1.2抗旱耐鹽堿轉基因棉花

中國水資源的短缺，土壤鹽漬化和頻繁的極端天氣嚴重影響作物的生產(chǎn)，此外，在有限耕地的前提條件下，糧棉征地的矛盾日益凸顯，通過研究抗逆基因提高棉花的抗逆能力，將有效地提高土地利用率，拓展可利用土地資源。近年來，中國在抗旱耐鹽堿基因的研究方面取得了一些重要進展。

1.2.1抗旱轉基因棉花

水資源的日益缺乏，全球溫室效應的不斷加劇，對棉花生產(chǎn)帶來了極大挑戰(zhàn)，因此，抗旱基因的相關研究對于提高棉花產(chǎn)量和加強鹽堿地及干旱地的開發(fā)利用具有極其重要的意義。呂素蓮將來自大腸桿菌的編碼膽堿脫氫酶(CDH)基因betA導入棉花，發(fā)現(xiàn)該基因能夠顯著提高轉基因棉花的抗旱和耐鹽性，通過棉花苗期和蕾期的滲透(干旱)及鹽脅迫試驗發(fā)現(xiàn)來自于鹽芥的TsVP可以提高轉基因棉花的抗?jié)B透(干旱)和鹽能力，該工作一方面為培育抗旱、耐鹽棉花新品種創(chuàng)造了優(yōu)異材料，為中國棉花生產(chǎn)和大面積的鹽堿地開發(fā)利用作出了力所能及的貢獻；另一方面為深入了解棉花抗旱、耐鹽的分子機制提供了重要資料，開辟了新的途徑。

曹燕燕等通過對rolB的功能研究，發(fā)現(xiàn)該基因不僅使轉基因棉的莖粗明顯提高，而且還使其生根能力明顯增強，根/冠比顯著大于對照，表現(xiàn)為根系更為強大，抗旱性更強。王娟對轉ZmPIS棉花植株在苗期、蕾期和開花期的干旱脅迫研究表明轉基因棉花的一些株系具有較強的滲透調節(jié)能力，其抗旱能力顯著提高，轉基因棉花植株具有較強的滲透調節(jié)能力，此外，王娟通過雜交，將來自大腸桿菌的編碼膽堿脫氫酶(CDH)基因betA和來自于鹽芥的TsVP聚合在一起，結果表明，轉基因聚合植株與轉單基因植株相比具有較高的耐旱性。吳偉在前人研究的基礎上，對聚合ZmPLC1和betA的轉基因聚合棉花進行耐旱性研究，結果表明，與野生型對照和轉單基因對照株系相比，轉基因聚合株系具有更高的干旱耐性，而且相比于野生型對照株系和轉單基因對照株系，轉基因聚合株系具有更高的籽棉和皮棉產(chǎn)量，這表明通過基因聚合手段提高植物抗逆性是可行的。楊云堯將MvP5CS和MvNHX1整合到棉花中，通過研究發(fā)現(xiàn)轉基因株系能夠提高棉花的抗旱能力。蔡永智在轉基因棉花中對來源于葛蘭菜的CBF1和來源于大腸桿菌的KatG進行功能研究，發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫下，轉CBF1和KatG棉花在光合作用、葉綠素熒光參數(shù)、生理生化以及農(nóng)藝性狀方面均表現(xiàn)出優(yōu)良的生長和生理優(yōu)勢。說明這兩個基因能通過提高抗逆能力來提高轉基因棉花的產(chǎn)量。錢進等通過分析轉MvNHX1的10個T5棉花株系在干旱脅迫后的生理指標和農(nóng)藝性狀，發(fā)現(xiàn)經(jīng)干旱脅迫后轉基因植株光合作用更強，根系更發(fā)達，吸收水的能力更強，農(nóng)藝性狀方面，轉基因株系的有效鈴數(shù)、有效果枝數(shù)、單鈴重、皮棉、子棉和衣分等指標明顯高于對照，這些株系可以作為后續(xù)遺傳育種材料。

1.2.2耐鹽堿轉基因棉花

棉花是公認的耐鹽、抗旱作物，克隆優(yōu)良耐鹽堿基因，導入棉花選育耐鹽棉花品種，提高棉花對鹽漬環(huán)境的適應能力，利用圍墾改造的灘涂地，種植轉基因耐鹽堿棉花，是減輕土壤鹽漬化危害以及開發(fā)利用沿海灘涂等鹽漬化土地資源的重要途徑之一，是緩解糧棉爭地矛盾的重要策略。張慧軍等將克隆自山菠菜的AhCMO導入泗棉3號棉花，鹽脅迫試驗結果表明，轉AhCMO的棉花耐鹽性顯著優(yōu)于對照組棉株，說明AhCMO提高了轉基因棉花對鹽脅迫的耐受性。大腸桿菌的betA編碼的膽堿脫氫酶兼具有膽堿單氧化物酶和甜菜堿醛脫氫酶的功能。連麗君對轉betA魯棉研19的耐鹽研究表明，betA的表達提高了轉基因棉花葉片中甘氨酸甜菜堿的累積量，轉基因棉花的耐鹽能力明顯提高。樊文菊對轉ZmPLC1棉花和聚合ZmPLC1/betA棉花的耐鹽性進行初步研究，通過水培、沙培和東營鹽堿地種植，發(fā)現(xiàn)轉ZmPLC1棉花的耐鹽性高于野生型對照，轉betA和ZmPLC1的聚合轉基因植株，籽棉產(chǎn)量顯著高于轉ZmPLC1棉花、轉betA棉花和野生型對照，以上工作表明，轉ZmPLC1單個基因可以在一定程度上提高棉花的耐鹽性，且聚合betA和ZmPLC12個基因后，棉花的耐鹽性又進一步提高。因此，可以通過基因聚合的方法提高植物的耐鹽性，為培育耐鹽棉花新品種提供新的種質資源，也為研究多個耐鹽基因相互作用及其調控機制提供新的試驗材料。陳翠霞等利用花粉管通道技術將耐鹽堿的羅布麻DNA導入魯棉6號，從后代中篩選出棉花耐鹽變異體山農(nóng)011，對山農(nóng)011及其雜種后代進行了抗鹽遺傳和基因效應分析，結果表明，變異體的耐鹽性是由核基因控制的，其遺傳基因效應以加性效應為主，并存在較大的加性互作效應。該耐鹽變異體可作為一良好的抗鹽種質材料利用。李雪林通過過表達對逆境起調控作用的轉錄因子基因SNAC1，系統(tǒng)地對轉基因棉花植株進行抗逆性分析和鑒定，驗證了SNAC1是具有耐旱及耐鹽的轉錄因子基因。中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所郭三堆課題組將具有自主知識產(chǎn)權的耐鹽堿關鍵基因GhABF2(專利號：ZL200910158311.X)導入中國棉花主栽品種蘇棉12號，創(chuàng)制出耐鹽堿轉基因棉花新品系8個，進入中間試驗階段。經(jīng)過連續(xù)3年分別在山東、新疆兩地進行的耐鹽堿試驗鑒定，獲得4個綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良、耐鹽堿性能突出的轉基因棉花新品系。在0.40%—0.45%的鹽堿條件下，受體棉花品種蘇棉12出苗率只有32%，轉GhABF2棉花新品系出苗率高達65%，單株結鈴比受體增加3—4個，最終兩者產(chǎn)量分別比其受體對照增加33%以上，具有較大的鹽堿地生產(chǎn)應用潛力，該課題組還通過農(nóng)桿菌介導棉花下胚軸遺傳轉化方法，將溶菌酶hel(抗病)、CP4-EPSPS(抗除草劑)和Na+/H+逆向轉運蛋白基因(NhaDk3)同時導入棉花模式受體R15中，再生植物經(jīng)過連續(xù)3代自交后，經(jīng)抗草甘膦、抗棉花黃萎病及耐鹽堿能力篩選，得到高抗棉花黃萎病、抗除草劑草甘膦及具一定耐鹽堿能力的轉基因棉花新品系T58-22。

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