李 靜，張換樣，朱永紅，吳慎杰，秦麗霞，竹夢(mèng)婕，焦改麗

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，山西運(yùn)城044000）

干旱是棉花生產(chǎn)的主要限制因素之一。通過(guò)提高棉花品種的抗旱能力來(lái)增加產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)約資源和改善環(huán)境，是我國(guó)棉花產(chǎn)業(yè)持續(xù)高效發(fā)展的重要措施[1]。EDT1基因是植物特有的一類homeodomain-start轉(zhuǎn)錄因子，在野生型擬南芥和煙草中過(guò)表達(dá)EDT1不但顯著增強(qiáng)抗旱性與改良根系構(gòu)型，還顯著提高光合效率和水分利用率[2]。山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所與中國(guó)科技大學(xué)合作將EDT1基因?qū)氤Ｒ?guī)棉花品系WC中，獲得轉(zhuǎn)基因抗旱棉花品系3H-52。受體棉花品系WC是山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所經(jīng)過(guò)組織培養(yǎng)選育的一個(gè)易于分化再生的棉花品系。由于利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)對(duì)棉花進(jìn)行外源基因遺傳轉(zhuǎn)化受基因型限制，絕大部分棉花品種都不能得到再生株，目前利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法對(duì)棉花轉(zhuǎn)基因常用WC等幾個(gè)品系。轉(zhuǎn)基因棉花品系3H-52已完成轉(zhuǎn)基因安全評(píng)價(jià)的中間試驗(yàn)，即將進(jìn)入環(huán)境釋放試驗(yàn)階段。

筆者研究3H-52棉花品系的抗旱性，能夠進(jìn)一步驗(yàn)證利用轉(zhuǎn)外源基因EDT1途徑創(chuàng)制優(yōu)良抗旱棉花種質(zhì)的可行性，對(duì)于創(chuàng)制優(yōu)良抗旱棉花品系，加快棉花抗旱育種進(jìn)展具有重要意義。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

轉(zhuǎn)EDT1基因棉花品系3H-52和受體棉花品系WC均為山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所生物技術(shù)室通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)和組織培養(yǎng)技術(shù)選育得到。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2019年在山西省農(nóng)科院棉花研究所牛家凹試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)旱棚進(jìn)行，轉(zhuǎn)基因棉花品系3H-52和受體棉花品系WC均于4月19日播種，小區(qū)種植，每個(gè)品系4行，小區(qū)長(zhǎng)4.5 m、寬2.5 m，3次重復(fù)，隨機(jī)排列。全生育期旱棚種植，播前每小區(qū)灌水1.0m3。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

于花鈴期測(cè)定葉片細(xì)胞相對(duì)含水量、游離脯氨酸（Pro）含量及丙二醛（MDA）含量；于吐絮期測(cè)量株高和皮棉產(chǎn)量。葉片細(xì)胞含水量測(cè)定采用恒重法，游離脯氨酸（Pro）含量測(cè)定采用酸性茚三酮法，丙二醛（MDA）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法[3-4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 轉(zhuǎn)基因品系3H-52及其受體品系WC花鈴期葉片細(xì)胞相對(duì)含水量比較

花鈴期是棉花對(duì)水分較為敏感的時(shí)期，經(jīng)過(guò)從苗期開始的干旱脅迫，棉花葉片細(xì)胞相對(duì)含水量有了一定的減少。葉片細(xì)胞相對(duì)含水量是反映植物耐旱性的重要指標(biāo)，對(duì)抗旱育種的選擇具有特殊的意義[5-7]。干旱脅迫下轉(zhuǎn)基因棉花品系3H-52的葉片細(xì)胞相對(duì)含水量與其受體品系葉片細(xì)胞相對(duì)含水量表現(xiàn)出顯著差異。3H-52的葉片細(xì)胞相對(duì)含水量極顯著高于WC（表1），表明轉(zhuǎn)入EDT1基因，棉花品系的抗旱性有一定提高。

表1 葉片細(xì)胞相對(duì)含水量方差分析

2.2 轉(zhuǎn)基因品系3H-52及其受體品系WC花鈴期游離脯氨酸含量比較

游離Pro作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)大量積累，對(duì)于棉花適應(yīng)干旱造成的滲透脅迫有重要意義[8-9]。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的干旱脅迫，轉(zhuǎn)基因棉花品系3H-52與其受體品系WC表現(xiàn)出顯著差異。由表2可知，3H-52的游離Pro平均含量為90.363 μmol/g，WC的游離Pro平均含量為84.180 μmol/g，游離脯氨酸對(duì)干旱脅迫較為敏感，無(wú)論轉(zhuǎn)基因品系或其受體，在高度干旱脅迫下，游離脯氨酸含量大量增加，2個(gè)品系之間差異達(dá)極顯著水平。

表2 游離脯氨酸含量方差分析

2.3 轉(zhuǎn)基因品系3H-52及其受體品系WC花鈴期丙二醛（MDA）含量比較

干旱脅迫會(huì)對(duì)植物的細(xì)胞膜造成傷害，MDA是膜脂過(guò)氧化作用產(chǎn)生的，可作為植物受害程度強(qiáng)弱的指標(biāo)之一[10-12]。隨著脅迫程度加深，植物體內(nèi)丙二醛的含量會(huì)增加。在苗期至花鈴期干旱脅迫下，轉(zhuǎn)基因棉花品系3H-52及其受體品系WC體內(nèi)的丙二醛含量均有增加（表3），3H-52的丙二醛含量為0.049 μmol/g，WC 的丙二醛含量為 0.052 μmol/g，2個(gè)品系丙二醛含量差異達(dá)極顯著水平。可以看出，WC的受害程度較重。

表3 丙二醛含量方差分析

2.4 轉(zhuǎn)基因品系3H-52及其受體品系WC株高比較

干旱脅迫對(duì)棉花的農(nóng)藝性狀有一定的影響，其中株高是比較敏感的一個(gè)性狀[13-14]。干旱脅迫下棉花株高會(huì)有一定的降低（表4），轉(zhuǎn)基因棉花品系3H-52高于其對(duì)照受體品系WC，差異達(dá)極顯著水平，同樣表明轉(zhuǎn)入EDT1基因，棉花的抗旱性有一定提高。

表4 株高方差分析

2.5 轉(zhuǎn)基因品系3H-52及其受體品系WC皮棉產(chǎn)量比較

皮棉產(chǎn)量是棉花抗旱育種的最終目標(biāo)，也是棉花品種抗旱指數(shù)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)[15-16]。由表5可知，全生育期干旱脅迫下，轉(zhuǎn)基因棉花品系3H-52的皮棉產(chǎn)量與受體品系并無(wú)顯著差異，表明轉(zhuǎn)基因品系的抗旱性有一定提高，但其距應(yīng)用于生產(chǎn)還有一定差距，還需進(jìn)一步選育提高。

表5 小區(qū)皮棉產(chǎn)量方差分析

3 結(jié)論與討論

EDT1基因是從擬南芥抗旱突變體中分離克隆的，其在擬南芥中過(guò)量表達(dá)可促使野生型擬南芥根系伸長(zhǎng)、氣孔密度減少，顯著提高了野生型擬南芥抗旱耐鹽性。在轉(zhuǎn)基因煙草、水稻、大豆、楊樹、玉米和小麥中EDT1的抗旱功能已得到可靠驗(yàn)證。將EDT1基因?qū)朊藁ㄒ院螅瑢?duì)轉(zhuǎn)基因棉花品系的抗旱性鑒定非常重要。棉花的抗旱性是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)量性狀，選擇合理的指標(biāo)性狀是抗旱性鑒定的關(guān)鍵，對(duì)此國(guó)內(nèi)外學(xué)者在指標(biāo)選擇上從各個(gè)方面做了大量研究，主要有生理生化指標(biāo)、農(nóng)藝性狀指標(biāo)等，研究表明，生理生化指標(biāo)更能準(zhǔn)確反映抗旱性；農(nóng)藝性狀指標(biāo)更能反映育種價(jià)值和生產(chǎn)潛力；選擇部分生理生化指標(biāo)和農(nóng)藝性狀指標(biāo)相結(jié)合綜合評(píng)價(jià)，可以兼顧抗旱性與產(chǎn)量潛力，是比較合理的鑒定方法等[17-18]。在長(zhǎng)期棉花抗旱育種實(shí)踐的基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)選擇幾個(gè)對(duì)干旱脅迫較為敏感的生理指標(biāo)和與棉花抗旱育種目標(biāo)關(guān)系緊密的農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)鑒定。結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因棉花品系3H-52與其受體棉花品系比較，抗旱性有一定提高，但其皮棉產(chǎn)量還不高，農(nóng)藝性狀還需進(jìn)一步回交改良。植物抗旱性雖然是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)量性狀，但是轉(zhuǎn)入EDT1基因?qū)τ谔岣咧参锟购敌缘男Ч€是比較明顯的，表明轉(zhuǎn)基因抗旱育種是一個(gè)非常有效的抗旱育種途徑。