改良棉花纤维品质研究

丁志辉

我国棉花品质改良进入瓶颈期，虽然目标仍是在保持其他品质指标的同时，重点提高纤维强度，但由于缺乏优异种质系、亲本材料和创新技术，主要品质指标改观并不明显。因此，利用常规育种与生物技术相结合的方法培育优质棉花是我国棉花育种的当务之急。

（1）纤维伸长相关基因及转基因研究。 提高高产棉花品种的纤维长度一直是棉花育种专家努力的目标，而利用从棉花纤维伸长机理研究所获得的一些与纤维伸长直接相关基因是转基因改良棉花纤维品质的重要目的基因。在逆境条件下，纤维品质结果表明转基因株系纤维平均长度比非转基因株系增加 7% 左右。Wang 等将肌动蛋白结合蛋白基因转入棉花MY 中，纤维长度分析表明，转基因株系 156、176纤维长度比非转基因株系低 14.5% 左右。组成细胞骨架的基本结构蛋白普遍是多基因家族基因编码，并且同一家族不同基因表达在棉纤维发育各个时期表达有明显差异。此外，细胞骨架在棉纤维发育中如何调控纤维伸长及组成细胞壁纤维素纤维丝的沉积，其具体作用机理目前还不清楚。

（2）影响棉纤维糖类物质代谢改良纤维品质。成熟棉纤维的主要组成部分是纤维素，纤维素是葡萄糖分子通过糖苷键连接而形成的子化合物。目前普遍认为，在棉纤维细胞中，纤维素以尿苷二磷酸葡萄糖为底物由纤维素合酶催化合成。纤维素的合成涉及细胞中多种酶及其产物的相互作用。棉花蔗糖合酶是棉纤维合成的重要功能酶，此酶催化蔗糖分解为果糖和尿苷二磷酸葡萄糖原酶基因并将棉花内固醇，结果表明转基因植株株系纤维长度比非转基因株系低 5% 左右。目前利用植物激素合成基因及其信号途径相关基因为目的基因得到的转基因棉的纤维长度明显强于非转基因棉。但是，由于受到目的基因、受体、启动子等客观因素的影响所得的棉花株系改良效果不尽相同。

（3）利用棉纤维中细胞骨架结构蛋白及其调节因子改良纤维品质。细胞骨架是广泛存在于真核细胞中的纤维状结构，对于维持细胞形状、物质运输、细胞的伸长等具有重要影响。高等植物细胞骨架结构除了组成细胞骨架的基本蛋白成分外，一些细胞骨架结合蛋白对于维持细胞骨架结构及其正常生理功能的发挥具有重要作用。在棉花中，已发现多种细胞骨架结合蛋白。肌动蛋白结合蛋白通过调控微丝的结构在微管结合影响纤维素微纤维，此激酶也可以介导微丝和微观之间的相互作用。此外，肌动蛋白解聚因子也是一种重要的微丝调节蛋白。

（4）其他相关基因用于改良纤维品质。不同发育阶段所特异性表达的基因种类及数量有着巨大的差异，其中一些基因在整个棉纤维发育过程都持续表达。整个棉纤维发育过程所涉及的任何一种基因都能够作为棉花基因工程潜在的目的基因，并且棉花植株的一些非纤维组织特异性表达的基因对棉花纤维品质可能有潜在的影响，这些基因同样也可作为棉花基因工程潜在的目的基因。

植物基因工程作为近些年发展起来并逐渐走向成熟的一项新技术，在发展过程中存在一些问题。棉花纤维发育涉及多种代谢相互作用，细胞中的许多代谢产物对纤维的发育及纤维品质有重要的影响，并且棉纤维的发育是多基因共同表达及相互作用的结果。但是，目前棉花基因工程所选择的目的基因大多是直接影响与纤维素合成或纤维伸长基因。此外，启动子对目的基因的表达和转基因棉花纤维品质有非常重要的影响。目前基因工程研究所用的转化方法的转化效率普遍偏低。这些依然是基因工程改良棉花纤维品质需要持续研究并解决的问题。

（作者单位：新疆昌吉州纤维检验所）