林業(yè)育種中新技術的應用現(xiàn)狀分析

胡映泉

（山西省林木育種研究中心，山西 太原 030031）

林木生產(chǎn)中選用優(yōu)良的品種是提高林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益的基礎，而在林業(yè)常規(guī)育種中，通過選種、引種、育種方式培育一個新的優(yōu)良品種通常需要10年以上，由于育種周期較長，導致林業(yè)生產(chǎn)中新品種的更新率較低，部分地區(qū)僅為20%，這已經(jīng)遠遠不能適應林業(yè)現(xiàn)代化經(jīng)營與發(fā)展的需要[1]。隨著科學技術的不斷發(fā)展，各種新技術在林業(yè)育種中不斷得到應用，大大提高了林木育種的效率，帶動了林業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，本文以此為契機，詳細分析不同育種方法在林業(yè)育種中的應用現(xiàn)狀，以期為不同地區(qū)林業(yè)育種中選擇最佳的途徑提供理論依據(jù)。

1 分子標記技術在林業(yè)育種中的應用

分子標記技術在林業(yè)育種中已經(jīng)有了廣泛的應用。在早期林木育種中，分子標記技術主要應用于樹木性別鑒定和子代性狀鑒定中[2]，以楊樹為例，由于雄性楊樹具有較高的產(chǎn)量，人們生產(chǎn)中更傾向于培育雄性種苗，但是現(xiàn)實中樹木只有在5～20a后性成熟時才能進行性別判斷工作，育種年限較長。在實際生產(chǎn)中，尋找一項可以早期進行楊樹性別鑒定的技術非常重要，而分子標記技術便可實現(xiàn)，目前在黑楊、美洲黑楊、毛果楊、馬氏楊、銀白楊的育種中有了應用，并且在林木多世代育種中，分子標記技術也是縮短育種年限的重要手段。分子標記技術通過構建遺傳連鎖圖譜，還可以應用于林木輔助選擇育種中。在桉樹的育種中，通過基因數(shù)量定位點的分子標記分析，證明了不同環(huán)境條件下桉樹數(shù)量性狀表現(xiàn)的變化規(guī)律，以此可以實現(xiàn)桉樹育種中子代性狀遺傳規(guī)律的早期判定，由此大大提高了桉樹的育種效率?；鹁嫠煽共∮N中，通過構建遺傳連鎖圖譜證明了抗銹病基因為顯性基因，并且由單基因控制，因此在苗木早期遺傳性狀的判別中，利用分子標記技術即可判斷出該苗木是否攜帶抗病基因，為優(yōu)良苗木選育工作提供了依據(jù)。

分子標記技術在林木早期性狀判別上優(yōu)于傳統(tǒng)的育種方式，特別是對苗木生長速率，苗木冠幅變化，苗木抗逆性，水分導度以及對外界環(huán)境的反應判定方面，同時通過分子標記技術可以追蹤目的基因的表達行為，種子質量的監(jiān)測、新品種的鑒定工作。在歐洲山楊的研究中發(fā)現(xiàn)，將目標基因導入到山楊中后，轉基因山楊的葉片變小，顏色變淺，節(jié)間長度變短，但是葉片上的雜斑數(shù)量顯著減少，證明了目標基因在植物上的表達特性。應用分子標記技術明確不同育種材料之間的遺傳關系，對確定最佳的雜交設計和科學的栽培方式具有重要幫助，并且可以實現(xiàn)樹木特定基因遺傳特性的驗證工作，尤其是種子園內(nèi)不同個體遺傳關系確定，這對于監(jiān)控樹木花粉的流動特性，確定不同植株繁殖力的高低具有重要的現(xiàn)實意義，目前已經(jīng)應用于楊樹無性系育種種苗的性狀早期鑒定中[2]。分子育種技術在林木育種中的應用，極大地提高了樹木育種的精確性，并且大大縮短了育種的周期，大大提高了林木育種的效率，該項技術對于保存稀有珍貴樹種種植資源也具有重要的現(xiàn)實意義。

2 組織培養(yǎng)技術在林木育種中的應用

組織培養(yǎng)技術主要是利用植物細胞的全能性來培養(yǎng)優(yōu)良種苗，在育種過程中可以節(jié)省大量時間，并減少了對苗圃以及外界環(huán)境的依賴性，同時具有極強的重復性，在林木育種中主要應用于良種快速繁殖與種苗培養(yǎng)上[3]。

組織培養(yǎng)技術是林木育種的重要技術之一，這是因為組織培養(yǎng)具有較高的基因突變率，繁育速度較快，培養(yǎng)周期短，目前在毛白楊、蘋果、桃等30余種樹木育種中取得了成功。從實踐中發(fā)現(xiàn)，組織培養(yǎng)技術有效的克服了遠緣雜交中存在的胚敗育問題，同時大大縮短了選育周期，特別是在各種果樹早熟品種選育中起到了關鍵作用，并且實現(xiàn)了果樹無核品種選育，楊樹三倍體種苗選育工作，克服了多胚品種珠心胚的干擾。在組織培養(yǎng)的過程中，由于外界環(huán)境條件的變化，外植體基因突變率在50%以上，這對選育基因突變體提供了基礎，目前國內(nèi)外廣泛應用于林業(yè)育種中，如1986年美國東北林業(yè)實驗站選育的楊樹抗病無性系，1990年加拿大選育的北美五針松抗松包銹病新品系，中國林科院選育的抗鹽楊樹新品種等[4]。

植物組織培養(yǎng)技術可以實現(xiàn)體細胞雜交，進而實現(xiàn)新品種的選育。在香蕉育種和遠緣雜交育種中，往往無法得到種子，有的得到種子卻無法發(fā)育成正常的植株，為克服這一問題，在生產(chǎn)實踐中，可以利用體細胞雜交和組織培養(yǎng)相結合的技術選育新品種。目前采用體細胞雜交技術育種成功的植物主要有楊樹、榆樹、柑橘等，在這些樹木的育種中，將具有活性的原生質體在特定的條件下實現(xiàn)融合形成雜種細胞，該細胞在組織培養(yǎng)技術下形成新的植株，該植株為二倍體雜種，二倍體雜種通過細胞融合技術可以獲得多倍體雜種，因此該項技術為林木新品種的選育工作提供了廣闊的前景[5]。

利用植物組織培養(yǎng)技術可以實現(xiàn)脫毒苗木的生產(chǎn)和獲得人工種子。對于經(jīng)過多代無性繁殖的林木來說，常常遭受到病毒的侵染，導致林木病蟲害發(fā)生嚴重，生長量降低，種質退化。為此，實現(xiàn)苗木脫毒和更新復壯是無性系繁殖林木的重要工作。在林木生長的最旺盛部位，特別是莖尖分生組織內(nèi)很少存在病毒，因此通過對莖尖頂端分生組織進行培養(yǎng)，可以獲得無病毒植株，該項技術已經(jīng)在柑橘、香蕉等十余種林木上取得了成功，而在蝴蝶蘭，康乃馨等園藝植物中已經(jīng)廣泛應用，這對保持植物種質特性和提高抗性具有重要實踐意義。人工種子同樣是利用組織培養(yǎng)技術獲得，該種子并未經(jīng)過自然受精過程，通過人為將植物組織在無菌培養(yǎng)基上誘導產(chǎn)生大量的細胞胚，用膠質將細胞胚包好后形成能夠播種的人工種子，該種子可以繁育大量的良種苗木，對提高林木育種經(jīng)濟效益起到了巨大的推動作用。

3 航天育種技術在林木育種中的應用

航天育種是將航天技術與傳統(tǒng)林業(yè)育種技術相結合的產(chǎn)物，是將植物的種子或者器官送至宇宙空間內(nèi)，通過太空高能離子輻射、微重力、高真空、交變磁場等因素的誘導使植物的材料發(fā)生突變，然后經(jīng)過人工栽培、繁殖與選育等試驗過程獲得新品種的過程，目前國內(nèi)外均取得了大量研究成果[6]。航天育種之所以受到國內(nèi)外育種專家的青睞，是因為航天育種具有其特有的優(yōu)勢，首先，航天育種變異率相對較高，常常會達到1%～5%，并且林木變異幅度較大，這些變異在自然界需要幾百萬年甚至更長時間才能完成；其次，航天育種并不像基因工程那樣將外源基因導入林木體內(nèi)，這并不會涉及到林木生產(chǎn)的安全性問題，也不會存在輻射育種造成的毒害問題；再次，航天育種可以提高林木產(chǎn)量和生長速度，提高林木抗逆性，并且可以創(chuàng)造豐富的種資質源[7]。

當前國內(nèi)外在航天育種中取得了一定的成績。前蘇聯(lián)利用該技術獲得了速生樅樹植株，美國利用航天育種技術獲得了松樹、綠豆的高產(chǎn)品種[8]。美國航天育種中心利用航天育種技術培育的地瓜樹新品種葉柄變長，葉片面積增加，株高顯著增加，產(chǎn)量提高10倍以上，淀粉含量提高40%，適應性和抗逆性顯著增強，特別是抗旱性增強明顯，使得該植物在干旱丘陵地區(qū)仍然可以獲得較高產(chǎn)量[8]。我國航天育種最早應用于農(nóng)作物和蔬菜上，先后對65種作物，370多個品種進行了研究，其中航天育種獲得的水稻新品種增產(chǎn)幅度達到了10%以上，取得了良好的經(jīng)濟效益。2002年，神州3號宇宙飛船搭載葡萄、樹莓、牡丹等木本植物的種子在太空經(jīng)過7d后返回地球，自此開始了林木航天育種，神州4號飛船攜帶紅松、落葉松、油松等6種喬木種子和部分楊樹新品種試管苗，神州5號增加了白樺、橡木種子，2003年11月返回式衛(wèi)星攜帶的沙棘種子返回地球，這些種子當前均已經(jīng)應用至林木的良種繁育中。

林木的航天育種主要集中于優(yōu)質用材林方面，目的是通過航天技術與林業(yè)育種技術的結合，獲得優(yōu)質突變植物個體，用以實現(xiàn)林木速生品種的育種，同時增加現(xiàn)有優(yōu)質用材林的生長量，并且要求達到木材特性不變的目的，從而滿足家具與裝飾對林木的需求。經(jīng)濟林航天育種重點方向為提高林木抗逆性，提高果品品質，提高鮮果果品中的養(yǎng)分含量，提高果品的保健效用，另外，鑒于部分果品貯藏期短的特點，航天育種另一個方向就是培育果品耐貯性強的品種，以提高果品的商品價值；在木本觀賞植物航天育種中，人們主要用來培育適宜景觀觀賞的花色與花型、葉色與葉形多變品種，并提高現(xiàn)有品種的園林觀賞價值，兼顧培育適應城市環(huán)境條件的新品種。

4 轉基因技術在林木育種中的應用

當前轉基因技術在林木育種中主要應用于抗蟲新品種的選育上，但是當前主要處于試驗階段，其應用范圍遠遠低于轉基因技術在農(nóng)作物上的應用。目前轉基因技術在林木育種上應用成功的例子主要是楊樹抗蟲育種研究，F(xiàn)illati實現(xiàn)了農(nóng)桿菌對銀白楊×大齒楊的轉化，后又獲得了抗舞毒蛾和天幕毛蟲效果的楊樹轉基因植株[9-10]；田穎川等運用轉基因技術培育的歐洲黑楊抗蟲品種，殺蟲率達到了76%以上[11]；王學聘將轉基因技術應用至歐美楊的抗蟲育種研究中，試驗結果表明，抗蟲歐美楊植株對舞毒蛾和楊尺蠖毒殺率為80%～90%[12]。生產(chǎn)中由于林木生長期較長，加上轉基因殺蟲蛋白會導致害蟲耐受性增加，所以林業(yè)育種中很少運用單一殺蟲機制抗蟲基因，將不同的抗蟲機制基因在林木新品種上表達出來，達到持續(xù)抗蟲的效果[13]。在毛白楊抗蟲育種研究中，采用CrylAc基因與API基因構建抗蟲表達載體，通過飼喂楊扇舟蛾試驗發(fā)現(xiàn)，該雙重抗蟲基因的致死率在40%～70%之間，最高可以達到85%[14]；在人工改造Bt殺蟲蛋白基因轉入楊樹后得到的再生植株試驗中發(fā)現(xiàn)，該基因對害蟲的致死率為40%～80%，但是該基因結合蛋白酶抑制劑基因得到的再生楊樹植株，對害蟲的致死率達到了100%[15]。

5 小結

生物技術以及分子標記育種技術最早應用于農(nóng)作物的育種中，后在林業(yè)育種中得到了應用，因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各項育種新技術均可以成為林木育種工作中可以借鑒的實踐經(jīng)驗。在本文所論述的4種林木育種新技術中，各自在林木育種中應用的側重點存在差異，如分子標記技術側重點在于林木基因表達性狀的早期鑒定，組織培養(yǎng)技術側重于遠緣雜交育種以及林木的快速繁育，航天育種側重于林木基因突變育種方向，轉基因技術較側重于林木的抗蟲育種。從我國林木育種的研究現(xiàn)狀來看，航天育種和轉基因技術在林業(yè)育種中尚處于起步階段，與林木育種技術較發(fā)達的美國仍然存在一定的差距，因此我國在林業(yè)育種方面仍然還有大量的基礎工作要做，相信通過我國大量林業(yè)科研人員不斷的努力，未來我國在林業(yè)育種方向上會走在世界前列。

［1］房用，荀守華，叢玉教，等.林木花卉的生物技術育種［J］.西南園藝，1999，27（4）：35-36.

［2］張綺紋，鄭先武，蘇曉華，等.分子標記在林業(yè)輔助選擇育種中的應用［J］.世界林業(yè)研究，1996，（6）：24-29.

［3］牛煥瓊，晉開顏，徐斌.植物組織培養(yǎng)在林業(yè)中的應用及進展［J］.林業(yè)建設，2003，（3）：27-30.

［4］王洪剛，孔凡晶，劉樹賓.作物遺傳育種研究進展及發(fā)展趨向［J］.山東農(nóng)業(yè)大學學報，1998，29（3）：403-407.

［5］馬和平，臧建成，李毅，等.生物技術在林木育種中的應用［J］.河北林果研究，2005，20（4）：343-346.

［6］季孔庶.園林植物高新技術育種研究綜述和展望［J］.分于植物育種，2004，2（2）：295-300.

［7］馬建華，趙廣球，楊正輝，等.航天育種及其在林業(yè)上的應用前景［J］.山東林業(yè)科技，2005，（3）：76-77.

［8］李金國.蔬萊航天誘變育種［J］.中國蔬菜，1999，（1）：4-5.

［9］Fillati.Agrobaterium mediatedtransformationandregeneration of popla［rJ］.Mol Gen Gent,1987，206:192-199.

［10］李云蜆，秦飛，楊學民，等.農(nóng)林業(yè)轉基因抗蟲性育種的研究、應用情況概述［J］.江蘇林業(yè)科技，2001，28（2）：46-48.

［11］田穎川，虞紅梅，鄭均寶，等.歐州黑楊轉抗蟲基因的研究［J］.生物工程學報，1993，9（4）：291-297.

［12］王學聘，韓一凡，戴蓮韻，等.抗蟲基因歐美楊的培育［J］.林業(yè)科學，1997，33（1）：69-74.

［13］朱新生，朱玉賢.抗蟲植物基因工程研究進展［J］.植物學報，1997，39（3）：282-288.

［14］鄭均寶，梁海永，田穎川，等.轉雙抗蟲基因714毛白楊的選擇及抗蟲性［J］.林業(yè)科學，2000，36（2）：13-19.

［15］李明亮，張輝，胡建軍，等.轉Bt基因和蛋白酶抑制劑基因楊樹抗蟲性的研究［J］.林業(yè)科學，2000，36（2）：93-97.