試析分子標記輔助育種在松材線蟲病防控中的優(yōu)勢

王家瓊，齊安民

（1.云陽縣森林資源監(jiān)測中心，重慶 404500；2.云陽縣果品產(chǎn)業(yè)發(fā)展局，重慶 404500）

試析分子標記輔助育種在松材線蟲病防控中的優(yōu)勢

王家瓊1，齊安民2

（1.云陽縣森林資源監(jiān)測中心，重慶 404500；2.云陽縣果品產(chǎn)業(yè)發(fā)展局，重慶 404500）

從松樹的重要性及松材線蟲病的發(fā)生，分析了松材線蟲的為害、防治現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)目前的防治措施及不足，進而討論了分子標記輔助育種對松樹改良的重要意義。

松材線蟲病；防控；分子標記輔助育種；優(yōu)勢

松樹隸屬于松科松屬 (Pinus L.)，松屬有100余種，約占裸子植物的五分之一，廣泛分布于北半球，是構(gòu)成森林生態(tài)系統(tǒng)和人工林的重要組成樹種。在我國，松樹是重要用材樹種和造林先鋒樹，其中分布最廣的是馬尾松。在我國南方亞熱帶氣候區(qū)，松屬植物因耐干旱貧瘠，不僅在水土保持和國防安全方面具有其他樹種難以替代的優(yōu)勢，其林副產(chǎn)品也具有較高的經(jīng)濟價值，因此松屬植物是我國南方森林生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的植物種類[1]。

松材線蟲(Bursaphelenchus xylophilus)是對我國松林造成嚴重危害的外來入侵物種，由它引起的松材線蟲病對中國森林構(gòu)成嚴重威脅，對林業(yè)，包括經(jīng)濟、環(huán)境、生態(tài)和社會都產(chǎn)生了巨大影響。

1 松材線蟲病

1.1 概況

松材線蟲屬線蟲綱、滑刃目、滑刃總科、傘刃屬，具有繁殖速度快、傳播速度迅速、危害重、治理難度大的特點。松材線蟲的媒介昆蟲有天?？?8個種、吉丁科1個屬、脛象科1個屬的昆蟲[2，3]，主要寄主是黑松、赤松、馬尾松[4]。

松材線蟲病，又稱松樹萎蔫病、松樹枯萎病、松材線蟲萎蔫病，是引起松樹毀滅性的重大森林生物災害病害，素有松樹“癌癥”“無煙森林火災”之稱，是世界四大森林病害之一。

1905年，日本首次報道該病在長崎引起松樹的大面積枯死。目前，該病分布于美國、加拿大、葡萄牙、墨西哥、日本、韓國及中國等地，而在日本、韓國和中國發(fā)生最為嚴重。1982年我國在南京中山陵黑松上首次發(fā)現(xiàn)，自松材線蟲病在我國發(fā)現(xiàn)以來的30年間，累計已經(jīng)致死松樹5億多株，毀滅松林30多萬 hm2，造成間接經(jīng)濟損失數(shù)千億元[2～6]。

1.2 松材線蟲病的防控

松材線蟲病的防控是一項集技術(shù)、行政、法律、經(jīng)濟等多種綜合手段于一體的系統(tǒng)工程，需要多個部門聯(lián)合處理，采用多種技術(shù)手段進行防控。防控方式可分為物理防控、化學防控、生物防控三種類型。

1.2.1 物理防控

主要采取砍伐疫木，并作燒毀處理來防治松材線蟲病。

1.2.2 化學防控

在松褐天牛剛剛開始羽化時，噴施噻蟲啉；在松褐天牛處于幼蟲階段時，對松樹樹干噴灑丁硫克百威乳油稀釋液；如大面積松林感染時，利用飛機施藥防治和APF-I型松褐天?；瘜W誘劑及誘捕器防治。

1.2.3 生物防控

主要釋放花絨寄甲、腫腿蜂、白僵菌進行防治。松褐天牛的老熟幼蟲和蛹期是花絨寄甲防治的最佳時期[7]。松褐天牛幼蟲期，是腫腿蜂防治的最佳時期，可以采取單株放蜂和中心點放蜂兩種方式，對于松材線蟲大面積危害的林區(qū)，應選用中心點放蜂[8]。白僵菌可致病松褐天牛，且感染率高，同時對其幼蟲及產(chǎn)卵量等都有所抑制[9]。

我國2002年以來采用飛機或地面噴灑噻蟲啉[10]、綠色威雷等高效低毒農(nóng)藥防治媒介昆蟲，之后推廣花絨寄甲、腫腿蜂[11]、白僵菌無紡布等生物防治技術(shù)，利用阿維菌素和甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽類殺蟲劑進行樹干注射，保護名木古樹及根除疫情等[12～15]。

同時，我國在松材線蟲病檢疫和誘捕器、生物防治技術(shù)方面也取得了新的突破[16]。2014年全國主要林業(yè)有害生物發(fā)生面積1 206.45萬hm2，累計防治作業(yè)面積1 346.67萬hm2[17]。

1.3 松材線蟲病防控面臨的主要問題

1.3.1 防控經(jīng)費大

松材線蟲病疫區(qū)是松材線蟲的適生區(qū)，松材線蟲病發(fā)生蔓延迅速，防控工作艱巨而復雜。2014年全國投入病蟲害防治資金達3.7億元，重慶市投入24 251萬元[18]，其中縣級投入資金19 651萬元，而各級財政需要長期投入防控經(jīng)費，使疫情長期控制在一個低水平狀態(tài)且不反彈，各疫區(qū)均存在防治經(jīng)費不足的問題。

1.3.2 防控形勢嚴峻

國家、各級政府和林業(yè)部門投入了巨大的人力、物力、財力防控松材線蟲病，但由于疫情的頑固性和反復性，雖有效遏制了部分地區(qū)的擴散和蔓延，可是形勢仍不容樂觀。2017年國家林業(yè)局公布的松材線蟲病疫區(qū)，重慶市新增了6個疫區(qū)。隨著氣候變化的加劇，到2100年我國適宜松材線蟲生存的地域面積將擴大近2倍，且呈現(xiàn)向北、向西擴散速度加快的趨勢，防控形勢嚴峻[19～20]。

1.3.3 次生危害

由于大面積的化學防治存在環(huán)境污染等次生性危害。而生物防治中，大量釋放抑制松褐天牛的蟲、蜂和菌類生物，對生物鏈上的其他生物存在未知風險。

2 主要解決方法

雖然對松材線蟲病的防控方法較多，但人為因素對病害的清理，以及傳播擴散的影響，使得控制效果不盡理想。松樹抗松材線蟲病品種的研究及運用，能夠有效防范或極大程度上延緩該病的發(fā)生和危害，對保護森林生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟社會發(fā)展有著十分重大的意義。

目前松樹抗性育種方式有傳統(tǒng)抗性育種、無性系育種、誘變育種和分子標記輔助育種，各種方式的優(yōu)缺點對比見表1。

表1 各育種方法優(yōu)缺點分析[21～25]

表2 分子標記發(fā)展史[37-38]

從表1可以看出，傳統(tǒng)抗性育種、無性系育種、誘變育種都有其特長和不足，如能與分子標記輔助育種相結(jié)合，更有利于松樹抗性品種的培育。

3 分子標記輔助育種

3.1 分子標記簡介

分子標記輔助育種技術(shù)是利用分子標記與決定目標性狀基因緊密連鎖的特點，通過檢測分子標記，即可檢測到目的抗病基因是否存在，達到選擇抗病性狀的目的，可作為雜交后代的選擇、雜交優(yōu)勢的預測及品種鑒定等各個育種環(huán)節(jié)的輔助手段。能快速高效獲得含有目標基因和表現(xiàn)性狀的個體，已在很多動植物抗性育種中取得成功。分子標記輔助育種技術(shù)用于作物改良的重要領(lǐng)域，是傳統(tǒng)育種技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

3.2 分子標記的發(fā)展史

分子標記是20世紀80年代興起的新技術(shù)，可利用分子標記輔助育種對少數(shù)基因進行遺傳操作，與基于同種間的雜交育種相比較，具有改良可選擇空間大、無生殖隔離制約的特點，實現(xiàn)了遠緣雜交。人們在分子水平對動植物的基因進行操作已成為現(xiàn)實，目前，已有一系列分子標記輔助育種作物品種形成，如抗蟲棉[26]、抗蟲玉米[27]、抗性水稻[28]、超早熟大豆[29]、抗黃曲霉花生[30]、抗真菌和豆象綠豆[31]，抗寒柑橘[32]、抗真菌病害果樹[33]、樟樹[34]等；動物中培育了改良肉牛[35]、石斑魚[36]等。表2簡要介紹分子標記的發(fā)展歷程。

3.3 分子標記輔助育種的優(yōu)越性

分子標記輔助育種技術(shù)能實現(xiàn)基因水平上的定點改良，精確定位目的基因，大大縮短了育種年限及育種周期，節(jié)約了人力、物力、財力，并能最大限度地利用和改良物種性狀，培育出新的優(yōu)良抗性的品種，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面[37～39]。

⑴對目標性狀的選擇不受基因表達和環(huán)境的影響，可以在植物發(fā)育的任何階段進行選擇，加速育種進程，提高育種效率。

⑵能快速準確地鑒定植株的基因型，對分離群體中的目標基因選擇，尤其是對隱性性狀的選擇十分便利。

⑶可有效地對抗病性、抗逆性等表型鑒定困難的性狀進行基因型鑒定。

⑷可聚合多個有利基因提高育種效率。即將分散在不同品種(材料)中的有用基因聚合到同一個基因組中，在分離世代中通過分子標記選擇含有多個目標基因的單株，從中再選出性狀優(yōu)良的單株，實現(xiàn)有利基因的聚合，大大提高了育種效率。

⑸克服不良性狀連鎖，有利于導入遠緣優(yōu)良基因。對于林木育種而言，分子標記輔助育種能提高抗性育種的可靠度，克服了林木生長周期長的局限性，縮短了林木育種進程，對松屬的遺傳改良研究，有望獲得集多種優(yōu)良性狀于一體的優(yōu)良新品種(系)。

4 展望

分子標記輔助育種是現(xiàn)代生物技術(shù)在作物遺傳改良領(lǐng)域應用中的一個重要方面，實踐證明，能為傳統(tǒng)的育種提供一種有力的輔助手段。目前各國都加大了對松材線蟲病抗性育種的投入，許多控制松樹抗性機理的遺傳機制也將逐漸被揭示，在技術(shù)上為松樹品種改良提供了更堅實的理論基礎(chǔ)。相信分子生物學研究的新成果和開發(fā)的新技術(shù)，將會在松樹抗病育種中實現(xiàn)快速、準確改良生物的終極目標發(fā)揮越來越重要的作用，其必將為我國的松樹新品種培育及品種改良做出重要貢獻。

[1]林長春.開展松材線蟲病抗性選育保護我國松林資源[J].林業(yè)資源管理,2005（2）:47-50.

[2]何龍喜.世界松材線蟲病發(fā)生概況及防治措施[J].林業(yè)科技開發(fā)，2014,28（3）:8-13.

[3]李蘭英.松材線蟲病研究進展[J].浙江林業(yè)科技，2006,26（5）: 74-80.

[4]孫永春.南京中山陵發(fā)現(xiàn)松材線蟲[J].江蘇林業(yè)科技，1982:47.

[5]潘滄桑.松材線蟲病研究進展[J].廈門大學學報:自然科學版，2011,50(2):476-483.

[6]崔向臣.淺談森林病蟲害的特點和預防措施[J].價值工程，2010,（03）:71-72.

[7]張彥龍.利用花絨寄甲防治越冬后松褐天牛試驗[J].林業(yè)科學, 2014,50(3):92-98.

[8]譚中華.松材線蟲病預防與防治[J].中國林業(yè)產(chǎn)業(yè),2016（3）:133.

[9]劉云鵬,李增智.球孢白僵菌無紡布菌劑與引誘劑聯(lián)合防治松褐天牛初報[J].安徽農(nóng)業(yè)大學學報,2005,32(4):415-418.

[10]鄧培雄.飛機噴灑噻蟲啉防治松墨天牛效果評價[J].河北林業(yè)科技，2016(5):14-16.

[11]來燕學.松褐天牛疫木隔離結(jié)合人工釋放管氏腫腿蜂防治松材線蟲病[J].中國生物防治學報，2012,28(4):460-465.

[12]韓兵.中國松線蟲病的發(fā)生現(xiàn)狀及治理對策[J].中國農(nóng)學通報，2007，23(2):146-150.

[13]牛小剛.淺析松材線蟲的發(fā)生及防治[J].種子科技,2017（01）: 80-83.

[14]張楷.中國松材線蟲病研究[J].世界林業(yè)研究，2010(3):59-63. [15]張學江.松材線蟲病綜合治理技術(shù)措施[J].中國農(nóng)業(yè)信息，2016（11）:147.

[16]張彥龍.無公害技術(shù)防治松褐天牛控制松材線蟲病研究[D].北京:中國林業(yè)科學研究院,2012.

[17]國家林業(yè)局.中國林業(yè)統(tǒng)計年鑒[M].2012.

[18]田艷.重慶市松材線蟲病的發(fā)生與防控[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015（22）:157-158.

[19]韓陽陽.基于Maxent生態(tài)位模型的松材線蟲在中國的適生區(qū)預測分析[J].南京林業(yè)大學學報:自然科學版,2015,39(1):6-10.

[20]程功.氣候變化背景下松材線蟲在中國分布的時空變化預測[J].林業(yè)科學，2015,51(6):119-126.

[21]高景斌.松材線蟲病抗性馬尾松苗木的選育[J].林業(yè)科技開發(fā), 2009,23(1):91-94.

[22]莊偉瑛.試論松樹無性系育種技術(shù)[J].江西農(nóng)業(yè)大學學報,1994, 16(2):3.

[23]崔彬彬.木本植物航天誘變育種研究進展[J].核農(nóng)學報,2013, 27(12):1 853-1 857.

[24]張雪.常壓室溫等離子體生物誘變育種及其應用研究進展[J].化工學報,2014,65(7):2 676-2 683.

[25]朱玉賢.現(xiàn)代分子生物學[M].第2版.北京:高等教育出版社, 2002.

[26]張正圣,陸地棉遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建與纖維相關(guān)性狀的QTL分析[D].重慶：西南農(nóng)業(yè)大學，2004.

[27]黃小蘭.江蘇省糯玉米育種進展、存在問題與對策[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學,2014,42(12).

[28]任海紅.非組培遺傳轉(zhuǎn)化法在農(nóng)作物上的應用[J].山西農(nóng)業(yè)科學，2010，38(11):85-88.

[29]孫賓成.東北北部高寒地區(qū)超早熟大豆育種研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2014，42(20):6 576-6 577.

[30]田立榮.花生抗黃曲霉遺傳改良研究進展[J].河北農(nóng)業(yè)科學, 2010,14(9):80-83.

[31]王麗俠.綠豆種質(zhì)資源育種及遺傳研究進展[J].中國農(nóng)業(yè)科學, 2009,42(5):1 519-1 527.

[32]馬喜軍,柑橘遺傳圖譜的延伸加密以及抗寒性遺傳分析和QTL定位[D].重慶：西南大學，2012.

[33]李偉陽.果樹抗真菌病害基因工程研究進展[J].北方園藝，2015 (09):176-181.

[34]姚小華.樟樹遺傳變異與選擇的研究[D].長沙：中南林業(yè)科技大學，2002.

[35]郭宏.肉牛分子育種研究進展與展望[J].中國農(nóng)業(yè)科技導報,2014, 16(1):24-31.

[36]李辰星.赤點石斑魚促甲狀腺激素TSH啟動子的克隆及其在斑馬魚胚胎原始性腺和垂體中定位表達[J].水生生物學報, 2010,34(4):822-827.

[37]聶書萍.分子標記的發(fā)展及應用[J].河南職工醫(yī)學院學報,18 (6):526-528.

[38]王志林.分子標記技術(shù)及其進展[M].生命的化學,2001,21(1): 39-42.

[39]張文龍.分子標記輔助選擇技術(shù)及其在作物育種上的應用研究[J].種子,2008,27 (4):39-43.

2017-08-15）

掃一掃，看你的觀點

1005-2690（2017）09-0120-04

S763

B

王家瓊（1985-），女，重慶巫山人，碩士，工程師，長期從事森林資源監(jiān)測、森林病蟲害防治等林業(yè)相關(guān)工作。