全 文 ：武汉植物学研究 1999, 17(3) : 259～266
J ournal of Wuhan Botanical Resear ch
棉花生物技术研究概况
É.棉花组织培养与基因工程研究X
张献龙　孙济中
(华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室　武汉　430070)
REVIEWS OF THE STUDY ON BIOTECHNOLOGY
OF COTTON
É. TISSUE CULTURE AND GENETIC ENGINEERING IN COTTON
Zhang Xianlong　Sun Jizhong
( State Key Laboratory f or Genet ic I mpr ovement of Cr op s, H uazhong Agricultural University　Wuhan　430070)
关键词　棉花, 生物技术,组织培养, 基因工程
Key words　Cotton, Biotechnology, Tissue culture, Genetic engineering
棉花是一种重要的经济作物, 对国民经济、人民生活、国防等都具有重要作用。常规遗传育种方法在
改进棉花品质、产量和抗性方面已不再象过去那样有效, 因为长期以来在品种之间杂交使其遗传变异越
来越窄狭。为了解决这一问题, 科学研究者近年非常重视棉花生物技术的研究,现对棉花组织培养和基
因工程方面的研究分别进行综述。
1　棉花组织培养
1. 1　胚珠培养
这一研究体系的建立主要是为了研究纤维发育〔1, 2〕, 其研究成果主要有如下几个方面:
( 1) 研究纤维发育及其生理。人们对陆地棉和海岛棉纤维中的激素差异很感兴趣,因为它关系到为
什么海岛棉纤维延长时间比陆地棉长, 其目的是找出有关基因以改良陆地棉的纤维长度。Tr iplet t〔3〕利
用光籽棉种胚珠培养研究激素对纤维形成的影响, 发现增加 IAA 和 GA 的浓度对光籽胚珠产生纤维的
百分率有协同效应, 证明激素与纤维诱发有关。
( 2) 研究寄主与病原菌的相互作用。Mellon 等〔4, 5〕, 在培养胚珠时在培养基中接种 Asp ergillus
f lavus(一种真菌,致使油和种仁蛋白对人畜有害 ) ,发现胚珠在培养中有整株棉株一样的抵抗反应。
( 3) 克服种间杂交不亲和。目前已利用这一技术获得了 20个组合左右的杂种后代〔6〕。
( 4) 提高远缘杂种成胚率。通过胚珠培养可使某些远缘杂种的成胚率呈数倍增长〔7〕。
X
收稿日: 1998-04-07,修回日: 1998-07-10。第一作者:男, 1963年出生,教授(博士) ,从事作物遗传育种研究。
霍英东教育基金资助项目。
1. 2　茎尖培养
茎尖培养最初想用于遗传转化〔8, 9〕,实际上, 在稀有种质和不育材料的繁殖方面亦有重要用途。
田间所获茎尖和无菌苗的茎尖培养方法和效率有很大差异,现比较如表 1。
表 1　不同来源茎尖培养方法和效果比较
T able 1　Comparison on methods and results of apex cultur e
between field and aseptic plants
项目　　
Item　　 田间材料Field plant 无菌苗Asept ic seedlin g
培养基
Medium 无影响〔10〕 对培养效果有明显影响〔11〕
激素
Hormon es 有严重影响〔12〕 无影响或影响不大〔9, 11, 13〕
基因型
Genotypes 关系密切〔14〕,无关〔10〕 无影响〔11, 14〕
茎尖大小
Length of apex 需 3～10 mm长〔10, 15〕 可小到 0. 5 mm〔11〕
母体发育或生理状态
Status of donor plants 有严重影响 有一定影响
培养成苗难易
Regenerat ion 难 易
1. 3　体细胞培养与植株再生
1983 年, Davidonis〔16〕第
一次从继代保持 2 年多的
Coker 310 愈伤偶然获得了再
生植株,引起了一些棉花研究
者的兴趣。Trolinder 等〔17, 18〕
通过技术改进, 尤其是采用培
养基 KNO3加倍技术、悬浮培
养技术和 Coker 棉系统高频
胚胎发生材料的发现, 使棉花
细胞再生植株技术大大向前
推动了一步。我国学者陈志贤
将 Trolinder 的技术引入我
国, 成功地从多个国内品种再
生了植株〔19〕。我们在研究中发现具有胚胎发生能力的品种具有严重的地域性限制,黄河流域品种比长
江流域品种容易获得再生植株〔20〕。在前人工作基础上进一步改进, 我们建立了一个很易获得再生植株
的技术程序〔21〕。由于棉花叶片大,蒸腾严重, 试管苗移栽成功率极低,我们建立了3 个有效的试管苗移栽
入土的技术方法:降低叶片蒸腾法——叶面涂 50% 石蜡醚;增强根系活力法——水培发根后移栽以及
前两种方法的结合〔22〕。
值得一提的是, Ke 等〔23〕注意到了 AgNO3对棉花愈伤诱导的影响。AgNO3对植物组织乙烯代谢有
抑制作用, 在A1 基因组中, AgNO3能增加愈伤鲜重, 但 AD 基因组鲜重降低。不过AgNO3在测试的浓度
下均有防止愈伤褐化的作用。不能进行胚胎发生的基因型在 AgNO3作用下不能进行胚胎发生 ,但胚性
的珂字 312 在 20～40 Lmol/ L AgNO3处理下有增加胚胎发生能力的趋势。
再生能力的遗传问题一直很受关注 ,因为它对于该性状的定位及基因克隆、解决再生能力的品种依
赖性问题很重要, 目前有以下主要结果:
( 1) 再生能力可以遗传,为数量性状〔24〕。
( 2) 再生能力是质量性状,一对隐性主基因, 具有少数修饰基因存在〔25〕。
( 3) 品种的局限性具有一定规律。在美国爱字棉和斯字棉系统难再生, 岱字棉极难或不能再生,珂
字棉系统最易再生。在我国, 黄河流域品种容易,长江流域品种困难〔20〕。
( 4) 一个封闭基因系统(Blocker gene system )控制着再生性状。
另外, 对胚胎发生的生化机制进行了研究。对胚性和非胚性愈伤的生化物质的分析表明, Glu、ALa、
Leu、Gly、Cys、Va l和 Pro 几种氨基酸的含量在胚性愈伤中含量较高, 而 Asp、His、Arg、Lys 的含量较
低〔26〕。Ke 等〔27〕在培养基中加入 Arg、Asp、His和 Lys, 发现个别氨基酸在促进胚性愈伤形成方面有正效
应, 说明胚胎发生机制的研究对于改进技术方法有一定指导价值。
1. 4　离体筛选
( 1) 抗高温。T rolinder 等〔28〕将悬浮细胞以不同的温度/时间处理, 45℃每天 3 h,总处理时间为 0～
105 h, 筛选出的细胞抗高温且抗干旱, 再生株叶片在 38℃条件下能形成愈伤, 而对照叶片不能或死亡,
再生株高度不育, 没有获得种子。
( 2) 抗盐。张宝红等〔29〕用逐步增加培养基中 NaCl浓度的办法筛选出抗盐突变体, 其抗 NaCl
260 武汉 植 物学 研究　　　　　　　　　　　　　　　第 17卷　　
的能力大大提高。Gossett等〔30〕筛选出能忍耐 200 mmol/ L NaCl的细胞系, 将对照愈伤组织在无NaCl、
而抗盐愈伤组织在 200 mmol/ L NaCl的培养基上培养 42 d,测定了与抗盐有关的一系列指标(如表 2)。
表 2　抗盐与对照细胞系一些酶活性的比较
(根据 Gossett 等〔30〕)
T able 2　Comparison on enzyme activities between
tolerant and control cell lines
( according to Gossett D R et a l. 〔30〕)
抗氧化酶类
Ant ioxidant enzyme
过氧化氢酶
Catalase
过氧化物酶
Peroxidase
谷光甘肽还原酶
Glutath ione
redu ctas e
抗坏血酸氧化酶
Ascorbate
peroxid as e
抗盐比对照增加
Higher th an con trol 300% 375% 395% 431%
较高的过氧化氢酶和过氧
化物酶活性说明抗盐细胞系具
有较高的降解 H2O2 能力, 通过
谷光甘肽和抗坏血酸盐的含量
反映出谷光甘肽还原酶及抗坏
血酸氧化酶的高活性, 耐盐细胞
系的还原态抗坏血酸盐/氧化态
明显低于对照,还原态谷光甘肽
/氧化态明显高于对照。说明耐
盐细胞系具有高活性的抗坏血酸-谷光甘肽循环, 抗盐性在一定程度上是由于细胞具有调控这一循环的
能力。将耐盐细胞系转到 200 mmol/ L 盐培养基上,鲜重仅降低 29% ,而对照细胞系降低 96%。
( 3) 抗病。Mabellos等〔31〕用毒素筛选了抗根腐病的细胞突变体;张献龙等〔32〕、姚明镜等〔33〕筛选了抗
枯、黄萎病的突变体,获得一个抗性很好的株系, 目前正对其它农艺性状进行选择。抗性细胞系之所以抗
病菌毒素在于其遭受毒素危害时能迅速合成一些化学物质,即迅速作出保护性反应〔34〕。
( 4) 抗除草剂。T rolinder 等对 atr azine抗性进行了筛选, 获得了显著的效果〔35〕。
( 5) 耐低温。T rolinder 发现, 从低温下筛选的再生株在低温下很易生根〔35〕。
关于筛选方法有两种:一步法(极限筛选) ;多步法(逐步增加筛选剂的浓度)。
1. 5　原生质体培养
原生质体培养经历了一个十分波折的历程,早期仅观察到几次分裂就无法进行下去〔36～38〕, 目前已
有 3 个实验室报告获得了原生质体再生植株:比利时 Peeter s等〔39〕;陈志贤等〔40〕;张献龙等 (华北农学
报, 待刊)。但再生效率均很低, 曾试图研究了花粉原生质体的培养, 但未获成功, 融合研究已有初步工
作, 获得了中棉与澳洲棉的杂种细胞(张家明等, 私人通讯)。
1. 6　花药培养
早期在花药培养中观察到生长较快的单倍体细胞,但没能再生植株〔41〕, 目前进展不大。我们发现棉
表 3　棉花遗传转化程序
T able 3　Genetic tr ansformation systems in cott on
转化材料
Material
介导方式　
Metho　 评价Remark 参考文献Referen ce
下胚轴或其它外植体
Hypocotyl or others 农杆菌 主要方法,受品种再生性限制
Umbeck等〔42〕
Firoozabady等〔43〕
Fillat t i等〔44〕
Perlak等〔45〕
茎尖
Apex 农杆菌 不受品种限制,有一定难度
U lian 等〔46〕;
Gould等〔8〕
Koonce 等〔47〕
茎尖或生殖细胞
Apex or germ cell 基因枪 不受品种限制 -
配子或合子
Gamete or zygote 花粉管通道 不受品种限制 谢道昕等〔48〕
胚性悬浮细胞
Embryonic su spensions 基因枪 受品种限制 Finer 等〔49〕
优良品种
El ite variety
转化株与之杂交 不受品种限制,但周期长 -
　　花花药愈伤来源于药
壁, 1 万多张切片观察未发
现小孢子分裂, 花药愈伤细
胞中有单倍体存在, 可能是
四倍体细胞在培养过程中
发生的变异(尚未发表)。
2　棉花基因工程
2. 1　转化技术
已建立的转化程序如
表 3。
在棉花中基因枪转化
比农杆菌转化具有很多优
点〔50〕。 ( 1)非品种依耐性;
( 2)不涉及组织培养——没
261　第 3期　　　　　　　　　　　　　　张献龙等:棉花生物技术研究概况É.
有体细胞克隆变异发生, 转基因植株的生长和形态都正常; ( 3)可以多基因插入(目前已有 4 个基因一起
转化成功的) ; ( 4)省时——与农杆菌转化相比可节约 6个月; ( 5)转化效率不同, 0. 2%～0. 7%的外植体
能存活; ( 6)可进行表皮细胞转化。表皮细胞转化对于基因筛选非常有用,表皮细胞转化株指转基因植株
仅在表皮层细胞带有转基因, 不能向后代传递,所以可用于分析转基因对纤维发育的影响,因为纤维来
源于表皮细胞。
2. 2　应用
2. 2. 1　抗除草剂
获得抗除草剂棉花主要从两个途径入手,可图示如下:
图 1　获得抗除草剂棉花的途径
Fig. 1　Approaches for obtaining cot ton resis tant to herbicide
　
两个途径
离体细胞筛选 找出突变体,造成受除草剂影响的酶系统的放大突变产生 1种酶,降解除草剂
转基因
1. Monsan to公司抗 Roundup(主要成分为草甘膦)
-2. Calgene 公司,抗溴苯腈
-3. Ph ytogen公司抗黄胺脲类除草剂
-4. Stoneville pedigree 公司,抗 Buckt ril (Bromoxynil)
5.抗 2, 4-D〔51～52〕
2. 2. 2　抗虫
在抗虫基因转移方面棉
花最受重视, 因为棉花生长期
长、虫害多, 造成的损失很严
重。利用转基因抗虫与施药防
治相比有多个优势:不会在土
壤和地下水中造成残留, 对非
生物目标无毒性, 对于难以或
不能喷药的植物器官亦有保
护作用(如根)。目前成功利用的基因主要有2 种: Bt 和CpTI。Bt基因对鳞翅目昆虫有专一杀伤作用,而
危害棉花的三大害虫棉铃虫、烟草夜蛾、红铃虫均为鳞翅目昆虫,均对 D-内毒素敏感。早期将 Bt 基因转
入棉花体内, 发现仅有很低水平的表达,经过对该基因进行序列分析,进行了两个方面的改造:增强启动
子活性(用双重的 35S启动子) ;改变重组基因结构, 使其密码子与植物接近。人工改造后的 Bt基因杀虫
效果大大提高〔53〕。Bt 基因最早于 1987年由比利时和美国Monsanto 公司、Agrocet us 公司分别在烟草、
番茄和烟草中获得成功。1987年后,又分别引入土豆和棉花, 经过多年多点的试验表明, 抗虫棉表现出
很强的抗虫性(见表 4)。
在无虫田种植时, 转基因棉与对照棉无差别, 而在有烟草夜蛾条件下, 抗虫棉明显增产, 转基因棉铃
小、籽小,可能是由于 Bt基因的插入引起的。Stelly 等〔54〕对 Bt 基因的遗传进行了研究, CryÉA( b)与普
通棉杂交在分离世代表现出正常分离, 具中度剂量效应(纯合子> 半合子) , CryÉA (c)分离不正常,无
剂量效应。毒蛋白含量受背景影响很大。由于 CryÉ (A)纯合植株的毒蛋白水平变幅很大, 且受剂量效
应、环境、插入位置、个体变异、遗传背景的影响, 在其与普通棉杂交的分离世代中选择有可能增加
CryÉ(A)的表达水平,但在育种过程中需要对 CryÉ( A)蛋白进行轮回测试。唐灿明等〔55〕对我国抗虫棉
的抗性表现及遗传进行了初步研究。
表 4　抗虫棉的抗性表现(根据美国多个研究资料总结)
Table 4　Resist ance of tr ansgenic Bt cotton to insects in field( according t o many test s in USA)
项目
Item
受害蕾
Damaged
squares
受害铃
Damaged
bolls
受害花芽
Damaged
buds
百蕾幼虫数
Larvae
p er 100
squares
百铃内幼虫数
L arvae
per 100
boll s
衣分率
Lint
percent
铃大小
Bol l
s ize
子指
Weigh t
of 100
Seeds
成熟期
Maturin g
t ime
对照
Cont rol 22% 1%～24% 6%～41% 19 22. 5 大 大
Bt 棉
Bt Cot ton < 8% 0～6. 5% 0～6. 5% < 5 7. 8 高或低于对照 小 小 早熟或晚熟
　　另一类很有价值的抗虫物质是蛋白酶抑制剂,如胰蛋白酶抑制剂、胰凝乳蛋白酶(糜蛋白酶, chy-
motrypsin)和弹性蛋白( elastin)。由于它们在低于 pH6. 0 时无活性, 所以只适合于具有碱性肠胃的昆虫。
262 武汉 植 物学 研究　　　　　　　　　　　　　　　第 17卷　　
除上述两大类外,尚有一些抗虫性物质引起重视, 如:凝聚素, 是影响昆虫消化的一类蛋白质;蜘蛛
的杀虫毒液(杀虫肽) ;昆虫神经肽等。很多昆虫的发育和行为受一系列神经肽控制, 将其转入植物,通过
植物产生神经肽可以控制昆虫的发育和行为。目前这方面的利用仍有困难。
转基因抗虫棉和抗除草剂棉花品种的育成说明生物技术在棉花育种中有广阔的应用前景, 这也说
明, 在细菌中或其它生物中存在的性状可以被整合到棉花基因组中。
2. 2. 3　抗盐
研究发现当棉株或愈伤受高盐胁迫时,谷光甘肽还原酶和过氧化物酶的活性明显增加。为了研究抗
氧化酶活性与抗盐胁迫的关系, Banks等〔56〕开始构建农杆菌转化载体, 载体中含有谷光甘肽还原酶的
cDNA 结构,分别以 sense和 antisense方向连接, 以期达到抗盐目的, 但没有进一步报道。
2. 2. 4　抗病
这方面的工作比抗虫性和抗除草剂的进展要小得多。有两个基因很受生物技术公司的重视,几丁质
酶和葡聚糖酶基因。一些抗病毒的基因并没有用到棉花上,因为棉花的病毒病并不严重。
2. 2. 5　抗逆境
植物对逆境的反应在遗传上是很复杂的,涉及到很多基因的表达。德州进行了一些抗干旱分子生物
学研究, 从干旱处理的棉花建立了 cDNA 文库,以筛选单拷贝 mRNA, 发现富含羟脯氨酸的蛋白质在叶
片萎蔫和非萎蔫的基因型中有差异表达 ;目前已研究脯氨酸的超量表达和抗性关系,即用细菌的高渗蛋
白( osmogene)转化棉花。同时一些研究者正研究超氧化物歧化酶与逆境反应的关系。在澳大利亚, Mil-
lar 等〔57〕研究了幼苗受淹时的厌氧反应,发现这时会产生一种 10～15 kD的多肽, 建立了 cDNA 文库,筛
选乙醇脱氢酶基因, 这是一个厌氧呼吸的末端酶, 同时发现淹害时还有其它基因被诱发表达。Allen
等〔58〕发现, 超氧化物歧化酶(SOD)基因转入烟草后抗氧化能力增强, 因此他们将该基因结构引入棉花,
转基因棉花能表达叶绿体定位的Mn SOD。抗逆性检测表明,在温室里种植的转基因植株抗寒性增强。
2. 2. 6　杂交棉
比利时的植物遗传公司( Plant Genetic Syst ems)将核糖核蛋白酶基因转入植物,使植物发生核雄性
不育。这种酶降解 RNA,从而影响花粉发育(称为A 系) , 其表达具有时间性,因为有特异启动子存在。恢
复系(R )与不育基因一样,含有抗除草剂基因, 同时恢复系有一个核糖核蛋白酶反义序列。不育系(A)×
恢复系( R) , 或产生 DNA-RNA 或产生 RNA-RNA 的 sense-antisense 杂交, 结果核糖核蛋白酶不能产
生, 花粉育性正常。
在应用中, A 系通过多次与正常基因型( B系)回交,而保持杂合状态, 其回交后代一半为正常纯合,
另一半为杂合的抗除草剂且不育,因为转入植物的基因一般为显性, 且基因是随机插入的,所以可以忽
视重组。R 系抗除草剂基因和恢复基因(反义RNA)必需是纯合的。A 系与 R 系邻行种植,出苗后喷除草
剂, A 系中正常纯合苗被杀死( 50% ) ,剩下的一半为不育的, 其上结的种子必定为杂种 F 1,目前正努力将
这一体系应用于棉花。
2. 2. 7　棉花纤维的基因工程
纤维是棉花的主要产品, 尽管人们目前重视将基因工程应用于棉花抗虫性、抗逆性等方面的改良,
但人类长远的目标仍将是改良或创造纤维的新品质,甚至寄希望于最终能按需要生产纤维, 所以对纤维
的发育及分子生物学研究亦十分感兴趣。最早 Beasley( 1974)利用胚珠培养研究纤维发育。目前通过研
究发现有 10 种以上的蛋白质仅在纤维发育时表达,其它有几种在纤维中的含量比在其它组织中高〔59〕。
Agracetus公司的 John, M. E.分离出了 12 个以上的纤维特异表达的基因。蛋白质的电泳分析表明,发
育中的棉花纤维含数千个基因, 但把叶、纤维和胚珠进行差异显示的比较可找出与纤维发育有关的特异
表达的基因〔60〕。因为这些基因很多,难以确定每个基因起什么作用。设想用反义技术,将基因反接引入
棉花, 反义 RNA 和有义 RNA 形成杂交链, 从而不能翻译,以此确定某一个基因所起作用的性质和大
小。除了从棉花自身寻找基因改良纤维外, 还可从其它植物(如过氧化物酶基因、与延伸有关的基因等)
263　第 3期　　　　　　　　　　　　　　张献龙等:棉花生物技术研究概况É.
和微生物中(如与激素合成有关的基因)寻找基因以改良棉花纤维。通过纤维 cDNA 文库的差异筛选,分
离出了 5 个在纤维中优势表达的 cDNA 克隆〔61〕, 其中之一为 pCKE6,与纤维中的一个高丰度 mRNA 相
对应。E6的转录本在整个纤维发育过程中都能检测到。转录产物的离体免疫沉淀和纤维蛋白质的West-
ern blot 分析表明, E6 mRNA 的产物是 2 个 30～32 kD 的多肽;序列分析和杂交筛选的 RNA 翻译也表
明, E6 mRNAs 编码 2 个多肽, E6 mRNA 和蛋白质的含量在晚初期细胞壁和早期次生壁合成期最高。
将 E6 的序列与已知的真核和原核基因比较, 没有发现明显的相似性。E6 或 1 个同源基因在Malvaceae
的几个成员和另一个纤维植物木棉中是保守的,但在其它几个受检植物或 Acetobacter xylinum 中不存
在。与 pCKE 6相对应的基因组克隆被分离出来, E6 基因的启动子成分能驱动胡萝卜伸展蛋白 mRNA
在特定组织中表达, 并在转基因棉花中控制着发育调控形式。
Agracetus公司很早就把利用基因工程改进棉花纤维品质作为一个重要目标〔50〕,对与纤维强度和
长度有关的基因表达进行了研究, 还对其它与纤维品质有关的基因进行了研究, 如对染料具有强亲和
性、吸附性和热稳定性等,这些研究的成功可望对纤维工业有多方影响。
寻找在纤维中特异表达的启动子对于基因工程改良纤维至关重要, 那么必需从纤维发育中表达的
多种蛋白质的启动子中寻找。首先将发育到 10、15、24 和 28 d 的纤维的 mRNA 制成 cDNA 文库,然后利
用从叶、0 d 胚珠, 10、15、23 d 的纤维,花瓣和根中的 mRNA 合成 cDNA 探针进行筛选,发现一些cDNA
克隆与纤维的 cDNA 探针杂交信号很强,而与其它性状的 RNA 不杂交;将这些 cDNA 克隆进一步作
Nor thern 杂交,以证实它们是纤维特异表达;纤维特异的 cDNA 克隆然后被用作探针去筛选陆地棉 cv.
C312 和海岛棉 cv. Sea lsland 的基因组文库,与纤维发育特异的 cDNA 克隆杂交的噬菌斑被分离出来,
且用 Sout hern 杂交和序列分析来定性。一旦基因被分离出来,可以通过标记基因的瞬间表达鉴定它们
的启动子,即将估计可能存在的启动子(通过序列分析估计确定的)与 GUS 拼接, 然后通过基因枪转入
棉花, 检查 GUS 的表达,发现了 4个纤维发育特异性启动子 FbE6-3B、FbE 6-2A、Fb-H6、Fb-B8〔50〕。
由于纤维的诱导和发育受植物生长调节剂的影响,所以分析纤维中的激素平衡可能对纤维发育的
研究会提供参考〔50〕。大多数已知与植物激素的生物合成有关的编码酶基因来源于细菌。IAA、GA、乙烯
和 ABA 影响着纤维的发育和纤维品质, 似乎各种激素在纤维中有一个完好的平衡。经测定,在 Pima和
Sealsland 的发育到 10～25 d 的纤维中, IAA 含量明显地高于 DP50(陆地棉) , 预测海岛棉的高纤维品质
(强度、长度和麦克隆值)与 IAA 含量有关,将与 IAA 合成有关的基因 iaaH 和 iaaM 引入了 DP50, 发现
转化株 15 d 的纤维中 IAA 含量比 DP50 对照增加 8 倍,说明可以将这些基因引入棉花并在纤维中特异
表达, 对转化株的纤维发育和纤维品质的分析没有报告。
Song 等〔62〕分离出无纤维胚珠和纤维的 mRNA, 利用反转录酶合成 cDNA 的第一链, 然后合成双链
的 cDNA。对两个来源的 cDNA 进行序列胶电泳分析表明, 有 20 个 cDNA 片断在纤维中与胚珠中不同,
并对其进行了分离和亚克隆。Nort hern 杂交表明, 这些克隆中的 14 个(在 293 至 628 bp 之间)在纤维中
有差异表达,它们分别代表 8 个独立的序列。现在他们正用这种 cDNA 作探针筛选 cDNA 和基因组文
库。
人们不仅想改良纤维,更希望能在离体条件下生产人工纤维, 一些人称之为“超级棉”、“合成棉”或
“试管棉”。但问题是实验室生产的棉花能否商品化, 如果能成为现实, 将会有如下优点:棉花可以按需生
产, 如不同的纤维长度和强度;棉纤维可在 3 周内生产出来, 周期缩短;棉纤维是无菌的,可能会消除纺
织工人的职业病;可以用来生产防伪纸币;可以避免轧花时对纤维的撕裂;生产无菌绷带等〔63〕。
人工纤维的研究起因于 T rolinder 等〔64〕的一项生理研究,当时她想弄清楚为什么胚珠表皮细胞只
有十分之一能发育成纤维, 其它细胞为什么不能, 在研究中她发现悬浮培养的细胞可以发育成纤维类似
结构的细胞, 引起很多人的兴趣,尽管付出了很大努力,但没见进一步报道。其实细胞延长是细胞培养中
的常见现象,其它作物也常出现, 既使能生产出试管棉, 它的费用能降下来吗? 它能与自然纤维相媲美
吗? 这些都不是容易解决的问题。
264 武汉 植 物学 研究　　　　　　　　　　　　　　　第 17卷　　
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