Basic HTML Version
分子植物育种
(
网络版
), 2012
年
,
第
10
卷
,
第
1206
-
1213
页
Fenzi Zhiwu Yuzhong (Online), 2012, Vol.10, 1206
-
1213
http://mpb.5th.sophiapublisher.com
1210
Bar
基因也常用于抗除草剂基因工程的研究，
Keller
等
(1997)
通过基因枪轰击法，将
bar
基因转化
到珂字棉
312
、岱字棉
50
、海岛棉
Pima
和
El Dorado
四个品种中，获得了抗
Basta
的转基因棉花植株。
遗传分析表明，该基因为单基因显性遗传，符合孟
德尔遗传规律。田间鉴定结果表明，该植株对
Basta
的抗性可达
15 000 ppm
，并且在不同时期施用
PPT
对抗性棉花的生长、产量和品质没有影响
(Keller et
al., 1997)
。
2.3
抗溴苯腈转基因棉花
抗溴苯腈是转基因技术赋予棉花的第一种除
草剂特征。早在
1987
年
Stalker
和
McBride
在土壤
细菌臭鼻杆菌
(
Klebsiella ozaenaen
)
中分离了一种
酶，将其在大肠杆菌中表达后，能将溴苯腈水解成
没有除草功效的
3,5
-二溴-
4
-羟基苯甲酸。
Stalker
等
(1988)
将编码该溴苯腈降解酶的基因
(
Bxn
)
从臭鼻
杆菌中成功克隆，并在光诱导启动子的驱动下，将
其转入烟草发现该基因过量表达能赋予该基因高
水平的溴苯腈抗性。
美国
Calgene
公司将
Bxn
基因和来源于苏云金
孢杆菌的
crylAc
基因，同时导入陆地棉中，得到具
有抗除草剂和抗虫双重抗性的陆地棉品系
3 187/31
808
。
1995
年，法国罗纳普朗克公司
(Rhonc-Poulenc)
培育的抗溴苯腈转基因棉花也顺利上市商业化
(John and Stewart, 2010)
。
2.4
抗磺酰脲类除草剂转基因棉花
20
世纪
80
年代，科学家已经从拟南芥、烟草
等植株中成功分离出编码乙酰乳酸合成酶
(AHAS
或
ALS)
的
als
基因
(
表
1)
，乙酰乳酸合成酶正是磺
酰脲类除草剂的作用靶标。
四倍体棉花中含有多个
ALS
家族成员，其中一
个
ALS
基因的突变体对磺胺脲类表现出了明显的
抗性
(Grula et al., 1995)
。美国
phytogen
公司将从棉
花中克隆的编码
ALS
的基因，进行了编码区改造，
使之产生异构
ALS
，在原有启动子和先导序列的驱
动下，进行了棉花再转化，转化体表现了对绿磺隆
较高的抗性。加拿大
Dupont
公司将
als
基因导入
Cocker312
，获得对绿磺隆具有抗性的棉花品系，于
1997
年顺利上市。
2.5
抗其它类型除草剂转基因棉花
阿特拉津
(atrazine)
是一种光合系统Ⅱ抑制性除
草剂，该类除草剂的作用机理是竞争性的结合光合
作用中质体醌结合部位的
32 kD
蛋白，从而使质体
醌传递电子受阻，能量传递中断，编码
32 kD
蛋白
的
Psba
基因位于叶绿体基因组上。因此想获得高
抗该类除草剂的作物，最有效的方法就是使导入的
基因必须在叶绿体中表达，这样容易达到高效表达
水平，抗除草剂效果好，但是也存在易在遗传过程
中失活、丧失除草活性等缺点。
2,4
-
D
是一种激素类除草剂，培育抗
2,4
-
D
转
基因棉花的的关键是提高作物对
2,4
-
D
的降解能
力。编码
2,4
-
D
二氯苯氧乙酸单加氧酶的
tfdA
基因，
能将
2,4
-
D
转化降解为毒性比
2,4
-
D
下降
100
倍的
2,4
-二氧苯酚。科学家们已经从土壤细菌
A.
eutrophus
中克隆了
tfdA
，并将其导入珂字棉中，获
得的转基因植株可耐大田使用浓度的
2
倍以上的有
效剂量
(Lyon et al., 1989; Barley et al., 1992)
。
Lyon
等
(1993)
也将该基因导入棉花中，获得了抗
2,4
-
D
的能力增加了
50~100
倍的转基因植株。
3
杂草对除草剂的抗性问题
除草剂的使用，为人类是生产生活带来了极大
的利益，同时也在一定程度上破坏了生态平衡，抗
除草剂作物的培育使得除草剂的使用量，使用频度
迅速增长，从而为杂草抗性的产生埋下了伏笔。杂
草对除草剂抗性的产生需有两个条件，一是杂草种
群内存在遗传差异，二是存在除草剂的选择压。杂
草种群内遗传差异可以是本身就存在的，也可以是
由于突变产生的。选择压的强度决定于除草剂的使
用量、使用频度和有效期。连续使用单一除草剂，
形成的选择压大，易使杂草产生抗药性。
到
2012
年
3
月
1
日为止，已经在
570 000
个地
区
(fields)
，发现有
200
种
(Species)
杂草的
372
抗性
生态型
(Resistant Biotypes)
对常用的除草剂具有抗
性
(http://www.weedscience.org)
。对棉田几种常用除
草剂的抗性分析，可以看出，早在
1957
年就发现
杂草对
2,4
-
D
-具有抗药性，一直到上世纪
80
年代，
共在
6
个地方发现有
5
种杂草具有抗药性，从
1980
年至
2011
年底，对
2,4
-
D
具有抗性的杂草及所分布
地区持续增长，共在
46
个地区的
29
种杂草上发现；
在
1980
年首次发现对百草枯具有抗性的杂草，其
增长趋势与
2,4
-
D
类似，至
2011
年底，共在
44
个
地区的
25
种杂草上发现
(
图
1;
图
2)
；草甘膦作为
一种优秀的非选择性除草剂，截止到
1997
年，只
在一个地区的一种杂草上发现有抗药性；
1997
年
后，由于转基因抗草甘膦作物的快速推广，伴随着