“科學家首次將甜菜紅素導入棉花并穩定表達，為創制新類型彩色棉奠定了基礎”
近日，中國農業科學院棉花研究所棉花分子遺傳改良創新團隊成功將甜菜紅素在棉花纖維中富集，創制出纖維粉紅色的棉花，為利用基因工程方法培育多類型彩色纖維棉提供了新思路。中國農業科學院棉花研究所研究員葛曉陽在接受新京報記者采訪時表示，基因工程改造屬于環境友好型方法，在滿足人們需求的同時，更加綠色生態。
中國農科院棉花研究所棉花分子遺傳改良創新團隊負責人李付廣在溫室查看棉花表型。受訪者供圖
首次培育出粉紅色棉花
世界上絕大多數棉花品種生產白色纖維，然后在紡織加工過程中用化學染料著色，以滿足消費者的不同需求。葛曉陽說：“這就造成了潛在的環境污染，對人類和動物健康都是不利的。”他介紹，大自然中現存的天然彩色棉，主要是棕色和綠色，但它們的農藝性狀和纖維品質較差，嚴重阻礙了它們在棉花育種中的廣泛應用。
隨著人們生活水平的提高，對“天然”的需求越來越大，這便成為創造彩色纖維棉花的動力。葛曉陽告訴記者，棉花分子遺傳改良創新團隊對植物色素形成調控基因進行研究中，通過合成生物技術來創造彩色纖維。
色素積累通常會在不同的植物組織中產生豐富多彩的表型，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制出不同顏色的棉花呢？葛曉陽及其所在的棉花分子遺傳改良創新團隊產生了探索的想法，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的3個關鍵基因進行密碼子優化，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，導致顏色變淺，未來需要就如何使成熟纖維的顏色不褪色進行深入研究。這是科學家首次將甜菜紅素導入棉花并穩定表達，為創制新類型彩色棉奠定了基礎。
在棉花中富集甜菜紅素獲得粉紅色棉花。受訪者供圖
科研的最終目的是適應人們的需求
目前，棉花紡織加工需要大量化學染料，污染環境、影響健康。葛曉陽認為，通過遺傳工程手段創制出不同類型彩色纖維棉花可有效減少化學染料使用量。“人們對品質生活的需求變高，加上對化工染料過敏的人群，使得培育環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，整個周期為七到八個月，葛曉陽說，團隊大概花了兩年多的時間，才成功培育出高代穩定遺傳的粉紅色棉花。他說：“在實驗過程中問題是不斷出現的，我們要做的就是多討論，尋找解決方案，解決問題，達到創制新型彩色棉花的目的。”
實際上，粉紅色棉花還并未達到研究團隊的最高預期，下一步科研人員將針對甜菜紅素沉積而不消退的機理進行深入的研究。“最終的目的就是將彩色棉花品種能夠推廣和應用到市場中，滿足更多人群的需要，所以還需要進一步研究和實驗。”
“這次研究成果給了我們信心。”葛曉陽說：“我們的研究結果表明，可以通過基因工程改良產生天然粉紅色棉花，并且不會影響棉花的纖維產量和質量，未來將可以替代合成染料生產出的彩色棉纖維，提供一個更加環保和健康的天然彩色產品。”
高產優質宜機械化和耐鹽堿是國內棉花育種的主要方向
經過十幾年的發展，目前我國棉花種植主要分布在新疆維吾爾自治區，新疆有約四千萬畝的棉花，其產量占國內棉花總產量的90%左右。葛曉陽表示：“除去新疆地區，目前國內棉花種植的機械化程度相對低些，人力成本也比較高，因此要想在其他地方恢復一些棉花種植面積，就需要培育一些適宜機械化的棉花新品種，這是未來棉花育種的方向之一。”
“棉花屬于經濟作物，培育高產優質的新品種，是我們一直在做的事情。”葛曉陽提出，在不與糧爭地的大背景下，擴大在鹽堿旱地的種植面積是棉花重要的育種方向，鹽堿地、旱地等特殊土地類型若能利用起來，對擴大棉花種植，提升產量有重大意義。“所以棉花育種，還需要考慮加強棉花的耐鹽堿能力。”
數據顯示，每年我國的棉花產量位于世界首位，同時，我國是紡織大國，每年仍需要從國外進口棉花。葛曉陽認為，培育優質高產的棉花能夠更好滿足國內棉花紡織產業的需求，他說：“棉花育種是一件隨著需求變化不斷開拓方向的事情，這需要慢慢做，用心做。”
