转基因棉花抗黄萎病研究进展

李周博，郭楠楠，古丽罕·如则，努尔比叶·吐尔洪，顾爱星

新疆农业大学农学院，农林有害生物监测与安全防控重点实验室，乌鲁木齐 830052

黄萎病是一种对棉花危害极大的土传病害，对世界棉花生产的影响很大。由于其特殊的致病机理，且多个生长时期都能侵染，至今还尚未研制出有效的防治方法，只能采用一些常规的防治手段进行效果有限的控制。转基因技术的出现使得棉花黄萎病的防治出现了转折点，利用基因工程技术培育转基因抗病棉花品种已经刻不容缓。

1 棉花黄萎病

棉花作为重要的经济作物，在人类的纺织业中占有重要位置，人类使用的纤维大约有50%来自棉花纤维[1]。棉花在我国农业生产中一直占有重要地位，目前，新疆棉区已超越了黄河流域棉区，成为我国最大的棉花种植区，但由于病害造成的棉花减产问题较为突出，其中以黄萎病造成的损失最大，由于棉花黄萎病特殊的致病机理，一直都未能研制出有效的防治措施，只能利用一些常规的病害防治手段进行预防或减轻棉花黄萎病的发生。

棉花黄萎病1935 年从美国传进了中国，随后很快就在全国传播开来，对我国的棉花产业造成了巨大生物危害[2]。据相关统计，目前中国已有50%的棉花发生了黄萎病，对我国棉花经济造成了巨大的损失，现在棉花黄萎病已经成为了制约我国棉花生产的主要障碍[3]。虽然目前人们已经研制出了很多种防治黄萎病的方法，但绝大多数的方法只能进行有限的控制，而不能很好的进行防治。例如在黄萎病爆发的棉区，采用高粱轮作虽然可以延缓黄萎病病菌的积累，但其防治效果不是很好[4]。随着科学技术的发展，人们开始将植物转基因技术用在棉花黄萎病的防治上，通过基因工程的方法培育棉花抗黄萎病品种将成为今后研究的主要方向。

2 致病机理

棉花黄萎病的致病菌主要是大丽轮枝菌(Verticillium dahliae Kleb.) 和黑白轮枝菌(Verticilliumalbo-atrum Reinke & Berth.)[5]。其中大丽轮枝菌在土壤中通过根尖部分侵入棉花体内，从而危害棉花的维管束，导致棉花发病。发病时，棉花叶片先会失绿变黄，到后期结铃时桃铃会脱落，严重时会导致棉花枯萎死亡。关于棉花黄萎病病菌的致病机制，目前主要有导管阻塞说和蛋白毒性说两种观点[6]。

3 棉花抗黄萎病基因研究进展

植物转基因技术就是一种将特定的基因导入宿主植物，并使其能在植物中正常表达，获得满足人类需求的植物品种的技术。如今，已经有农杆菌介导法、基因枪法、花粉管通道法等一系列植物转基因方法[7]。目前应用的基因主要有几丁质酶、P-1,3-葡聚糖酵素植物防卫素、硫素及葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase, GO)等外源抗病基因，并得转基因抗病棉花株系[8]。随着植物转基因技术的不断成熟，人们开始将植物转基因这种方法运用在棉花黄萎病的防治上，在转基因棉花上用的最多的方法主要是农杆菌介导法。

农杆菌介导法是将特定的基因转入根癌农杆菌中，然后用根癌农杆作为介导侵染受体植株，最后将特定的基因转入到受体植物细胞基因组中，从而获得满足人们需求的转基因植株[9]。在使用农杆菌介导法时有很多的注意事项，首先在获取受植体植株的过程中一定要规范操作，严格遵循无菌操作，环境和工具消毒也一定要彻底。其次在将农杆菌中的特定基因转化到受植体的过程中，植物激素和抗生素的用量一定要严格把控，同时农杆菌菌液的OD 值和侵染的时间这些条件也都是至关重要的，一定要控制好温湿度和光照时间。如其中有某项不达标很容易引起杂菌污染，从而导致失败。我国目前利用农杆菌介导法培育出来的抗黄萎病棉花品种，例如吴家和等把几丁质酶基因经农杆菌转入陆地棉品冀321 和中棉所35 基因组，获得了转基因棉花，经过检测，7 个转化株均表现出不同程度的抗黄萎病或耐黄萎病特性[10]。农杆菌介导法是一种很好的转基因方法，不过时间周期相对较长。通过科研工作者们的种种研究成果表明了转基因抗病棉花有望彻底防治黄萎病。通过科研工作者们的种种研究成果表明了转基因抗病棉花有望彻底防治黄萎病。

经过数十年的努力，我国棉花黄萎病育种和转基因抗病棉均取得了初步的进展。但是，由于缺乏优异的棉花抗原、遗传基础及抗性机制不清、抗病基因常与一些不良农艺性状连锁等原因，棉花黄萎病抗病育种进展缓慢，育成的多数品种的抗病性较差。目前为止国内尚未能研制出高抗的品种。同时，由于病原菌变异频繁，一些耐病品种投入生产后抗性丧失快。随着棉花黄萎病的不断蔓延和危害程度的加剧，我国棉花产业受到了非常大的影响。但是随着转基因技术的不断发展，越来越多的转基因抗黄萎病的棉花品种被研制出来。相信在不久的将来科研工作者们一定能使用转基因技术研制出高抗、稳定、优质的棉花品种。