棉花突变体种质资源创制概述

马燕斌 ，王 霞 ，张树伟 ，李换丽 ，吴 霞 ，王新胜

（1.山西省农业科学院棉花研究所，山西 运城 044000；2.运城学院生命科学系，山西 运城 044000）

作物品种的选育离不开种质资源的创新，选育过程就是育种家对种质资源的基因进行优胜劣汰的过程，而基因的差异也决定了不同种质资源间的差异。长期以来，研究人员一直通过物理化学诱变、插入或删除突变、RNAi干扰以及过量表达等不同途径来创新种质资源，以满足对不同作物品种培育和基因功能研究的需要。所有的这些突变种质资源创新其最终目标是探究了解不同基因在作物发育过程中的角色，并对其各种可能的利用价值加以评价。因此，了解作物中的基因功能也就对作物发育过程及其分子调控等机理有了更加清楚的认识。而创制和利用植物突变体对促进植物功能基因的发掘研究具有重要价值。

1 植物突变体研究的广泛性

目前，在植物研究方面，除拟南芥突变为大家所熟知外，国内外研究者在水稻、玉米、小麦、大豆、棉花、番茄、烟草等不同作物均获得了不同性状变异的突变体株[1-14]。其中，水稻的卷叶、矮秆多分蘖、雄性不育突变体，小麦的矮化、不育等突变体，玉米有矮秆等突变体，大豆有矮化突变体等。这些突变体来源于自然遗传变异或者人为创制后获得，在农艺经济性状均表现出特定的变异。这些变异的优势或者缺点被研究者所利用，并获得了巨大的经济效益，如我国在杂交水稻中对雄性不育突变基因的利用方面成绩斐然。

2 棉花突变体价值及获得的途径

在棉花基因组研究中，棉花突变体的获得有利于棉花功能基因研究，同时也是新的棉花种质资源的创制。相较于水稻、玉米等二倍体作物而言，异源四倍体棉花本身基因组较大且结构复杂，获得突变体途径大致分为以下几类：物理诱变或化学诱变，包括对种子或者愈伤的处理等，该方法作为突变资源筛选可用于遗传育种，后期在基因定位和基因本身阐释方面则工作量巨大。通过转基因技术获得的突变体，包括过表达外源基因突变、T-DNA插入突变、目标基因沉默干扰突变等，该类方法是构建棉花突变体资源的可选途径，但是前期转化投入成本较高。另外，自然变异及人工杂交也是棉花突变体的重要来源。

3 主要棉花功能基因突变体的创制研究

从各种棉花突变体的公开报道看，这些棉花突变体涉及棉花株型、棉纤维品质以及抗性性状居多，从来源分析看，由于研究者自身具有创造棉花变异资源的技术，可以分为自然变异或者人工变异。从突变本身看，变异就是基因功能的增加或者缺失，或者是受基因控制的部分性状的加强或者减弱。因此，笔者从以下2个方面分别对这些突变体进行概述。

3.1 自然变异的棉花突变体及其特征

植物突变体对基因功能鉴别及生产利用具有重要价值。如我国的水稻雄性不育突变体的利用，太谷核不育小麦、小麦矮变一号等。棉花突变体主要集中在株型与纤维方面居多。其中，与株型相关的突变体包括棉花矮秆突变体，特征为子叶和真叶卷缩并矮化；雄性不育突变体表现为花粉败育、卷叶、叶面皱缩。与纤维相关的突变体有无绒光籽突变体，特征表现为无纤维绒毛；另外，还有短纤维突变体、纤维不成熟突变体、矮秆不育突变体等。这些突变体对丰富棉花种质资源及研究棉花生长发育具有极高的利用价值[15-17]。

3.2 人工创制突变体的研究

人工创制突变体为基因功能研究创造了一条高效的途径，通过物理化学诱变、或者转基因插入等应属于该类突变体。该类突变体创制范围极广，极大地拓展了棉花种质资源的发掘和培育，包括抗虫棉、抗除草剂、耐盐、耐旱等过表达外源基因棉花种质的创制[18-26]，其中，抗虫棉、抗除草剂极具有代表性，这些基因广泛来源于动植物、微生物等。另外，通过转化在棉株内过表达单个基因，或者干扰删除某个或者某一类基因来获得的突变体研究已经成为一种必要途径。

4 展望

棉花是重要经济作物之一，棉花种植依然长期关系国计民生。当前国内棉花生产效益较低，种植面积持续下降，棉花产品加工行业对高品质进口棉花的需求增加，进一步对国内棉花生产安全局面形成挤压，同时对整个棉花生产行业也构成新的危机。在此趋势下，棉花高产、优质等资源突破和简化种植技术革新手段将是棉花满足农业竞争需求的关键因素。因此，通过发掘重要功能基因、积累创新棉花各类资源、创新棉花遗传育种、探索新的栽培模式、提高棉花生产品质等各个环节亟待加强，这些环节的整体提升对促进国内棉花育种和生产利用具有重要的意义。其中，通过提升棉花基础研究无疑是极其重要的环节部分。

从长期发展来看，四倍体陆地棉作为我国的棉花主栽品种，构建棉花陆地棉突变体库具有重要价值。而构建具有自主知识产权的棉花突变体库是我国棉花功能基因组研究的迫切需要，也是一项长期战略。目前，国内外不同科研单位尝试通过不同途径创制包括棉花在内的作物突变体资源，棉花突变体资源的创制获得，为寻找、定位和克隆不同发育和生理途径的基因成为可能，将对阐释研究棉花高产、优质、多抗等发育调控特征具有重要价值。并将在基因水平推动棉花育种、栽培、生理、发育等一系列研究，这将会对棉花农业生产产生巨大影响。将对棉花分子设计育种直接起到积极的促进作用，并将与不同作物结合、继而实现推动整个作物领域的研究，但不可否认的是创制突变体资源的长期性、困难性及经费支持等面临巨大的挑战。

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