“科學(xué)家首次將甜菜紅素導(dǎo)入棉花并穩(wěn)定表達(dá)，為創(chuàng)制新類(lèi)型彩色棉奠定了基礎(chǔ)”
近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所棉花分子遺傳改良創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成功將甜菜紅素在棉花纖維中富集，創(chuàng)制出纖維粉紅色的棉花，為利用基因工程方法培育多類(lèi)型彩色纖維棉提供了新思路。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所研究員葛曉陽(yáng)在接受新京報(bào)記者采訪(fǎng)時(shí)表示，基因工程改造屬于環(huán)境友好型方法，在滿(mǎn)足人們需求的同時(shí)，更加綠色生態(tài)。
中國(guó)農(nóng)科院棉花研究所棉花分子遺傳改良創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人李付廣在溫室查看棉花表型。受訪(fǎng)者供圖
首次培育出粉紅色棉花
世界上絕大多數(shù)棉花品種生產(chǎn)白色纖維，然后在紡織加工過(guò)程中用化學(xué)染料著色，以滿(mǎn)足消費(fèi)者的不同需求。葛曉陽(yáng)說(shuō)：“這就造成了潛在的環(huán)境污染，對(duì)人類(lèi)和動(dòng)物健康都是不利的。”他介紹，大自然中現(xiàn)存的天然彩色棉，主要是棕色和綠色，但它們的農(nóng)藝性狀和纖維品質(zhì)較差，嚴(yán)重阻礙了它們?cè)诿藁ㄓN中的廣泛應(yīng)用。
隨著人們生活水平的提高，對(duì)“天然”的需求越來(lái)越大，這便成為創(chuàng)造彩色纖維棉花的動(dòng)力。葛曉陽(yáng)告訴記者，棉花分子遺傳改良創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)對(duì)植物色素形成調(diào)控基因進(jìn)行研究中，通過(guò)合成生物技術(shù)來(lái)創(chuàng)造彩色纖維。
色素積累通常會(huì)在不同的植物組織中產(chǎn)生豐富多彩的表型，比如原花青素及其衍生物就是棕色棉纖維成色的色素。那么能不能利用不同色素創(chuàng)制出不同顏色的棉花呢？葛曉陽(yáng)及其所在的棉花分子遺傳改良創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)產(chǎn)生了探索的想法，他們想到了火龍果中的甜菜紅素。
該研究首先將甜菜紅素合成相關(guān)的3個(gè)關(guān)鍵基因進(jìn)行密碼子優(yōu)化，以棉花品種“中棉所49”為受體獲得了富含甜菜紅素棉花新材料。未成熟的纖維因甜菜紅素積累而表現(xiàn)出粉紅色表型，成熟纖維中甜菜紅素的含量隨著液泡的裂解而降低，導(dǎo)致顏色變淺，未來(lái)需要就如何使成熟纖維的顏色不褪色進(jìn)行深入研究。這是科學(xué)家首次將甜菜紅素導(dǎo)入棉花并穩(wěn)定表達(dá)，為創(chuàng)制新類(lèi)型彩色棉奠定了基礎(chǔ)。
在棉花中富集甜菜紅素獲得粉紅色棉花。受訪(fǎng)者供圖
科研的最終目的是適應(yīng)人們的需求
目前，棉花紡織加工需要大量化學(xué)染料，污染環(huán)境、影響健康。葛曉陽(yáng)認(rèn)為，通過(guò)遺傳工程手段創(chuàng)制出不同類(lèi)型彩色纖維棉花可有效減少化學(xué)染料使用量。“人們對(duì)品質(zhì)生活的需求變高，加上對(duì)化工染料過(guò)敏的人群，使得培育環(huán)境友好型天然彩色纖維就更加重要。”
從基因克隆到獲得T0代新型彩色纖維棉花，整個(gè)周期為七到八個(gè)月，葛曉陽(yáng)說(shuō)，團(tuán)隊(duì)大概花了兩年多的時(shí)間，才成功培育出高代穩(wěn)定遺傳的粉紅色棉花。他說(shuō)：“在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中問(wèn)題是不斷出現(xiàn)的，我們要做的就是多討論，尋找解決方案，解決問(wèn)題，達(dá)到創(chuàng)制新型彩色棉花的目的。”
實(shí)際上，粉紅色棉花還并未達(dá)到研究團(tuán)隊(duì)的最高預(yù)期，下一步科研人員將針對(duì)甜菜紅素沉積而不消退的機(jī)理進(jìn)行深入的研究。“最終的目的就是將彩色棉花品種能夠推廣和應(yīng)用到市場(chǎng)中，滿(mǎn)足更多人群的需要，所以還需要進(jìn)一步研究和實(shí)驗(yàn)。”
“這次研究成果給了我們信心。”葛曉陽(yáng)說(shuō)：“我們的研究結(jié)果表明，可以通過(guò)基因工程改良產(chǎn)生天然粉紅色棉花，并且不會(huì)影響棉花的纖維產(chǎn)量和質(zhì)量，未來(lái)將可以替代合成染料生產(chǎn)出的彩色棉纖維，提供一個(gè)更加環(huán)保和健康的天然彩色產(chǎn)品。”
高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)宜機(jī)械化和耐鹽堿是國(guó)內(nèi)棉花育種的主要方向
經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，目前我國(guó)棉花種植主要分布在新疆維吾爾自治區(qū)，新疆有約四千萬(wàn)畝的棉花，其產(chǎn)量占國(guó)內(nèi)棉花總產(chǎn)量的90%左右。葛曉陽(yáng)表示：“除去新疆地區(qū)，目前國(guó)內(nèi)棉花種植的機(jī)械化程度相對(duì)低些，人力成本也比較高，因此要想在其他地方恢復(fù)一些棉花種植面積，就需要培育一些適宜機(jī)械化的棉花新品種，這是未來(lái)棉花育種的方向之一。”
“棉花屬于經(jīng)濟(jì)作物，培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的新品種，是我們一直在做的事情。”葛曉陽(yáng)提出，在不與糧爭(zhēng)地的大背景下，擴(kuò)大在鹽堿旱地的種植面積是棉花重要的育種方向，鹽堿地、旱地等特殊土地類(lèi)型若能利用起來(lái)，對(duì)擴(kuò)大棉花種植，提升產(chǎn)量有重大意義。“所以棉花育種，還需要考慮加強(qiáng)棉花的耐鹽堿能力。”
數(shù)據(jù)顯示，每年我國(guó)的棉花產(chǎn)量位于世界首位，同時(shí)，我國(guó)是紡織大國(guó)，每年仍需要從國(guó)外進(jìn)口棉花。葛曉陽(yáng)認(rèn)為，培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的棉花能夠更好滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)棉花紡織產(chǎn)業(yè)的需求，他說(shuō)：“棉花育種是一件隨著需求變化不斷開(kāi)拓方向的事情，這需要慢慢做，用心做。”
