轉基因棉花抗黃萎病研究進展

李周博，郭楠楠，古麗罕·如則，努爾比葉·吐爾洪，顧愛星

新疆農業大學農學院，農林有害生物監測與安全防控重點實驗室，烏魯木齊 830052

黃萎病是一種對棉花危害極大的土傳病害，對世界棉花生產的影響很大。由于其特殊的致病機理，且多個生長時期都能侵染，至今還尚未研制出有效的防治方法，只能采用一些常規的防治手段進行效果有限的控制。轉基因技術的出現使得棉花黃萎病的防治出現了轉折點，利用基因工程技術培育轉基因抗病棉花品種已經刻不容緩。

1 棉花黃萎病

棉花作為重要的經濟作物，在人類的紡織業中占有重要位置，人類使用的纖維大約有50%來自棉花纖維[1]。棉花在我國農業生產中一直占有重要地位，目前，新疆棉區已超越了黃河流域棉區，成為我國最大的棉花種植區，但由于病害造成的棉花減產問題較為突出，其中以黃萎病造成的損失最大，由于棉花黃萎病特殊的致病機理，一直都未能研制出有效的防治措施，只能利用一些常規的病害防治手段進行預防或減輕棉花黃萎病的發生。

棉花黃萎病1935 年從美國傳進了中國，隨后很快就在全國傳播開來，對我國的棉花產業造成了巨大生物危害[2]。據相關統計，目前中國已有50%的棉花發生了黃萎病，對我國棉花經濟造成了巨大的損失，現在棉花黃萎病已經成為了制約我國棉花生產的主要障礙[3]。雖然目前人們已經研制出了很多種防治黃萎病的方法，但絕大多數的方法只能進行有限的控制，而不能很好的進行防治。例如在黃萎病爆發的棉區，采用高粱輪作雖然可以延緩黃萎病病菌的積累，但其防治效果不是很好[4]。隨著科學技術的發展，人們開始將植物轉基因技術用在棉花黃萎病的防治上，通過基因工程的方法培育棉花抗黃萎病品種將成為今后研究的主要方向。

2 致病機理

棉花黃萎病的致病菌主要是大麗輪枝菌(Verticillium dahliae Kleb.) 和黑白輪枝菌(Verticilliumalbo-atrum Reinke & Berth.)[5]。其中大麗輪枝菌在土壤中通過根尖部分侵入棉花體內，從而危害棉花的維管束，導致棉花發病。發病時，棉花葉片先會失綠變黃，到后期結鈴時桃鈴會脫落，嚴重時會導致棉花枯萎死亡。關于棉花黃萎病病菌的致病機制，目前主要有導管阻塞說和蛋白毒性說兩種觀點[6]。

3 棉花抗黃萎病基因研究進展

植物轉基因技術就是一種將特定的基因導入宿主植物，并使其能在植物中正常表達，獲得滿足人類需求的植物品種的技術。如今，已經有農桿菌介導法、基因槍法、花粉管通道法等一系列植物轉基因方法[7]。目前應用的基因主要有幾丁質酶、P-1,3-葡聚糖酵素植物防衛素、硫素及葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase, GO)等外源抗病基因，并得轉基因抗病棉花株系[8]。隨著植物轉基因技術的不斷成熟，人們開始將植物轉基因這種方法運用在棉花黃萎病的防治上，在轉基因棉花上用的最多的方法主要是農桿菌介導法。

農桿菌介導法是將特定的基因轉入根癌農桿菌中，然后用根癌農桿作為介導侵染受體植株，最后將特定的基因轉入到受體植物細胞基因組中，從而獲得滿足人們需求的轉基因植株[9]。在使用農桿菌介導法時有很多的注意事項，首先在獲取受植體植株的過程中一定要規范操作，嚴格遵循無菌操作，環境和工具消毒也一定要徹底。其次在將農桿菌中的特定基因轉化到受植體的過程中，植物激素和抗生素的用量一定要嚴格把控，同時農桿菌菌液的OD 值和侵染的時間這些條件也都是至關重要的，一定要控制好溫濕度和光照時間。如其中有某項不達標很容易引起雜菌污染，從而導致失敗。我國目前利用農桿菌介導法培育出來的抗黃萎病棉花品種，例如吳家和等把幾丁質酶基因經農桿菌轉入陸地棉品冀321 和中棉所35 基因組，獲得了轉基因棉花，經過檢測，7 個轉化株均表現出不同程度的抗黃萎病或耐黃萎病特性[10]。農桿菌介導法是一種很好的轉基因方法，不過時間周期相對較長。通過科研工作者們的種種研究成果表明了轉基因抗病棉花有望徹底防治黃萎病。通過科研工作者們的種種研究成果表明了轉基因抗病棉花有望徹底防治黃萎病。

經過數十年的努力，我國棉花黃萎病育種和轉基因抗病棉均取得了初步的進展。但是，由于缺乏優異的棉花抗原、遺傳基礎及抗性機制不清、抗病基因常與一些不良農藝性狀連鎖等原因，棉花黃萎病抗病育種進展緩慢，育成的多數品種的抗病性較差。目前為止國內尚未能研制出高抗的品種。同時，由于病原菌變異頻繁，一些耐病品種投入生產后抗性喪失快。隨著棉花黃萎病的不斷蔓延和危害程度的加劇，我國棉花產業受到了非常大的影響。但是隨著轉基因技術的不斷發展，越來越多的轉基因抗黃萎病的棉花品種被研制出來。相信在不久的將來科研工作者們一定能使用轉基因技術研制出高抗、穩定、優質的棉花品種。