逆境生物工程技術(shù)在園林植物的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

易友剛,劉忠林,

(1.綏芬河市林業(yè)局,黑龍江 綏芬河 157300;2.黑龍江省七臺河市園林管理局)

園林植物生長在城區(qū)內(nèi),直接面對多種類型的污染,例如汽車尾氣、光、熱、水、重金屬鹽類等,因此立地條件與植物適宜的環(huán)境有很大差距,園林植物在整個生長過程中遭受多種逆境的協(xié)同脅迫。因此利用逆境生物工程技術(shù)培育抗城市逆境脅迫的園林植物對城市園林綠化事業(yè)將起到巨大的推動作用。

1 研究現(xiàn)狀

近一個時期以來園林綠化市場的持續(xù)升溫,園林植物育種領(lǐng)域的研究不斷得到重視,在傳統(tǒng)育種技術(shù)的基礎(chǔ)上,以現(xiàn)代生物技術(shù)、航天和離子注入誘變育種為核心的高新技術(shù)育種得到較大程度的發(fā)展。由于傳統(tǒng)育種手段在創(chuàng)新種質(zhì)過程中所需的育種周期長,相對難于實現(xiàn)人們預(yù)先設(shè)定的目標(biāo),并且優(yōu)良種質(zhì)的繁殖速度相對較慢,良種短期內(nèi)難于實現(xiàn)規(guī)?；茝V,極大地阻礙了種質(zhì)創(chuàng)新和推廣。隨著細胞全能性理論以及分子遺傳學(xué)相關(guān)原理不斷被揭示,現(xiàn)代生物技術(shù)慢慢進入了現(xiàn)代生產(chǎn)中。以植物基因工程和細胞工程技術(shù)為核心的現(xiàn)代生物技術(shù)早期是在農(nóng)作物中得到試驗和應(yīng)用,隨著該領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)漸趨成熟,涉及分子標(biāo)記輔助選擇育種、基因分離和轉(zhuǎn)移、原生質(zhì)體融合(體細胞雜交)、離體胚培養(yǎng)、花粉和花藥培養(yǎng)等新育種技術(shù),從20世紀(jì)80年代開始,已逐漸成為改良園林植物品種和創(chuàng)造新種質(zhì)的捷徑,并已取得令人矚目的成就。主要涉及上百種園林植物并開展了較為廣泛的研究,重點探討了株型和花型、花色和香味、生長發(fā)育、抗衰老、抗病蟲、抗逆境等。國內(nèi)在利用基因工程技術(shù)開展園林植物育種的工作,雖總體水平不及歐美一些發(fā)達國家,但也已取得可喜成就。如北大植物基因工程實驗室已成功地利用基因工程手段,培育出粉、白、紫三色相間的轉(zhuǎn)基因花;北京林業(yè)大學(xué)利用RAPD、AFLP等分子標(biāo)記,開展了丁香、菊花、梅花、牡丹等園林植物系統(tǒng)分類和輔助育種工作,北大、華中農(nóng)大、上海植生所以及有關(guān)高等院校和科研院所在對抗蟲、抗病、抗逆境、抗衰老、保鮮、熒光等基因構(gòu)建方面的研究也已呈現(xiàn)良好的勢頭。但是東北地區(qū)尤其是黑龍江省開展這方面的研究較少。

目前在應(yīng)用現(xiàn)代生物工程技術(shù)相對較多的是草本花卉、草坪,而在一些木本園林植物上應(yīng)用相對少一些。這些工作在國外主要是一些企業(yè)行為,國外農(nóng)業(yè)公司為了在激烈市場競爭中處于有利的地位,竟相在育種工作中應(yīng)用現(xiàn)在生物工程技術(shù),并取得了巨大的成就。對于木本植物而言,主要的研究熱點是通過現(xiàn)代生物工程技術(shù)提升紙漿材的品質(zhì)。而在園林植物上主要是在草坪育種工作中應(yīng)用現(xiàn)代生物工程技術(shù)的報道較多,同時也是研究的較為深入的。

現(xiàn)在逆境生物工程技術(shù)在其他園林植物,尤其是木本園林植物研究報到不多,這正是大有可為之處。北方地區(qū)園林植物所遭受的主要逆境脅迫是干旱,鹽害,冷害。這三種逆境可以通過轉(zhuǎn)入BeDREB基因以提高其綜合抗性。園林植物尤其是木本喬木的育種同林木育種沒有明顯的界限,近年來在黑龍江應(yīng)用較為廣泛的一種行道樹銀中楊,就是東北防護林研究所培育的防護林品種。如果應(yīng)用逆境生物工程技術(shù)在選育優(yōu)良林木品種的同時,選育出抗逆的綠化樹種是有巨大商業(yè)價值的?？偟膩碚f,與其它農(nóng)作物品種的基因工程改良研究相比,園林植物基因工程研究顯得較為滯后,從事木本園林植物的研究就寥寥無幾,據(jù)報道,南京林業(yè)大學(xué)已經(jīng)開始木本園林植物的育種工作。

2 存在問題及前景

目前園林植物的基因工程研究存在下列問題,有待克服或解決:建立高效的再生系統(tǒng),這是進行基因工程的前提。愈傷組織的的誘導(dǎo)和再生與基因型有關(guān)。同種植物,不同品種間誘導(dǎo)愈傷組織和再生植物的培養(yǎng)基成分可能差異很大,而且有些品種似乎很難獲得再生植物。遺傳轉(zhuǎn)化方法尚需進一步研究。目前,主要是采用PEG誘導(dǎo)的原生質(zhì)體直接轉(zhuǎn)化或基因槍轟擊法,這兩種方法均有不足之處;而農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化方法應(yīng)用于許多木本植物已獲成功,但仍有待于在更多木本植物上開展研究。尤其是發(fā)根農(nóng)桿菌,利用發(fā)根農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化植株,根系發(fā)達,能夠有效的增加植物的抗旱性。但是我國可供利用的擁有知識產(chǎn)權(quán)的基因還不多,需要與分子生物學(xué)科技工作者協(xié)作攻關(guān)。

由于基因工程技術(shù)比傳統(tǒng)的育種技術(shù)具有一些獨特的優(yōu)越性,如基因來源廣泛,不僅可以利用植物基因,也可以利用動物、微生物等來源的基因;針對性強,可以將特定的目的基因直接轉(zhuǎn)化需改良的特定品種;所需育種周期短、省時省力。將抗旱抗鹽基因轉(zhuǎn)化特定品種,獲得改良的轉(zhuǎn)基因植物,提高園林植物的抗旱性和耐鹽性,用于干旱地區(qū)或鹽堿地的綠化,也可以減少園林植物灌溉用水,或用含鹽分高的非飲用水灌溉,節(jié)省水資源。將抗寒基因轉(zhuǎn)化園林植物,培育出抗寒的品種,對于延長北方地區(qū)綠期和改善在低溫下的存活有重要的意義。而這些育種工作中最有潛力的是培育具有抗除草劑基因標(biāo)記的轉(zhuǎn)基因草坪草,既可用除草劑滅殺雜草,減少手工拔草所費勞動力成本。又可有針對性培育抗病、抗逆的轉(zhuǎn)基因草坪草,培育出抗病品種可以減少各種農(nóng)藥的應(yīng)用,減低施用農(nóng)藥造成的環(huán)境污染,培育出抗旱品種更具有意義,例如大多北方城市的綠化從已草為主,改為以樹為主,這里一個重要的原因就是草坪耐干旱脅迫的能力差,生長不良。而當(dāng)前亟待解決的是如何利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)增強楊柳科植物對爛皮病的抗性,東北城市的行道樹,以楊柳科為主,2003年就曾在黑龍江的許多城市楊柳爛皮病大發(fā)生,造成了巨大的經(jīng)濟損失,楊柳爛皮病,難防難治?？梢酝ㄟ^生物工程技術(shù)提高其的抗逆性,選育出新品種,等等?；蚬こ虨槲覀冋宫F(xiàn)了美好的未來,這些也是以后育種研究的重中之重。

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