苎麻分子育种与饲料用苎麻研究进展

增刊２苎麻分子育种与饲料用苎麻研究进展喻春明，陈建荣，王延周，朱爱国，唐守伟，熊和平＊（中国农业科学院麻类研究所，湖南长沙４１０２０５）摘要：苎麻遗传育种是提高其产量和品质的重要手段之一，由于育种技术的进步和苎麻新用途的开发，近年来苎麻育种领域发生新的变化。

本文对中国农业科学院麻类研究所近年来在苎麻分子育种和饲料用苎麻研究两方面所做的主要研究工作和重要进展进行了概述和总结。

关键词：苎麻；分子育种；饲料；进展中图分类号：Ｓ６５３．１文献标志码：Ｂ苎麻遗传育种是提高其产量和品质的重要手段之一，育成的新品种在不同历史时期均发挥了重要的作用。

但常规育种在进一步提高产量、品质和抗性等方面的局限性已逐步显现，随着生物技术的快速发展，分子育种技术进行辅助育种已愈来愈受到重视，它能有效弥补常规遗传育种改良苎麻品质的局限性。

近几年来，中国农科院麻类研究所开展了苎麻纤维形成关键酶基因克隆及表达调控、苎麻微卫星分子标记、苎麻韧皮部ｃＤＮＡ文库构建和转基因苎麻研究等分子育种研究工作，并取得了重要的进展。

社会和经济的发展对品种将不断提出新的要求。

２１世纪以来，由于我国畜牧业的高速发展，对优质安全的饲料的需求量急剧增大。

尤其是２００７年以来，粮食和饲料价格的快速上涨导致目前猪肉价格比年初上长了５０％以上。

只有开发新型饲料产品，生产充足的优质饲料，才能保证我国畜牧业的可持续发展和不断提高人民的生活水平。

苎麻蛋白质含量高，营养丰富，生物产量大，再生能力强，对土壤等环境条件要求不高，是很好的饲用植物蛋白质来源。

中国农科院麻类研究所以市场需求为导向，２０００年以来开展了饲料用苎麻研究，在苎麻饲料用品种选育、饲料生产和加工等方面做了一些开创性的工作，获得了重要的进展和成果。

１苎麻分子育种１．１分子育种和转基因研究基础中国农业科学院麻类研究所长期从事苎麻遗传育种工作，承担了国家８６３课题，利用“十五”期间建立的分子育种技术平台，探索采用基因工程手段改善苎麻纤维品质的可能途径，改良苎麻品质。

目前已经克隆了多个拥有自主知识产权的苎麻内源基因，基本上建立了遗传转化体系。

摸索出了“中苎１号”等基因型苎麻的再生和遗传转化体系。

开展了苎麻微卫星分子标记、苎麻韧皮部ｃＤＮＡ文库构建研究，初步构建起了苎麻分子育种技术平台。

１．２基因克隆和性状调控研究苎麻原麻含木质素，木质素的存在对苎麻纺织性能和纤维品质有较大不利影响。

由于栽培措施与常规遗传育种手段对苎麻木质素的改良有限，要实现更高水平的定向改良目标，必须在基因水平上操纵植物形成层细胞的分裂方向和韧皮部细胞的分化方向，开展苎麻木质素生物合成代谢和纤维素合成代谢中的关键酶基因研究，通过基因工程技术有目的地调控纤维素与木质素的比例，降低木质素的含量或改变其组分，提高纤维素的含量和品质。

为此，开展关于苎麻木质素生物合成代谢收稿日期：２００７－０９－１０作者简介：喻春明（１９６４－），男，副研究员，主要从事麻类遗传育种研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｘｙｃｍ＠１６３．ｃｏｍ＊通讯作者：熊和平（１９５５－），男，研究员，博士生导师。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｒａｍｉｅｘｈｐ＠２１１８．ｃｎ文章编号：１６７３－７６３６（２００７）增刊２－０３８９－０４２００７年第２９卷增刊２中国麻业科学ＰＬＡＮＴＦＩＢＥＲＳＣＩＥＮＣＥＳＩＮＣＨＩＮＡ３８９３９０中国麻业科学第２９卷和纤维素合成代谢中关键酶基因的研究，试图通过分子育种途径改善苎麻品质和产量性状。

经过几年的研究，现已在ＧｅｎｅＢａｎｋ注册苎麻木质素关键酶－咖啡酰辅酶Ａ甲基转移酶ＣＣｏＡＯＭＴ基因序列５条：ＡＹ６５１０２６、ＡＹ８１８１９１、ＡＹ８２２６１９、ＡＹ８２２６２０、ＡＹ８２２６２２；苎麻ＣｅｓＡ基因序列１条：ＤＱ０７７１９０；构建了ＣＣｏＡＯＭＴ基因反义表达载体；克隆鉴定了苎麻内源４ＣＬ（４－香豆酸辅酶Ａ连接酶）基因、苎麻纤维伸长相关的Ａｃｔｉｎ１基因。

在国内重要刊物发表相关论文多篇。

１．２．１研究目标Ａ．探明苎麻木质素、纤维素和果胶合成机理和代谢规律；Ｂ．采用转录后抑制技术调控苎麻木质素合成代谢和果胶的合成代谢；Ｃ．探索从纤维的合成途径中找到突破口，改良苎麻纤维品质的方法；Ｄ．获得木质素含量下降、果胶含量下降的环保型优良高产转基因苎麻品系。

１．２．２研究内容Ａ．基因的克隆克隆苎麻木质素、纤维素和果胶合成代谢过程中关键酶基因的全长ｃＤＮＡ序列、基因组序列和部分基因调控序列。

Ｂ．基因的转化及转基因育种根据育种改良的目标，利用自主克隆的苎麻内源基因，构建多种形式的表达载体，采用农杆菌介导法、基因枪法和花粉管导入法等多种转基因手段，将基因导入目前主要推广品种和优良育种材料，使之在苎麻内表达并调控其次生代谢。

筛选木质素、果胶含量下降，纤维素含量提高的转基因材料，采用与常规育种手段相结合的方法将优质性状整合，最终获得环保型优良转基因苎麻品种。

通过嫩梢扦插繁殖和植物组织培养的方法快速扩大群体，形成产业化规模。

１．３苎麻转基因育种研究目前正在与中国农业科学院生物技术所合作，研究农杆菌介导法导入抗鳞翅目害虫的ＢＴ基因。

生物技术所负责为本课题的研究提供基因源和技术支持。

一旦得到抗虫转基因苎麻，可通过杂交将目标基因导入生产用品种。

１．４常规育种和分子生物技术的结合目前我国农作物育种工作仍以常规杂交育种为主，存在时间长、效率低、盲目性较大的缺陷。

而分子生物技术特别是转基因技术的发展，为农作物育种工作提供了新的有力手段。

但目前转基因技术育种还不能取代常规育种，若两者紧密结合，能够优势互补。

如通过常规育种提供优良品种为转基因受体，同时应用分子生物技术从其他物种分离出所需的优良性状基因，然后通过基因工程技术来改良作物品种。

１．５安全评价苎麻作为一种纤维植物如果只用于纺织的话，转基因之后风险性是指它作为一个新物种进入生态系统，对生态平衡可能产生负面效应。

主要包括三方面：一是它本身或者其他杂草的生长变得难以控制；二是通过基因在物种间的横向漂移而破坏生态平衡；三是它的ＢＴ抗性。

转基因苎麻如果作为饲料，还要进行食品安全性的评价。

苎麻是多年生异花授粉的草本植物，存在基因漂流到近源野生种的可能性。

基因漂移是指基因通过花粉授精、杂交等途径在种群之间扩散的过程。

转基因植物基因通过花粉向近缘非转基因植物转移，使得近缘物种有获得选择优势的潜在可能性，使这些植物含有了抗病、抗虫或抗除草剂基因而成为“超级杂草”。

在自然生态条件下，有些栽培植物会和周围生长的近源野生种发生杂交，从而将栽培植物的基因转入野生种中，并在野生种中传播。

在进行转基因植物安全性评价时，应从两方面考虑，一是转基因植物释放区是否存在其可以杂交的近源野生种，若没有则不会发生基因漂流。

另一方面是假如存在近源野生种，基因可以从栽培植物转移到野生种中，这时就要考虑基因转移后增刊２会有什么效果。

如果是一个抗除草剂基因，发生基因漂流后会使野生杂草获得抗性，从而增加杂草控制的难度，特别是多个抗除草剂基因同时转入一个野生种中则会带来灾难。

无论如何，为使转基因作物的研究和产业化健康发展，一方面应重视对转基因作物安全性的研究、评价和管理；另一方面应注意科普宣传，消除民众对转基因农作物产品的不必要的担忧。

２饲料用苎麻研究２．１研究的意义苎麻是重要植物蛋白饲料资源。

试验研究表明，苎麻不仅是优良的天然纺织纤维，而且是一种理想的植物蛋白饲料。

由下表可以看出，苎麻嫩茎（株高６５ｃｍ）的营养成分高于苜蓿，是生产优质饲料的理想原料。

饲用苎麻一般在６０－８０ｃｍ左右高度收获，每年可收割８—１０次。

它的茎、叶鲜嫩，生长快，无病害，无需施药；饲用苎麻基地一般采用有性繁育，发展速度较快，成本低，可以重复收割。

而有性繁殖的特点就是不带土传性病菌，家畜食用安全性能高。

喂养家畜后所生产的家畜产品不存在对人体健康产生危害的因子，是草类饲料中的“绿色产品”。

开发苎麻饲料可满足我国草食家畜对蛋白饲料的需求。

在我国长江流域，作为饲料用的苎麻每年可刈割８—１０次，每公顷产鲜茎叶达１５０吨，相当于１８吨以上干料。

饲用苎麻产量和营养远高于其他牧草，如意大利黑麦草每公顷干物质９—１５吨。

刈割的苎麻茎叶经过自然风干使其水分减少到４０—４５％即可直接喂养牲畜、家禽和鱼；苎麻茎叶经过加工干燥，使其含水量在１５％以下，粉碎可以做成草砖和制成颗粒饲料，方便贮存和运输，是草食性动物的高蛋白优质饲料。

用苎麻喂养反刍动物，添加比例较高，一般在２０－３０％。

并且苎麻中含有单宁，这可提高苎麻饲料中蛋白质的利用率。

我国长江流域地区气候、土壤非常适宜种植饲料苎麻，常年栽培面积近１０万公顷。

随着苎麻饲料产业化的形成，其种植面积将进一步扩大，这对缓解我国南方草产品和植物蛋白饲料的紧缺具有重要的战略意义。

２．２主要研究进展２．２．１“十五”以来，本项目组开展了饲料用苎麻研究。

承担“十五”国家攻关项目，选育出的饲料专用苎麻新品种于２００５年２月通过湖南省品种审定委员会认定和登记，定名为“中饲苎１号”。

根据品种比较试验结果，在湖南沅江１年收割６次情况下，“中饲苎１号”７０ｃｍ收割高度的嫩茎叶干料年总产量为每亩１．２６吨，比对照平均增产约３１．２７％（比对照“０１０７”增产４５．０９％，比对照“圆叶青”增产１７．４４％）。

如果进入壮龄麻后，每年收割１０次，，每亩年产量可达到２．１吨。

该品种主要经济性状优良。

单蔸平均分株数多。

高度７０ｃｍ时收割的幼嫩植株干粉的营养品质指标检测结果为：粗蛋白质含量２２．００％，粗纤维含量１６．７４％，钙含量４．０７％，粗脂肪含量２．２８％，维生素Ｂ２含量（ｍｇ／ｋｇ）１３．３６。

从蛋白质的氨基酸成分来看，该品种的显著特点是赖氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸和亮氨酸含量高，依次分别为１．０２％、２．０７％、１．８７％和１．４４％，是高赖氨酸含量的植物蛋白质饲料。

２．２．２研究了饲用苎麻收获高度与产量和营养成分之间的关系。

结果表明，随高度的增加，粗蛋白含量逐渐降低；而产量在收割高度增加的一定范围内逐渐增加，在生长条件适宜的情况下，收割高度以７０厘米左右为宜，能较好兼顾产量与营养品质。

２．２．３对苎麻品种间、茎与叶之间营养成分的差异进行了初步研究。

结果表明，在叶茎比相近的品种之间，粗蛋白的含量没有显著差异，叶的粗蛋白含量比茎一般高５～１０％，且叶的粗蛋白含量随麻龄表１苎麻饲料与苜蓿主要营养成分比较（干物质为８７％、单位为％）Ｔａｂｌｅ１Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｍａｉｎｎｕｔｒｉｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎｒａｍｉｅｆｏｒａｎｅａｎｄａｌｆａｌｆａ苎麻饲料苜蓿粗蛋白２２－２４１４－１９粗纤维１５－１７２１－２３粗脂肪３－４２．１－２．３粗灰分９－１１７－１０钙２．５－３．５１．４－１．５总磷０．５－０．９０．５－０．９喻春明等：苎麻分子育种与饲料用苎麻研究进展３９１３９２中国麻业科学第２９卷增长变化较小。