1.2抗旱耐鹽堿轉(zhuǎn)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(yán)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(jìn)展。

1.2.1抗旱轉(zhuǎn)基因棉花

水資源的日益缺乏，全球溫室效應(yīng)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(guān)研究對于提高棉花產(chǎn)量和加強(qiáng)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(dǎo)入棉花，發(fā)現(xiàn)該基因能夠顯著提高轉(zhuǎn)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(yàn)發(fā)現(xiàn)來自于鹽芥的TsVP可以提高轉(zhuǎn)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(xiàn)；另一方面為深入了解棉花抗旱、耐鹽的分子機(jī)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(zhuǎn)基因棉的莖粗明顯提高，而且還使其生根能力明顯增強(qiáng)，根/冠比顯著大于對照，表現(xiàn)為根系更為強(qiáng)大，抗旱性更強(qiáng)。王娟對轉(zhuǎn)ZmPIS棉花植株在苗期、蕾期和開花期的干旱脅迫研究表明轉(zhuǎn)基因棉花的一些株系具有較強(qiáng)的滲透調(diào)節(jié)能力，其抗旱能力顯著提高，轉(zhuǎn)基因棉花植株具有較強(qiáng)的滲透調(diào)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(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因聚合植株與轉(zhuǎn)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(chǔ)上，對聚合ZmPLC1和betA的轉(zhuǎn)基因聚合棉花進(jìn)行耐旱性研究，結(jié)果表明，與野生型對照和轉(zhuǎn)單基因?qū)φ罩晗迪啾�，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)單基因?qū)φ罩晗担�轉(zhuǎn)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?qū)�MvP5CS和MvNHX1整合到棉花中，通過研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因株系能夠提高棉花的抗旱能力。蔡永智在轉(zhuǎn)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(jìn)行功能研究，發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫下，轉(zhuǎn)CBF1和KatG棉花在光合作用、葉綠素?zé)晒鈪��?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(zhuǎn)基因棉花的產(chǎn)量。錢進(jìn)等通過分析轉(zhuǎn)MvNHX1的10個T5棉花株系在干旱脅迫后的生理指標(biāo)和農(nóng)藝性狀，發(fā)現(xiàn)經(jīng)干旱脅迫后轉(zhuǎn)基因植株光合作用更強(qiáng)，根系更發(fā)達(dá)，吸收水的能力更強(qiáng)，農(nóng)藝性狀方面，轉(zhuǎn)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(biāo)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(zhuǎn)基因棉花

棉花是公認(rèn)的耐鹽、抗旱作物，克隆優(yōu)良耐鹽堿基因，導(dǎo)入棉花選育耐鹽棉花品種，提高棉花對鹽漬環(huán)境的適應(yīng)能力，利用圍墾改造的灘涂地，種植轉(zhuǎn)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(dǎo)入泗棉3號棉花，鹽脅迫試驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)AhCMO的棉花耐鹽性顯著優(yōu)于對照組棉株，說明AhCMO提高了轉(zhuǎn)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(zhuǎn)betA魯棉研19的耐鹽研究表明，betA的表達(dá)提高了轉(zhuǎn)基因棉花葉片中甘氨酸甜菜堿的累積量，轉(zhuǎn)基因棉花的耐鹽能力明顯提高。樊文菊對轉(zhuǎn)ZmPLC1棉花和聚合ZmPLC1/betA棉花的耐鹽性進(jìn)行初步研究，通過水培、沙培和東營鹽堿地種植，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)ZmPLC1棉花的耐鹽性高于野生型對照，轉(zhuǎn)betA和ZmPLC1的聚合轉(zhuǎn)基因植株，籽棉產(chǎn)量顯著高于轉(zhuǎn)ZmPLC1棉花、轉(zhuǎn)betA棉花和野生型對照，以上工作表明，轉(zhuǎn)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(jìn)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(zhì)資源，也為研究多個耐鹽基因相互作用及其調(diào)控機(jī)制提供新的試驗(yàn)材料。陳翠霞等利用花粉管通道技術(shù)將耐鹽堿的羅布麻DNA導(dǎo)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(jìn)行了抗鹽遺傳和基因效應(yīng)分析，結(jié)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(yīng)以加性效應(yīng)為主，并存在較大的加性互作效應(yīng)。該耐鹽變異體可作為一良好的抗鹽種質(zhì)材料利用。李雪林通過過表達(dá)對逆境起調(diào)控作用的轉(zhuǎn)錄因子基因SNAC1，系統(tǒng)地對轉(zhuǎn)基因棉花植株進(jìn)行抗逆性分析和鑒定，驗(yàn)證了SNAC1是具有耐旱及耐鹽的轉(zhuǎn)錄因子基因。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所郭三堆課題組將具有自主知識產(chǎn)權(quán)的耐鹽堿關(guān)鍵基因GhABF2(專利號：ZL200910158311.X)導(dǎo)入中國棉花主栽品種蘇棉12號，創(chuàng)制出耐鹽堿轉(zhuǎn)基因棉花新品系8個，進(jìn)入中間試驗(yàn)階段。經(jīng)過連續(xù)3年分別在山東、新疆兩地進(jìn)行的耐鹽堿試驗(yàn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)GhABF2棉花新品系出苗率高達(dá)65%，單株結(jié)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(yīng)用潛力，該課題組還通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)棉花下胚軸遺傳轉(zhuǎn)化方法，將溶菌酶hel(抗病)、CP4-EPSPS(抗除草劑)和Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因(NhaDk3)同時導(dǎo)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(zhuǎn)基因棉花新品系T58-22。

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