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成功培育粉红色棉花 基因工程方法助力多彩棉花的实现

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-01-17  来源:新京报 2023年1月10日  作者:高敬 杨静 叶婧  浏览次数:382
 
“科学家首次将甜菜红素导入棉花并稳定表达,为创制新类型彩色棉奠定了基础”
 
  近日,中国农业科学院棉花研究所棉花分子遗传改良创新团队成功将甜菜红素在棉花纤维中富集,创制出纤维粉红色的棉花,为利用基因工程方法培育多类型彩色纤维棉提供了新思路。中国农业科学院棉花研究所研究员葛晓阳在接受新京报记者采访时表示,基因工程改造属于环境友好型方法,在满足人们需求的同时,更加绿色生态。
  

中国农科院棉花研究所棉花分子遗传改良创新团队负责人李付广在温室查看棉花表型。受访者供图
  
  首次培育出粉红色棉花
  
  世界上绝大多数棉花品种生产白色纤维,然后在纺织加工过程中用化学染料着色,以满足消费者的不同需求。葛晓阳说:“这就造成了潜在的环境污染,对人类和动物健康都是不利的。”他介绍,大自然中现存的天然彩色棉,主要是棕色和绿色,但它们的农艺性状和纤维品质较差,严重阻碍了它们在棉花育种中的广泛应用。
  
  随着人们生活水平的提高,对“天然”的需求越来越大,这便成为创造彩色纤维棉花的动力。葛晓阳告诉记者,棉花分子遗传改良创新团队对植物色素形成调控基因进行研究中,通过合成生物技术来创造彩色纤维。
  
  色素积累通常会在不同的植物组织中产生丰富多彩的表型,比如原花青素及其衍生物就是棕色棉纤维成色的色素。那么能不能利用不同色素创制出不同颜色的棉花呢?葛晓阳及其所在的棉花分子遗传改良创新团队产生了探索的想法,他们想到了火龙果中的甜菜红素。
  
  该研究首先将甜菜红素合成相关的3个关键基因进行密码子优化,以棉花品种“中棉所49”为受体获得了富含甜菜红素棉花新材料。未成熟的纤维因甜菜红素积累而表现出粉红色表型,成熟纤维中甜菜红素的含量随着液泡的裂解而降低,导致颜色变浅,未来需要就如何使成熟纤维的颜色不褪色进行深入研究。这是科学家首次将甜菜红素导入棉花并稳定表达,为创制新类型彩色棉奠定了基础。
  

在棉花中富集甜菜红素获得粉红色棉花。受访者供图
  
  科研的最终目的是适应人们的需求
  
  目前,棉花纺织加工需要大量化学染料,污染环境、影响健康。葛晓阳认为,通过遗传工程手段创制出不同类型彩色纤维棉花可有效减少化学染料使用量。“人们对品质生活的需求变高,加上对化工染料过敏的人群,使得培育环境友好型天然彩色纤维就更加重要。”
  
  从基因克隆到获得T0代新型彩色纤维棉花,整个周期为七到八个月,葛晓阳说,团队大概花了两年多的时间,才成功培育出高代稳定遗传的粉红色棉花。他说:“在实验过程中问题是不断出现的,我们要做的就是多讨论,寻找解决方案,解决问题,达到创制新型彩色棉花的目的。”
  
  实际上,粉红色棉花还并未达到研究团队的最高预期,下一步科研人员将针对甜菜红素沉积而不消退的机理进行深入的研究。“最终的目的就是将彩色棉花品种能够推广和应用到市场中,满足更多人群的需要,所以还需要进一步研究和实验。”
  
  “这次研究成果给了我们信心。”葛晓阳说:“我们的研究结果表明,可以通过基因工程改良产生天然粉红色棉花,并且不会影响棉花的纤维产量和质量,未来将可以替代合成染料生产出的彩色棉纤维,提供一个更加环保和健康的天然彩色产品。”
  
  高产优质宜机械化和耐盐碱是国内棉花育种的主要方向
  
  经过十几年的发展,目前我国棉花种植主要分布在新疆维吾尔自治区,新疆有约四千万亩的棉花,其产量占国内棉花总产量的90%左右。葛晓阳表示:“除去新疆地区,目前国内棉花种植的机械化程度相对低些,人力成本也比较高,因此要想在其他地方恢复一些棉花种植面积,就需要培育一些适宜机械化的棉花新品种,这是未来棉花育种的方向之一。”
  
  “棉花属于经济作物,培育高产优质的新品种,是我们一直在做的事情。”葛晓阳提出,在不与粮争地的大背景下,扩大在盐碱旱地的种植面积是棉花重要的育种方向,盐碱地、旱地等特殊土地类型若能利用起来,对扩大棉花种植,提升产量有重大意义。“所以棉花育种,还需要考虑加强棉花的耐盐碱能力。”
  
  数据显示,每年我国的棉花产量位于世界首位,同时,我国是纺织大国,每年仍需要从国外进口棉花。葛晓阳认为,培育优质高产的棉花能够更好满足国内棉花纺织产业的需求,他说:“棉花育种是一件随着需求变化不断开拓方向的事情,这需要慢慢做,用心做。”
 
 
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