转基因抗虫棉研究的现状、问题与对策

本文在介绍转基因抗虫棉研究现状的基础上,评述了转基因抗虫棉的使用价值,指出了转基因抗虫棉抗性的持久性,时空性,安全性等问题,从培育转多基因抗虫棉,培育多种类型的抗虫品种轮换种植或混系种植,选用特异启动子或理经因素调控外源基因高效表达,筛选广谱性抗虫基因培育广谱性抗虫棉花和采用农业技术措施改善棉田生态环境延长转基因抗虫棉的使用寿命等方面,提出了提高转基因抗虫棉抗虫性和持久性的几种策略,从而为转基因抗     

中国转基因抗虫棉的应用及发展对策

从20世纪90年代起,中国开始了转基因抗虫棉的研究、开发和利用。转基因抗虫棉最常用的外源基因是Bt基因和CpTI基因。这两种基因已被分别或同时导入棉株中并获得了一批有发展前景的转基因棉花品种,其种植面积占棉花总面积的比例由1996年的0.35%上升到2000年的30%。目前在我国推广种植的抗虫棉,存在的主要问题是抗虫性的时空变化大、害虫抗性、抗虫范围狭窄、抗虫强度差及抗虫棉的安全管理。解决这些问题的方法主要有寻找和筛选广谱抗虫基因,采用特异启动子和诱导表达启动子,培育转多基因抗虫棉,加强转基因抗虫棉的种植管理及安全性评价研究。     

冀优768棉花高产栽培技术

冀优768是河北省农林科学院棉花研究所利用现代生物技术和常规育种方法结合,通过陆地棉、海岛棉、中棉与野生棉之间的远缘杂交和外源抗虫基因的导入培育而成的转基因抗虫棉品种,2006年通过河北省农作物品种审定委员会审定,审定编号：冀审棉2006017号。     

棉花抗红铃虫性对产量性状的影响研究

以不同抗性类型的陆地棉抗虫品种(系)和常规棉品种(系)作亲本配制杂交组合,将亲本和F1代杂交种共20个材料在网室、田间进行抗红铃虫鉴定和棉花抗红铃虫性对棉花产量的影响研究,试验表明,具有外源抗虫基因的抗虫棉皮棉产量高,稳产性好,尤其是抗虫杂交棉具有明显的杂种优势。相关分析结果,棉花种子虫害率与皮棉产量、子棉产量、单株成铃数和霜前花率呈极显著负相关;与衣分和僵瓣黄花率成极显著正相关;与单铃重相关性较低。结果表明,利用外源抗虫基因转导的棉花新材料作为杂交亲本,可以培育出丰产高抗棉花害虫的棉花新品种,尤其适合培育抗红铃虫的杂交棉品种。     

高衣分转Bt+GNA双价基因抗虫棉新种质的选育与利用

本研究对转觑和GNA双价基因后代植株,经南繁加代、抗虫检测、自交、单株和株系选择、纤维品质测定和产量比较试验,选育出双价转基因抗虫棉种质系BGsm16。该种质系高抗棉铃虫等鳞翅目害虫,对蚜虫有一定的抑制作用,抗虫性稳定且不随世代的增加而减弱,衣分高（48．0％左右）,配合力好,结铃性强,通风透光,皮棉产量比受体材料苏棉16号增产11．1％,品质两者相当。与其配置的杂交棉组合衣分高,丰产性好,品质高于对照南农8号,有着很强的杂种优势。转＆和GNA双价基因抗虫棉种质系BGsm16的成功选育,加强转基因棉花的抗虫能力,拓宽了抗虫谱,并有助于延缓害虫对抗虫棉产生抗（耐）性;同时改变了传统对常规抗虫棉衣分低的认识,丰富了抗虫棉种质资源,对选育高衣分杂交抗虫棉有良好的应用前景。     

转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉与转Cry1Ac+EPSPS基因棉在黄萎病菌压力环境下检测技术和生存竞争能力研究

此研究为“十二五”转基因生物新品种培育项目中创建新的转基因棉花品种环境安全评价技术的建立而设。以转双价抗虫基因（Cry1Ac+Cry2Ab）棉、转双价抗虫抗除草剂基因（Cry1Ac+EPSPS）棉为观察材料,杂交抗虫棉赣棉杂1号和非转基因棉赣棉11号为对照材料,于黄萎病圃采用不同于抗病鉴定的方法,检测两种转双价基因抗虫棉在黄萎病菌压力下的发病情况、生长竞争能力和产量竞争能力。两个转双价基因棉抗黄萎病性不显著的强于两个对照;抗虫抗除草剂棉株高、覆盖度增长竞争能力相对较强,双Bt抗虫棉竞争力相对较弱;抗虫抗除草剂棉的单株成铃和果枝层数较高,增长竞争能力也较强,双Bt抗虫棉较弱;两个转双价基因棉最后的脱落率与两个对照差异不显著;抗虫抗除草剂棉籽棉、皮棉产量介于两个对照之间,而双Bt抗虫棉的产量低于两个对照。显示双Bt抗虫棉推广种植可行性相对较差,抗虫抗除草剂棉推广种植可行性一般。     

转Bt-CpTI-GNA基因棉花的研究

采用农杆菌介导法将外源三价抗虫基因(Bt-CpTI-GNA)导入常规棉花品种中,获得转基因再生株,分子检测表明外源基因已在棉花体内表达,并遗传给后代材料。PCR分子检测与转化的标记基因和外源目的基因抗性三者极有规律性。其所携带的基因在转基因棉花中有分离现象,这可能是外源基因整合到受体棉株体内“基因沉默”而引起所致。     

抗虫基因导入对棉花形态、产量性状及生理特性的影响

 从棉花形态性状、产量性状和生理特性三个方面较系统地研究了抗虫基因导入对棉花生长发育的影响。结果表明,转基因抗虫棉的单株结铃数、成铃率高于其受体品种;单株果枝数、单株果节数、铃重、衣分低于受体品种。还在棉花不同发育时期对其生理、生化特性进行了测定。 结果表明,在7月8日以前,转基因抗虫棉的光合强度和叶绿素含量低于其受体品种,从7月8日以后,转基因抗虫棉的光合强度和叶绿素含量高于其受体品种。研究还表明,转基因抗虫棉抗环境胁迫能力差,容易早衰。全生育期内,转基因抗虫棉MDA 含量均高于其相应的受体品种,SOD、POD 和CAT酶活性均比其受体品种低。     

不同类型抗虫棉品种基于RAPD的遗传多样性分析

以97014、 BR-S-10和sGK321等14份不同类型的抗虫棉花品种(系)为基础,利用RAPD分子标记技术,对这些棉花品种(系)的遗传多样性进行了研究.结果表明,从210个随机引物中筛选出21个引物能在14份抗虫棉品种(系)间扩增出稳定性较好的多态性片段,筛选的21个引物在该品种(系)群体中共扩增了137个RAPD标记,其中多态性标记57个,占总标记数的42.2%,平均每条引物扩增6.52条带.利用Jaccard遗传相似系数计算了14份抗虫棉品种(系)的RAPD数据的距离矩阵,按UPGMA方法进行聚类,发现14个品种(系)间的遗传距离在0.0351～1.056之间.聚类分析表明,14个棉花品种可分为2大类4亚类,揭示了抗虫棉花品种种质资源的多样性,大多数品种的遗传基础比较狭窄.     

转基因玉米LAMP检测体系的建立及应用

以转基因抗虫和耐除草剂玉米Bt11为研究材料,建立Bt11环状等温扩增快速检测技术方法.利用一种具有链置换活性的Bst DNA聚合酶,针对Bt11中玉米基因组与外源基因结合处序列,设计4条特异引物,并对反应温度、时间、灵敏度、结果判断方法等参数进行初步探索.结果显示,LAMP检测方法最适反应温度及反应时间分别为65℃和60 min,其灵敏度为常规定性PCR的20倍.LAMP技术检测转基因玉米品系Bt11具有特异性高、快速、简便等优点,具有广阔的应用前景.     

转Cry1A基因海岛棉的获得和鉴定

进行农杆菌介导转抗虫基因试验，以期选育抗虫性优良的海岛棉新品系(品种)；本实验在海岛棉体细胞胚再生体系的基础上，将携带Cry1A基因的表达载体pBI121通过农杆菌介导法转化到‘新海33号’的胚性愈伤组织中。经培养基筛选、PCR检测、RT-PCR检测、抗虫性鉴定等筛选抗虫后代。经培养基筛选共获得12棵抗性植株。PCR检测结果显示，这12棵抗性植株均能扩增出了大小相符的片段，检测结果呈阳性；RT-PCR结果显示，12棵转基因植株目的基因已经整合入基因组，且能反转录出mRNA；Bt-Cry1Ab/Ac转基因试纸条检测结果表明这12棵转基因植株含有目的蛋白；抗虫性鉴定结果证实了这些转基因植株对棉铃虫幼虫具有一定的抗性。本研究成功将抗虫基因导入至海岛棉的体内，获得了具有抗虫性的植株，其结果对转基因抗虫海岛棉新品种的培育具有一定的参考价值。     

转双价基因棉花对根际土壤酶活性和养分含量的影响

在田间试验条件下,以3种转双价基因棉和常规棉石远321为研究对象,比较分析转双价基因棉和常规棉石远321根际土壤酶活性及养分的变化。结果表明,转双价Cry1Ac+CpTI基因棉sGK321与石远321根际土壤速效磷和铵态氮含量无显著差异,而硝态氮含量则显著高于石远321;转双价Cry1Ac+Cry2Ab基因棉(双Bt抗虫棉)速效磷和铵态氮含量均显著低于石远321,而硝态氮含量与石远321无显著差异;转双价Cry1Ac+Epsps基因棉(抗虫抗除草剂棉)速效磷和硝态氮含量均显著高于石远321,而铵态氮含量显著低于石远321。sGK321棉与石远321根际土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性均无显著差异;双Bt抗虫棉土壤脲酶活性显著低于石远321,碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性与石远321均无显著差异;抗虫抗除草剂棉与石远321土壤脲酶活性无显著差异,碱性磷酸酶活性显著高于石远321,而过氧化氢酶活性显著低于石远321。表明sGK321棉与石远321根际土壤养分(硝态氮除外)含量和酶活性无显著差异,而双Bt抗虫棉和抗虫抗除草剂棉所呈现的差异是因不同品种所致。     

EPSPS外源基因对陆地棉农艺性状和纤维品质的影响

以G6-1至G6-19等19个转基因抗草甘膦除草剂棉花种质为材料,以其非转基因背景亲本中棉所49为对照,研究EPSPS外源基因导入对陆地棉农艺性状和纤维品质的影响,结果表明外源基因的导入对棉花纤维上半部平均长度、马克隆值、断裂伸长率和断裂比强度等品质性状有显著影响;对于棉花衣分和铃重等农艺性状亦有显著的影响,衣分变异范围为30.5%~42.7%,T1和T2相关性分析表明衣分的变异为可遗传性变异,铃重最高为6.5 g,最低为4.6 g,两者相差40%。因此,转基因棉花育种研究不仅要注重目标性状的转育,还要注重非目标性状的筛选。     

高新技术在棉花育种上的应用及进展

棉花生物技术在基因工程方面取得了较大进展。基因工程中,随着农杆菌介导法、花粉管通道法、基因枪轰击法等技术的突破,在棉花抗病虫害、抗除草剂等方面的育种获得成功,相应的新品种已开始了商业化生产。我国棉花生物技术在抗棉铃虫等方面达到世界领先水平。本文结合本实验室的研究工作,综述了生物技术在我国棉花育种中的应用进展,分析了我国棉花生物技术存在的主要问题,提出了相应的发展对策。     

GUS基因和NPTⅡ基因表达的相关性及其在转基因棉花检测研究中的应用

利用农杆菌介导转化法,将含有35S启动子驱动NPTII基因和GUS基因以及棉纤维特异表达启动子E6驱动目的基因FB的植物表达载体转入到常规棉花R15中.重点分析了GUS基因和NPTII基因在愈伤诱导阶段、T0代及T1代转基因棉花中的表达情况.综合两个基因的表达来进行转基因棉花的阳性鉴定,可以为转基因棉花后代的纯合选育提供双重保障.7个转基因株系选育到T3代共获得株行51个,卡那霉素检测多数株行阳性率在90%以上,其中21个株行阳性率达100%.     

转新型抗草甘膦基因棉花的转化效率及相关分子特征分析

培育抗草甘膦除草剂棉花品种对棉花生产具有重要意义。利用农杆菌介导法获得了大量抗除草剂草甘膦棉花的再生植株,对其进行阳性检测。通过确定PCR检测目标条带大小、蛋白杂交条带大小分子特征,对65个独立转化事件在DNA水平、蛋白水平进行分析和筛选。结果表明,经PCR检测再生植株DNA得到的阳性率平均值为81.5%,经过蛋白检测后阳性率确定为55.4%,该类阳性植株即为外源基因正常表达的转基因植株。在此基础上,结合田间抗性检测,对其中9个株系进行了不同世代的选择,经过综合鉴定筛选,发现2个抗性优良的转基因株系具有极高的利用价值,其余还需进一步筛选鉴定。