近日，中国农业科学院生物技术研究所郭三堆、张锐研究员领衔的科研团队成功培育出高抗低残留抗草甘膦除草剂棉花新品系，为我国棉田杂草防治的机械化水平提升和降低棉花生产成本提供了可能。相关研究成果近期在线发表于植物生物技术领域国际权威期刊《植物生物技术杂志（Plant Biotechnology Journal）》上 。
杂草不仅和农作物存在水、肥、光和空间等竞争，而且易滋生病虫害，严重影响作物生长发育，造成产量降低、品质下降，因此杂草防治成为农业生产中的重要环节。我国农田的主要杂草超过250种，分布面积达4000多万公顷，其中1000多万公顷农田受害严重。我国平均每年因草害造成作物减产约13%，直接经济损失占农作物总产值的10%-20%。草甘膦自1971年诞生以来，已成为全世界第一大除草剂，是玉米、大豆和棉花等作物最主要的除草剂。然而，与美国等发达国家相比，我国转基因抗草甘膦作物的研究和应用严重滞后。
生物所科研团队将从草甘膦严重污染土壤微生物中克隆到的两个关键的抗草甘膦基因GR79 EPSPS和GAT进行植物偏爱性密码子改造，构建仅含GR79 EPSPS或GAT单基因和同时含有双基因的植物表达载体。结果发现，转基因烟草同时表达GR79 EPSPS和GAT基因对草甘膦的抗性显著高于GR79 EPSPS或GAT单基因烟草。进一步利用农杆菌介导法将GR79 EPSPS-GAT双基因载体转化棉花，利用多种分子检测手段，获得含有一个和两个EPSPS-GAT表达盒插入的转基因棉花GGCO2和GGCO5，且GR79 EPSPS和GAT基因在转录和翻译水平均高表达。浓度耐受性测定表明，GGCO转基因棉花在田间可耐受5倍于生产用草甘膦除草剂的浓度，而且生长发育和农艺性状不受影响。更重要的是，由于GAT可以快速乙酰化草甘膦次级胺基团，生成对植物和动物无毒的乙酰草甘膦，因此喷施草甘膦5天后，与GR79 EPSPS单基因抗草甘膦棉花相比，GGCO双基因棉花草甘膦残留量降低了81%-89%。
田间测算结果表明，与传统的利用栽培措施除草相比，种植GGCO转基因棉花每亩可节约成本150-200元，显著降低了棉花的生产成本。目前，GGCO2和多个抗虫棉配组获得40多个抗虫和抗草甘膦双抗新品系，为我国抗除草剂棉花新品种的培育提供了丰富的种质资源。因此，新型的高抗低残留抗草甘膦棉花产品的成功研发有望为我国棉农提供一个管理田间杂草的新选择，为扩展我国棉花育种技术平台创造新机会，从而加快我国核心作物棉花的创新速度。
该研究得到了农业部国家转基因重大专项和中国农科院科技创新工程的资助。生物所作物分子育种研究室中国农科院“青年英才计划”(D类) 梁成真助理研究员和孙豹博士为文章共同第一作者，郭三堆研究员、张锐研究员和林敏研究员为共同通讯作者。
