轉(zhuǎn)基因抗草甘膦除草劑棉花田間效果圖。
本報(bào)訊 近日,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所研究員郭三堆、張銳領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)成功培育出高抗低殘留抗草甘膦除草劑棉花新品系,為我國(guó)棉田雜草防治的機(jī)械化水平提升和降低棉花生產(chǎn)成本提供了可能。相關(guān)研究成果近期在線發(fā)表于植物生物技術(shù)領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威期刊《植物生物技術(shù)雜志(Plant Biotechnology Journal)》上 。
雜草不僅和農(nóng)作物存在水、肥、光和空間等競(jìng)爭(zhēng),而且易滋生病蟲害,嚴(yán)重影響作物生長(zhǎng)發(fā)育,造成產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降,因此雜草防治成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。我國(guó)農(nóng)田的主要雜草超過(guò)250種,分布面積達(dá)4000多萬(wàn)公頃,其中1000多萬(wàn)公頃農(nóng)田受害嚴(yán)重。我國(guó)平均每年因草害造成作物減產(chǎn)約13%,直接經(jīng)濟(jì)損失占農(nóng)作物總產(chǎn)值的10%~20%。草甘膦自1971年誕生以來(lái),已成為全世界第一大除草劑,是玉米、大豆和棉花等作物最主要的除草劑。然而,與美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)轉(zhuǎn)基因抗草甘膦作物的研究和應(yīng)用嚴(yán)重滯后。
生物所科研團(tuán)隊(duì)將從草甘膦嚴(yán)重污染土壤微生物中克隆到的兩個(gè)關(guān)鍵的抗草甘膦基因GR79 EPSPS和GAT進(jìn)行植物偏愛性密碼子改造,構(gòu)建僅含GR79 EPSPS或GAT單基因和同時(shí)含有雙基因的植物表達(dá)載體。結(jié)果發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)基因煙草同時(shí)表達(dá)GR79 EPSPS和GAT基因?qū)Σ莞熟⒌目剐燥@著高于GR79 EPSPS或GAT單基因煙草。進(jìn)一步利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將GR79 EPSPS-GAT雙基因載體轉(zhuǎn)化棉花,利用多種分子檢測(cè)手段,獲得含有一個(gè)和兩個(gè)EPSPS-GAT表達(dá)盒插入的轉(zhuǎn)基因棉花GGCO2和GGCO5,且GR79 EPSPS和GAT基因在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平均高表達(dá)。濃度耐受性測(cè)定表明,GGCO轉(zhuǎn)基因棉花在田間可耐受5倍于生產(chǎn)用草甘膦除草劑的濃度,而且生長(zhǎng)發(fā)育和農(nóng)藝性狀不受影響。更重要的是,由于GAT可以快速乙?;莞熟⒋渭?jí)胺基團(tuán),生成對(duì)植物和動(dòng)物無(wú)毒的乙酰草甘膦,因此噴施草甘膦5天后,與GR79 EPSPS單基因抗草甘膦棉花相比,GGCO雙基因棉花草甘膦殘留量降低了81%~89%。
田間測(cè)算結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的利用栽培措施除草相比,種植GGCO轉(zhuǎn)基因棉花每畝可節(jié)約成本150~200元,顯著降低了棉花的生產(chǎn)成本。目前,GGCO2和多個(gè)抗蟲棉配組獲得40多個(gè)抗蟲和抗草甘膦雙抗新品系,為我國(guó)抗除草劑棉花新品種的培育提供了豐富的種質(zhì)資源。因此,新型的高抗低殘留抗草甘膦棉花產(chǎn)品的成功研發(fā)有望為我國(guó)棉農(nóng)提供一個(gè)管理田間雜草的新選擇,為擴(kuò)展我國(guó)棉花育種技術(shù)平臺(tái)創(chuàng)造新機(jī)會(huì),從而加快我國(guó)核心作物棉花的創(chuàng)新速度。