科技日报记者 李禾
24日，记者从中国农业科学院棉花研究所获悉，中国农业科学院棉花研究所、西部农业研究中心棉花分子遗传改良创新团队杨作仁研究员与中国农业科学院生物技术研究所柳小庆研究员，合作创制了可生产虾青素的工程棉花。普通棉花通常不可生产虾青素，该工程棉花叶片中亩产虾青素约180克，为提高棉花附加值提供了新方向，对提升棉花综合利用价值具有重要意义。相关研究成果近日发表在国际学术期刊《植物生物技术杂志》上。
据杨作仁介绍，棉花作为全球最重要的天然纤维作物，其研究长期聚焦于纤维品质与产量提升。然而，纤维仅占棉花生物总量的20%，其余80%为棉籽、叶片、棉铃等副产物。研究表明，这些副产品中含有丰富的萜类、黄酮和脂肪酸等高值功能组分，但因缺乏深度开发导致资源利用率较低。植物合成生物学的发展为解决以上问题提供了新途径。
虾青素是自然界中的强抗氧化剂，目前已广泛应用于食品、饲料、制药和化妆品领域。然而，由于微藻中天然虾青素的产量有限，化学合成虾青素的生物活性较低。植物含有丰富的虾青素合成前体，被认为是合成虾青素的理想底盘。
该研究以棉花品种“中棉49”为受体材料，通过跨物种引入莱茵衣藻来源的β-胡萝卜素酮化酶CrBKT、雨生红球藻来源的β-胡萝卜素羟化酶HpBHY编码基因模块，重建虾青素合成通路，以合成生物学技术培育出工程棉花。该工程棉花植株在幼苗期和成熟期的叶片、花器官、棉铃、棉籽以及棉籽油中均呈现虾青素的特征性红色。在植株的不同组织中，虾青素积累呈现梯度分布，其中，叶片的虾青素含量最高，为61.03毫克/公斤鲜重，棉铃壳次之，为7.03-9.28毫克/公斤鲜重，可用于开发动物饲料添加剂、替代人工色素或抗氧化提取物；棉籽、棉籽油中虾青素含量分别为823、410微克/公斤，可用于开发天然功能性保健食用油。
柳小庆表示，该研究实现了棉花植株多组织同步合成虾青素，标志着棉花从“白色纤维经济”向“红色生物工厂”的战略转型，为推动棉花从“单一产出”到“多功能高值化”双收益体系开发开辟新途径。同时在理论层面，为研究人员开发新型功能型棉花提供了依据和技术路径。
