試論基因工程在林業(yè)生產中的應用

王春艷

摘 要：近現(xiàn)代生物技術研究代表之一就是基因工程，基因工程在過去的近十年里發(fā)展迅速，林業(yè)上已經有二十多種樹種應用進了轉基因技術。林業(yè)生產中應用進基因工程的方面包括增強植物的光合作用，提高植物對病害的抵御能力，培育抗除草劑作物，生物固氮等。本文就以基因工程展開分析，并且對基因工程在林業(yè)生產中的應用加以論述，供參考。

關鍵詞：基因工程;林業(yè)生產;應用

基因工程是一種新的生物技術科學生物技術，基因工程在1970年代誕生，基因工程是以分子生物學和分子遺傳學基礎理論的研究工程，它涵蓋了廣泛的內容，可分為兩種：傳統(tǒng)生物技術和現(xiàn)代生物技術。在過去的幾千年里，釀造、制作醬料和育種技術已經被用于傳統(tǒng)的生物技術。近20年來，隨著許多與生物技術相關的理論和技術的發(fā)展，特別是實驗手段的發(fā)展，現(xiàn)代生物技術得到了發(fā)展，并被納入了高科技領域?；蚬こ淌乾F(xiàn)代生物技術的代表，樹木基因工程是通過適當?shù)幕蜣D移技術，引入有用的外源基因，獲得轉基因植物，最后進行樹木遺傳改良或相關的研究。

一、基因工程的發(fā)展歷程

基因工程正在最近十年的發(fā)展歷程里，已經獲得了大量的轉基因植物，包括改變植物質量和適應能力的轉基因植物和抗病蟲害的轉基因植物以及抗除草劑的轉基因植物等。大量的成功轉基因材料已經進入了試驗階段，主要分布在美國、英國、比利時、荷蘭等國家，其中中國也取得了一些重大成就。一九八六年至一九九七期間，世界上已經有四十五個國家在六十多種植物上進行了二點五萬株轉基因植物的田間試驗，僅僅在一九九六年至一九九七年這一年里就有一萬例關于轉基因植物的報道，直到一九九七年年底，在世界范圍內，已經有12種作物的48種轉基因作物產品被允許進入商業(yè)化生產，轉基因植物種植面積已經達到一千兩百八十萬公頃，其中美國就占了百分之六十的比例。預計，全球轉基因植物產品市場已從一九九六年的不足五億美元增加到兩千年的七十億至一百億美元。在林業(yè)方面，自從一九八七年報道的第一種轉基因楊樹以來，已經有了楊樹、落葉松、云杉、松、栗樹、核桃、刺槐、桉樹、蘋果、李子和葡萄等二十多種樹種運用進了轉基因技術。在“七五”、“八五”和“九五”的研究中，中國科學家成功地對楊樹、松樹和桉樹進行了遺傳轉化，系統(tǒng)地掌握了各種遺傳轉化技術體系，為轉基因工程的實際應用奠定了基礎。

二、基因工程在林業(yè)生產中的應用

1.增強植物光合作用方面。傳統(tǒng)的育種方法無法滿足高光合效率的品種培育要求，然而，基因工程可以從根本上解決這些問題。光合作用是指通過光化學反應和暗反應將光能轉化為化學能并固定住植物中的二氧化碳。二磷酸核酮糖羧化酶（RUBISO）是將二氧化碳固定的關鍵所在，它存在于葉綠體中，同時，二磷酸核酮糖羧化酶還能催化氧氣反應，即光呼吸。這個過程涉及到氧氣的凈吸收和二氧化碳的釋放，這是一個比較浪費的過程，因為它不僅會導致已經固定的二氧化碳流失，而且會導致在二氧化碳固定過程中發(fā)生轉變，這絕不是一個微不足道的損失。因為當光呼吸被抑制，二氧化碳凈固率就可以提高一半。植物基因工程技術的應用可以降低二磷酸核酮糖羧化酶的加氧酶功能，而不影響二磷酸核酮糖羧化酶的功能。這是一項艱巨的任務，而且需要很長時間才能得到結果。

2.抗蟲病害方面。利用基因工程培育抗蟲植物，這是一項已經取得一定成果的基因技術，就是講蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis）產生的毒索蛋白（Bt）以及從虹豆等作物中分離的胰蛋白酶抑制劑基因（CpTi）。昆蟲消化道內的有毒蛋白質由蛋白酶激活引起的消化道損傷引起昆蟲死亡，對其他生物無害;蛋白酶抑制基因其產物可干擾蛋白酶在昆蟲體內的活性，阻礙食物消化表面殺滅害蟲。殺蟲范圍廣，只存在于植物體內的抗蟲物質不易被環(huán)境因素破壞，也不污染環(huán)境。育種周期短，成本低，目標性強。病毒、病原體是植物的主要病害，由于植物本身或相對于野生物種缺乏抗原，限制了抗病育種的進展，重組DNA技術使不同生物的基因得以轉移，從而解決了這一問題。第一殺毒基因（TMV）是使用病毒蛋白質殼（CP）獲得抗病毒植物，第二是使用反義RNA病毒的反向基因在強啟動子的后面大量的反義RNA可以關閉復制酶的結合位點，阻力，病毒擴散。第三是利用抗體基因產物，使病毒復制酶失效，達到抗病毒作用。

3.抗除草劑方面。雜草也是一種危害植物生長的因素，在這一問題上大多數(shù)人為了方便會直接是用除草劑，但是除草劑也會對植物產生一定的危害。培養(yǎng)抗除草劑轉基因植物，可以使植物避免遭到除草劑的危害，提高植物的生長速度，估計最早商業(yè)化的工程之一的轉基因植物將會是抗除草劑轉基因植物。

4.生物固氮方面。植物的生長和高產量需要大量的氮元素，生物固氮肥料不僅具有大的輻照節(jié)約能源，而且不會對環(huán)境造成嚴重污染。目前，固態(tài)氦的基因工程主要是一種不能被枯草芽孢桿菌和氮肥基因（NIF）固定的植物。中科院遺傳研究所將帶有固氮基因的PRDI質粒從大腸桿菌中轉移到無固氮能力的水稻根系，表現(xiàn)出較強的氮素能力，水稻發(fā)育優(yōu)于對照植株。

三、結語

由于基因工程使用DNA分子重組技術，我們可以根據(jù)人們的設計創(chuàng)造許多新的基因組合，新生物與新穎的遺傳性狀，增強人們改變植物的倡議，現(xiàn)在改善工廠生產，提高質量，增強抵抗和生產特殊產品的不可逆轉的作用，顯示出巨大的潛力，21世紀將是一個植物生物技術大發(fā)展的時代，基因工程主導的分子生物學技術將為我國林業(yè)的生產開辟廣闊的前景。

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