转基因棉花品系3H-52的抗旱性分析

　　摘要：为了研究转基因棉花品系3H-52抗旱性的改良，在全生育期旱棚种植条件下，对转基因棉花品系3H-52及其受体品系的生理指标和农艺性状进行测定。结果表明，转基因棉花品系3H-52的叶片细胞相对含水量、游离脯氨酸含量较其受体品系WC有所提高，丙二醛含量有所降低，株高较受体品系增加，表明转基因棉花品系3H-52的抗旱性较其受体有一定提高。转基因棉花品系3H-52的皮棉产量和受体品系间差异不明显，该品系还需进一步选育改良。

　　关键词：干旱胁迫;转基因品系;受体品系;抗旱性

　　干旱是棉花生产的主要限制因素之一。通过提高棉花品种的抗旱能力来增加产量与经济效益、节约资源和改善环境，是我国棉花产业持续高效发展的重要措施[1]。EDT1基因是植物特有的一类homeodomain-start转录因子，在野生型拟南芥和烟草中过表达EDT1不但显著增强抗旱性与改良根系构型，还显著提高光合效率和水分利用率[2]。山西省农业科学院棉花研究所与中国科技大学合作将EDT1基因导入常规棉花品系WC中，获得转基因抗旱棉花品系3H-52。

　　农作物论文投稿刊物：《棉花学报》由中国科协主管，中国农学会主办。国际刊号CN：41-1163/S，国际刊号ISSN：1002-7807。报道我国棉花基础研究和应用基础研究进展为主，展示我国棉花学术动态和研究进展。读者对象：全国各科研院所及与棉花相关学科的科研人员、大专院校师生、基础科技人员。

　　受体棉花品系WC是山西省农业科学院棉花研究所经过组织培养选育的一个易于分化再生的棉花品系。由于利用农杆菌介导对棉花进行外源基因遗传转化受基因型限制，绝大部分棉花品种都不能得到再生株，目前利用农杆菌介导法对棉花转基因常用WC等几个品系。转基因棉花品系3H-52已完成转基因安全评价的中间试验，即将进入环境释放试验阶段。笔者研究3H-52棉花品系的抗旱性，能够进一步验证利用转外源基因EDT1途径创制优良抗旱棉花种质的可行性，对于创制优良抗旱棉花品系，加快棉花抗旱育种进展具有重要意义。

　　1材料和方法

　　1.1试验材料

　　转EDT1基因棉花品系3H-52和受体棉花品系WC均为山西省农业科学院棉花研究所生物技术室通过转基因技术和组织培养技术选育得到。

　　1.2试验方法

　　试验于2019年在山西省农科院棉花研究所牛家凹试验农场旱棚进行，转基因棉花品系3H-52和花品系3H-52已完成转基因安全评价的中间试验，即将进入环境释放试验阶段。笔者研究3H-52棉花品系的抗旱性，能够进一步验证利用转外源基因EDT1途径创制优良抗旱棉花种质的可行性，对于创制优良抗旱棉花品系，加快棉花抗旱育种进展具有重要意义。

　　1.3测定项目及方法

　　于花铃期测定叶片细胞相对含水量、游离脯氨酸(Pro)含量及丙二醛(MDA)含量;于吐絮期测量株高和皮棉产量。叶片细胞含水量测定采用恒重法，游离脯氨酸(Pro)含量测定采用酸性茚三酮法，丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸法[3-4]。

　　2结果与分析

　　2.1转基因品系

　　3H-52及其受体品系WC花铃期叶片细胞相对含水量比较花铃期是棉花对水分较为敏感的时期，经过从苗期开始的干旱胁迫，棉花叶片细胞相对含水量有了一定的减少。叶片细胞相对含水量是反映植物耐旱性的重要指标，对抗旱育种的选择具有特殊的意义[5-7]。干旱胁迫下转基因棉花品系3H-52的叶片细胞相对含水量与其受体品系叶片细胞相对含水量表现出显著差异。3H-52的叶片细胞相对含水量极显著高于WC，表明转入EDT1基因，棉花品系的抗旱性有一定提高。

　　2.2转基因品系

　　3H-52及其受体品系WC花铃期游离脯氨酸含量比较游离Pro作为渗透调节物质大量积累，对于棉花适应干旱造成的渗透胁迫有重要意义[8-9]。经过长期的干旱胁迫，转基因棉花品系3H-52与其受体品系WC表现出显著差异。3H-52的游离Pro平均含量为90.363μmol/g，WC的游离Pro平均含量为84.180μmol/g，游离脯氨酸对干旱胁迫较为敏感，无论转基因品系或其受体，在高度干旱胁迫下，游离脯氨酸含量大量增加，2个品系之间差异达极显著水平。

　　2.3转基因品系

　　3H-52及其受体品系WC花铃期丙二醛(MDA)含量比较干旱胁迫会对植物的细胞膜造成伤害，MDA是膜脂过氧化作用产生的，可作为植物受害程度强弱的指标之一[10-12]。随着胁迫程度加深，植物体内丙二醛的含量会增加。在苗期至花铃期干旱胁迫下，转基因棉花品系3H-52及其受体品系WC体内的丙二醛含量均有增加，3H-52的丙二醛含量为0.049μmol/g，WC的丙二醛含量为0.052μmol/g，2个品系丙二醛含量差异达极显著水平。可以看出，WC的受害程度较重。

　　2.4转基因品系

　　3H-52及其受体品系WC株高比较干旱胁迫对棉花的农艺性状有一定的影响，其中株高是比较敏感的一个性状[13-14]。干旱胁迫下棉花株高会有一定的降低，转基因棉花品系3H-52高于其对照受体品系WC，差异达极显著水平，同样表明转入EDT1基因，棉花的抗旱性有一定提高。

　　2.5转基因品系

　　3H-52及其受体品系WC皮棉产量比较皮棉产量是棉花抗旱育种的最终目标，也是棉花品种抗旱指数评价的重要指标[15-16]。全生育期干旱胁迫下，转基因棉花品系3H-52的皮棉产量与受体品系并无显著差异，表明转基因品系的抗旱性有一定提高，但其距应用于生产还有一定差距，还需进一步选育提高。

　　3结论与讨论

　　EDT1基因是从拟南芥抗旱突变体中分离克隆的，其在拟南芥中过量表达可促使野生型拟南芥根系伸长、气孔密度减少，显著提高了野生型拟南芥抗旱耐盐性。在转基因烟草、水稻、大豆、杨树、玉米和小麦中EDT1的抗旱功能已得到可靠验证。将EDT1基因导入棉花以后，对转基因棉花品系的抗旱性鉴定非常重要。棉花的抗旱性是一个复杂的数量性状，选择合理的指标性状是抗旱性鉴定的关键，对此国内外学者在指标选择上从各个方面做了大量研究，主要有生理生化指标、农艺性状指标等，研究表明，生理生化指标更能准确反映抗旱性;农艺性状指标更能反映育种价值和生产潜力;选择部分生理生化指标和农艺性状指标相结合综合评价，可以兼顾抗旱性与产量潜力，是比较合理的鉴定方法等[17-18]。

　　在长期棉花抗旱育种实践的基础上，本试验选择几个对干旱胁迫较为敏感的生理指标和与棉花抗旱育种目标关系紧密的农艺性状指标进行检测鉴定。结果表明，转基因棉花品系3H-52与其受体棉花品系比较，抗旱性有一定提高，但其皮棉产量还不高，农艺性状还需进一步回交改良。植物抗旱性虽然是一个复杂的数量性状，但是转入EDT1基因对于提高植物抗旱性的效果还是比较明显的，表明转基因抗旱育种是一个非常有效的抗旱育种途径。

　　参考文献：

　　[1]南建福，刘恩科，王计平，等.苗期干旱和施肥对棉花生长发育的影响[J].棉花学报，2005，17(6)：339-342.

　　[2]吴慎杰，张换样，李静，等.过量表达EDT1提高棉花耐旱性的初步研究[C]//中国作物学会.2015年学术年会论文摘要集.北京：中国作物学会，2015：121.

　　[3]郝建军，康宗利，于洋.植物生理学实验技术[M].北京：化学工业出版社，2005.

　　[4]张宪政.植物生理学实验技术[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1989.

　　[5]刘光辉，陈全家，吴鹏昊，等.棉花花铃期抗旱性综合评价及指标筛选[J].植物遗传资源学报，2016，17(1)：53-62.

　　[6]兰巨生.农作物综合抗旱性评价方法的研究[J].西北农业学报，1998，7(3)：85-87.

　　[7]冯方剑，宋敏，陈全家，等.棉花苗期抗旱相关指标的主成分分析及综合评价[J].新疆农业大学学报，2011，34(3)：211-217.

　　作者：李静，张换样，朱永红，吴慎杰，秦丽霞，竹梦婕，焦改丽