湖南转基因棉花品种的选育与应用

湖南转基因棉花品种的选育与应用

在5月的“75”期间，中国开始研究苏云金芽菌杀死蛋白质基因的分离和转殖植物。作为中国最南端的商品棉制造商之一，湖南省棉花种植面积稳定在13.33万公顷左右。通过该省转移的bt基因棉湘k-5和农业混合62的杂交品种主要用于转移。其他品种包括新棉29、新棉33b、南银4号、南农98-4补充。2002年推广种植转基因抗虫棉约3万hm2,2003年达到了7万hm2,约占全省植棉面积的50%,取得了显著的经济、社会和生态效益。1发展杂交棉花的潜在趋势1.1湖南农业系统选育湖南省基因工程棉大致经历了三个发展阶段:从20世纪80年代起开展利用外源DNA直接导入建立棉花遗传转化体系;“九五”重点发展杂种优势利用技术和外源DNA导入技术,湖南农业大学采用花粉管通道法将外源DNA成功地导入到了陆地棉品种中,经系统选育育成了湘棉12号;“十五”期间湖南棉花育种攻关第一次将生物技术与常规育种结合选育棉花新品种列为重点攻关,通过加强集成、联合攻关、引进与自主创新相结合,提高了棉花生物技术的研发频率,主要采用花粉管通道法、农杆菌介导和杂交回交转育等方法,先后选育了湘K-5、农杂62等强优势组合。1.2关于转移抗虫杂交棉花的研究1.2.1结铃性和毒蛋白湖南省棉花科学研究所1996年与中国农科院生物技术研究所合作导入并培育了拥有自主知识产权的单抗、多抗基因材料多份,现有Y28、Y35、Y47、Y98、Y100等20多份材料基本稳定并正在用于杂交选配;与中棉所合作导入获得的N-1、N-2、N-3、N-4、N-8等5个株系,均表现结铃性强,单铃重稍有降低,衣分显著提高,麦克隆值降低;特别是2000年湖南省棉花科学研究所与中国科学院植物所合作,由中科院植物所提供Bt+GNA(GNA抗蚜虫基因)双价基因,采用花粉管通道法导入到2个核心亲本材料中并获得了5个稳定的转基因双价抗虫棉材料,育成了“湘抗EN-1～5”等5个较好的株系材料。2001年由中国科学院微生物研究所通过PCR检测,证实了双价基因已成功导入棉花植株,并较Bt基因多一段信号肽,分子量偏大,以区别其它转基因棉花材料。2002年进行了ELISA测试,导入的3个双价抗虫棉材料湘抗EN-1～3的ELISA含量分别为1511ng·g-1、1910ng·g-1和1514ng·g-1,毒蛋白含量高于美国33B的1233.11ng·g-1。2003年申报国家安全性评价中间试验并获得了批准。1.2.2湖南及其他长江中游棉湘K-5是湖南省棉花科学研究所利用具有自主知识产权的“国抗棉1号”选系为父本与本所选育的高产、优质、抗病V23为母本选育出的强优势转基因杂交棉组合。已通过2000-2002年的长江流域棉花品种区域试验与生产试验,2000-2001年长江流域区域试验中,子、皮棉产量分别为每公顷3705kg和1537kg,比对照(泗棉3号)分别增产19.11%和11.31%。2002年的长江流域生产试验中子、皮棉产量分别为3696.6kg和1521kg,比对照(各省的主栽品种)分别增产15.1%、13.39%。纤维品质:2.5%跨长为30.05mm,比强度为33.82cN·tex-1,麦克隆值为4.7,气纱品质1997.5分。湘S26是湖南省棉花科学研究所培育的一个集优质、高产、抗病虫三位一体的转基因杂交组合。该组合已通过2002-2003年的湖南省棉花区域试验。2002年区试皮棉产量达1740.9kg·hm-2,比对照增产12.5%,增产极显著。2003年皮棉产量1550.9kg·hm-2,比对照增产9.78%,增产极显著。2.5%跨长为32.27mm,比强度为35.7cN·tex-1,麦克隆值为4.45,纺纱均匀性指数159。纤维品质优良,可纺60支纱,符合国家将湖南及长江中下游棉区定位为50～60支纱的区划方针。农杂62是湖南农业大学棉花研究所利用引进的墨西哥抗虫种质资源与当地大面积推广品种杂交选育的转基因抗虫组合,多年多点平均皮棉产量1800kg·hm-2以上,比中棉所29、泗棉3号、南抗3号均显著增产,比湘杂棉2号增产10%以上。纤维品质:2.5%跨长为30.48mm,比强度为34.02cN·tex-1,麦克隆值为4.7,气纱品质2079。1.2.3长沙棉田棉田生长情况①“海洞”核不育系:采用杂交回交转育的方法,将隐性的“海洞”核不育系转育成转基因抗虫“海洞”核不育系,并获得稳定的核不育系材料。目前湖南省棉花科学研究所已选育出湘C-21～C-25等一批高优势组合参加各级试验,特别是湘C-21在2003年湖南省棉花区试中,其产量和品质表现均较好,比对照中棉所29增产极显著,有望近年内育成湖南省首个具有自主知识产权的转基因抗虫杂交棉核不育系和利用核不育系制种的杂交棉组合。②“湘远A3”棉花转基因胞质不育三系研究:湘远A1、湘远A2棉花胞质不育系是湖南省棉花科学研究所从海岛棉与陆地棉进行杂交,回交稳定后,从后代中选出的不育株与瑟伯氏野生棉杂交育成的丰产湘远A和抗病湘远A2两个胞质不育系,又从远缘杂交后代中选育出了恢复系湘H1、湘H2、湘H3。1997年采用杂交回交转育选择相结合的方法,目前已育成湘远A3转基因抗虫胞质不育系、保持系、恢复系并实行三系配套,正在进行组合筛选。2限制湖南棉纺织发展的因素2.1生物学和生物学受设备条件、人员和研发经费投入不足等影响,目前湖南转基因棉以花粉管通道法、基因枪法为主,而对PEG介导法、脂质体介导法、超声波法、激光微束法、电泳法等物理、化学和生物学方面的方法很少涉及,大大限制了转化效率的提高,以致研究水平低,差距大,创新性成果相对少,进展较慢。2.2种植由单一的基因引起的病虫害目前在湖南种植的转基因棉花基本上是Bt基因,Bt+CpTI基因、Bt+GNA基因等,而其它杀虫蛋白基因、抗病基因、抗除草剂基因、棉花杂种优势基因、抗逆基因、纤维改善等基因应用是一片空白。而且长期种植单一类型转基因棉将导致目标害虫易产生抗性和非靶标害虫易变为主要害虫,以致带来严重的生态后果。因此。培育双价或多价的转基因棉,以提高功能基因的功效时间,减缓退化是今后一段时间研究的重中之重。2.3对非目标昆虫及人类重要动植物的门诊量众所周知,Bt作为一种杀虫生物制剂,已在作物生产中安全地使用了约40年,证明对人畜无害。且Bt菌形成芽孢时产生的杀虫晶体蛋白对不同的昆虫有很强的专一性,未发现对非目标昆虫及人畜等哺乳动物有害。因此,建议只对基因进行安全性评价,不需对所转育的每个品种进行安全性评价,同时一个转基因棉品种安全性评价周期大约6～7年,大大抑制了新品种的审定与产业化推广。2.4利用优质的品种推广受体选择应考虑两个方面,一方面要获得高效稳定的再生植株,另一方面要结合选育的品种具有潜在的推广应用价值。目前开发出的各种功能基因较多,对受体有一定的专一性,很多育种单位对各种基因的受体选择随机性、盲目性大,影响选育效果和利用价值,浪费了大量的人力与物力。2.5岱字棉公司的成立生物技术与传统育种相结合是21世纪棉花科研的热点与难点,必须要有熟悉生物技术和懂传统育种的综合性人才,才能有效开展此项工作;⑥美棉的冲击,美国岱字棉公司以经营产量高,品质优,综合性状好的品种新棉33B和新棉99B,并采取种子“繁供销”的市场体系和全程的社会化服务,先后在我国成立了合资企业“冀岱棉种公司”、“安岱棉种公司”。而且在湖南省正准备成立“湘岱棉种公司”。面对急剧变化的国内外市场发展的新形势,湖南棉花能否与国内外市场竞争,走一条可持续发展的道路,其实质在于进一步加大转基因的育种力度和规范安全性评价制度。3一些建议3.1选育抗虫棉品种目前当务之急是把已转化成功的转基因抗虫棉新品系、新组合尽快扩大繁殖,并与常规育种相结合,培育出适应我国不同生态类型、不同熟制和符合纺织工业要求的多种类型的抗虫棉品种。而且要加快审定并在生产中进行试验示范和应用推广,为棉花持续稳定发展发挥作用。3.2发展结构上,应重视基因材料和品种的选择“十一五”期间,要从战略角度出发,采取各种形式加强与上游生物技术研究单位及国际合作与技术引进,集会各方面优势力量,做到强强联合、优势互补,广泛深入开展分子生物学研究,分离、克隆和合成新的抗虫、抗病等多种抗逆基因,并进行遗传转化,以保持关键领域的持续创新能力,确保湖南省棉花生产高速发展。因此,当前应该高度重视基因工程棉与常规育种的结合问题。一方面,只有受体材料的高起点,才有转基因产品的高价值。基因工程研究人员应高度重视转基因受体材料的筛选,通过与实力雄厚的科研育种单位合作,及时掌握杂交棉研究最新动态,尽可能选用最新最优良的超高产核心亲本材料进行遗传转化,以确保获得的转基因品系能在生产上直接发挥重要作用。另一方面,常规育种科技人员也应该高度重视现代基因工程在解决常规育种面临的重大难题方面的强大威力,主动将配合力突出的核心种质资源用于基因工程改良,以使培育的杂交棉新组合更加符合“高产、优质、多抗、早熟”育种目标。3.3加强长沙棉花生物技术的研发和研究与常规育种结合建立湖南棉花生物技术育种平台,调整棉花生物技术产业的研发态势,形成以高等院校、研究所为中心的研发体系,形成具有湖南特色的棉花生物技术产-学-研技术体系,不断提高产业技术水平和竞争力,培育出适合湖南省及长江流域棉区的高产、优质、多抗的基因工程棉花品种。3.4抗虫棉对药物系统的影响从个体生态学、种群生态学、群落生态学、系统生态学的角度深入研究害虫对转基因抗虫棉的适应机制、转基因抗虫棉对生物群落结构和功能的影响,从而建立相应的管理策略和技术体系。同时应用分子生物学、遗传工程等高新技术,开展和加强目标害虫成灾机理和控制的基础研究,以发展与环境相容的害虫控制新战略和新方法。3.5新技术的应用加强新品种配套的“优质丰产高效栽培技术”、“立体种植增收技术”、“降低成本增效技术”、“棉花规模化、区域化种植技术”、“棉花信息化技术”等各种新技术,深入研究影响转基因棉产量、品质形成的最显著因子,根据农业系统工程学原理与方法,利用计算机