維伸長機理研究所獲得的一些與纖維伸長直接相關基因是轉基因改良棉花纖維品質的重要目的基因。在逆境條件下，纖維品質結果表明轉基因株系纖維平均長度比非轉基因株系增加 7% 左右。Wang 等將肌動蛋白結合蛋白基因轉入棉花MY 中，纖維長度分析表明，轉基因株系 156、176纖維長度比非轉基因株系低 14.5% 左右。組成細胞骨架的基本結構蛋白普遍是多基因家族基因編碼，并且同一家族不同基因表達在棉纖維發育各個時期表達有明顯差異。此外，細胞骨架在棉纖維發育中如何調控纖維伸長及組成細胞壁纖維素纖維絲的沉積，其具體作用機理目前還不清楚。

（2）影響棉纖維糖類物質代謝改良纖維品質。成熟棉纖維的主要組成部分是纖維素，纖維素是葡萄糖分子通過糖苷鍵連接而形成的子化合物。目前普遍認為，在棉纖維細胞中，纖維素以尿苷二磷酸葡萄糖為底物由纖維素合酶催化合成。纖維素的合成涉及細胞中多種酶及其產物的相互作用。棉花蔗糖合酶是棉纖維合成的重要功能酶，此酶催化蔗糖分解為果糖和尿苷二磷酸葡萄糖原酶基因并將棉花內固醇，結果表明轉基因植株株系纖維長度比非轉基因株系低 5% 左右。目前利用植物激素合成基因及其信號途徑相關基因為目的基因得到的轉基因棉的纖維長度明顯強于非轉基因棉。但是，由于受到目的基因、受體、啟動子等客觀因素的影響所得的棉花株系改良效果不盡相同。

（3）利用棉纖維中細胞骨架結構蛋白及其調節因子改良纖維品質。細胞骨架是廣泛存在于真核細胞中的纖維狀結構，對于維持細胞形狀、物質運輸、細胞的伸長等具有重要影響。高等植物細胞骨架結構除了組成細胞骨架的基本蛋白成分外，一些細胞骨架結合蛋白對于維持細胞骨架結構及其正常生理功能的發揮具有重要作用。在棉花中，已發現多種細胞骨架結合蛋白。肌動蛋白結合蛋白通過調控微絲的結構在微管結合影響纖維素微纖維，此激酶也可以介導微絲和微觀之間的相互作用。此外，肌動蛋白解聚因子也是一種重要的微絲調節蛋白。

（4）其他相關基因用于改良纖維品質。不同發育階段所特異性表達的基因種類及數量有著巨大的差異，其中一些基因在整個棉纖維發育過程都持續表達。整個棉纖維發育過程所涉及的任何一種基因都能夠作為棉花基因工程潛在的目的基因，并且棉花植株的一些非纖維組織特異性表達的基因對棉花纖維品質可能有潛在的影響，這些基因同樣也可作為棉花基因工程潛在的目的基因。

植物基因工程作為近些年發展起來并逐漸走向成熟的一項新技術，在發展過程中存在一些問題。棉花纖維發育涉及多種代謝相互作用，細胞中的許多代謝產物對纖維的發育及纖維品質有重要的影響，并且棉纖維的發育是多基因共同表達及相互作用的結果。但是，目前棉花基因工程所選擇的目的基因大多是直接影響與纖維素合成或纖維伸長基因。此外，啟動子對目的基因的表達和轉基因棉花纖維品質有非常重要的影響。目前基因工程研究所用的轉化方法的轉化效率普遍偏低。這些依然是基因工程改良棉花纖維品質需要持續研究并解決的問題。

（作者單位：新疆昌吉州纖維檢驗所）