生物技術(shù)在林木遺傳育種中的應(yīng)用

劉敏

摘 要 森林可以吸收二氧化碳、釋放氧氣，被譽為“地球之肺”。培育出品質(zhì)優(yōu)良的林木對于改善環(huán)境問題具有重要作用，生物技術(shù)作為一門新興的科學(xué)技術(shù)，為培育基因優(yōu)良的林木提供不可或缺的幫助?；诖?，闡明應(yīng)用于林木遺傳育種的生物技術(shù)類型與具體應(yīng)用方法，分析當(dāng)下傳統(tǒng)育種技術(shù)的不足，并提出相關(guān)應(yīng)用生物技術(shù)的解決方案以供參考。

關(guān)鍵詞 生物技術(shù);林木;遺傳育種;應(yīng)用

中圖分類號：S722 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.20.097

注重環(huán)保不僅為了解決污染嚴(yán)重所導(dǎo)致的環(huán)境問題，更是為了未來子孫后代的繁衍生息。植樹造林功在當(dāng)下，利在千秋?，F(xiàn)如今，科技發(fā)展迅猛，林木生長甚至基因改良都可以依靠科技進(jìn)行優(yōu)化，利用生物技術(shù)培育出基因優(yōu)良、品質(zhì)過硬的參天大樹[1]。生物技術(shù)在林木學(xué)科應(yīng)用較為廣泛，遺傳育種是培育品質(zhì)優(yōu)良林木的關(guān)鍵與基礎(chǔ)。林木成長周期較長，因此縮短基因優(yōu)良樹種的培養(yǎng)周期是亟待解決的問題，生物技術(shù)在解決這一方面問題上可以提供巨大的幫助[2-3]。

1 林木常規(guī)育種方法

培育出基因優(yōu)良的樹種關(guān)鍵在于遺傳基因的變異，基因變異的樹種為培育林木提供可選擇的樹種資源，此為林木常規(guī)育種的基本方法。常規(guī)的林木育種不依靠生物技術(shù)人為改良樹種基因，而是通過自然手段進(jìn)行干預(yù)樹種基因的遺傳，使其產(chǎn)生變化，再經(jīng)過一系列的遺傳基因評測挑選出最適合培育的優(yōu)良樹種。經(jīng)過挑選的樹種不代表可以立即投入使用，需要在推廣之前進(jìn)行種植試驗，在種植周期內(nèi)對于挑選出的種子的生長情況、發(fā)育狀態(tài)以及能否保持生態(tài)環(huán)境平衡等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集評估，確定挑選出的種子符合標(biāo)準(zhǔn)，完成以上工作之后才可以投入市場進(jìn)行推廣繁殖。

林木常規(guī)育種方法的周期較為漫長，這是林木常規(guī)育種的一大劣勢。從開始進(jìn)行選種到投入市場推廣使用，緩慢的育種進(jìn)度無法滿足市場與環(huán)境的需求。在這段時間里，自然環(huán)境的變化與市場日新月異的需求會導(dǎo)致育種工作與實際情況脫節(jié)，易造成培育工作的失敗。同時，選取的優(yōu)良樹種需要為培育下一代樹種奠定基礎(chǔ)，在原本具有的優(yōu)良基因基礎(chǔ)上進(jìn)行增益，使得林木樹種愈來愈茁壯，品質(zhì)更優(yōu)良。傳統(tǒng)育種工作周期較長，容易導(dǎo)致優(yōu)良基因無法得到增益，需要循環(huán)往復(fù)地開展挑選父代優(yōu)良樹種的培育工作。

2 新型生物技術(shù)育種類型

運用自然手段的遺傳基因變異容易產(chǎn)生資源浪費，在一批基因變異的種子中無法挑選出理想樹種，導(dǎo)致培育工作周期延長、工作量增加，延誤種子的正常推廣使用。生物技術(shù)育種可以有效解決傳統(tǒng)育種方法產(chǎn)生的問題，通過人工干預(yù)樹種基因，保證經(jīng)過實驗改良的基因符合既定目標(biāo)。生物技術(shù)對于林木科學(xué)的研究與發(fā)展具有積極作用，生物技術(shù)的不斷改良可以培育出品質(zhì)更為優(yōu)良的種子，同時人工干預(yù)基因變化使研究人員更好地了解樹種遺傳基因構(gòu)造，對有關(guān)科教事業(yè)的發(fā)展與專業(yè)人才的培養(yǎng)有所助益[4]。

2.1 倍性育種

倍性育種是生物技術(shù)育種方法中較為新穎的一種，主要分為單倍體育種與多倍體育種兩種類型。倍性育種技術(shù)的理論基礎(chǔ)是根據(jù)染色體倍性變異理論，營造特殊的誘發(fā)條件進(jìn)行人工干預(yù)樹種染色體數(shù)目，使其產(chǎn)生變化。基因變化的樹種再進(jìn)行培育選取合適的新型樹種。根據(jù)人工干預(yù)染色體數(shù)目的變化令倍性育種分為單倍體育種與多倍體育種。

多倍體育種方法改變?nèi)旧w數(shù)目的手段主要有兩種：一種是人工干預(yù)誘發(fā)樹種染色體成多倍式增加;另一種則是通過未減數(shù)配子的方法，但是樹種染色體自然產(chǎn)生變異的概率較低，所以未減數(shù)配子的使用頻率較小。人工干預(yù)誘發(fā)樹種染色體變異主要通過使用相應(yīng)的化學(xué)試劑浸泡誘發(fā)染色體數(shù)目增加，同時隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)在科研條件可以實現(xiàn)樹種細(xì)胞融合等新型技術(shù)干預(yù)樹種基因變異。

單倍體育種方法與較常使用的多倍體人工干預(yù)誘發(fā)染色體增加的方法相似，不同之處在于將植物原本的染色體數(shù)目作為單倍染色體，通過人工干預(yù)誘發(fā)樹種染色體變異，使其進(jìn)行等量單倍體復(fù)制，復(fù)制的單倍體與原先存在的單倍體合二為一成為新的單倍體，染色體數(shù)目產(chǎn)生變化成為具有新型基因的樹種。單倍體育種方法運用較為廣泛的是通過雄配子體進(jìn)行改造培育，該種方法具有操作簡單、實驗成功率高、便于實際操作等優(yōu)點，是倍性育種中運用最為廣泛的方法[5]。

2.2 誘變育種

誘變育種方法原理是通過外界因素影響樹種進(jìn)行遺傳基因變異，再從變異的樹種選取較為合適的進(jìn)行培育，進(jìn)而產(chǎn)生基因優(yōu)良的新品種。較常使用的誘變方法有物理誘變與化學(xué)誘變。與傳統(tǒng)林木育種方法不同，傳統(tǒng)技術(shù)是依靠自然因素影響樹種，其弊端在于樹種在自然條件影響下產(chǎn)生變異的概率較小，可供選擇的優(yōu)良樹種資源較少。誘變育種彌補(bǔ)傳統(tǒng)生物育種技術(shù)的缺陷，通過物理誘變或是化學(xué)誘變等手段人為影響樹種基因變異，變異成功率較高，并且可供選擇具有優(yōu)良基因的種子資源數(shù)量較多[6]。

物理誘變技術(shù)通過不同頻率不同波段的射線或是激光進(jìn)行誘變，樹種經(jīng)過該種方法的影響，其內(nèi)部染色體產(chǎn)生變化，提供遺傳基因變異的樹種資源。

化學(xué)誘變技術(shù)通過化學(xué)試劑進(jìn)行浸泡，根據(jù)樹種生物結(jié)構(gòu)利用化學(xué)試劑滲透進(jìn)樹種內(nèi)壁，樹種含有的物質(zhì)與化學(xué)試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成新物質(zhì)，從而達(dá)到誘發(fā)樹種基因變異的目的。

與物理誘變技術(shù)相比，化學(xué)誘變耗費時間較長，因此物理誘變的使用更為廣泛。

2.3 基因工程育種

基因工程育種的主要原理是跨越品種界限，將其他品種的優(yōu)良基因通過人工介導(dǎo)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)樹種中，與樹種本身的遺傳基因進(jìn)行組合造就具有新型基因的樹種?；蚬こ逃N最大的優(yōu)勢在于得到人類需要的樹種基因的概率將大幅增大， 跨物種的基因重組在遺傳學(xué)理論上是符合科學(xué)規(guī)律的。外來DNA與原有生物細(xì)胞中的DNA進(jìn)行重組，通過基因變化可以實現(xiàn)無性繁殖新物種，這不僅是基因工程技術(shù)的合理使用，更是生物技術(shù)的一大突破[7]。

2.4 細(xì)胞工程育種

細(xì)胞工程育種是一種新型生物技術(shù)，其理論基礎(chǔ)建立在植物細(xì)胞全能性理論上。與基因工程育種不同的是實驗載體，基因工程育種的實驗載體是樹種，而細(xì)胞工程育種的實驗載體是樹種的細(xì)胞。通過人為構(gòu)造一個無菌環(huán)境，對人工培育的培養(yǎng)基進(jìn)行處理，培養(yǎng)基由人類需要的基因組成。將原有樹種的相關(guān)細(xì)胞組織移植到培養(yǎng)基中，使該培養(yǎng)基產(chǎn)生新物質(zhì)，在人工的培育下逐漸成長為一株完整的植物。

細(xì)胞工程最大的優(yōu)點在于大大縮短育種周期，完美解決傳統(tǒng)育種技術(shù)育種周期長的缺點，滿足市場與環(huán)境需求。由于細(xì)胞工程育種培育的樹種細(xì)胞是在具有優(yōu)良基因的培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上進(jìn)行操做，培養(yǎng)基擁有人類需要的遺傳基因，因此細(xì)胞工程造就的樹種具有生命力強(qiáng)、繁殖率高等特點，并且能夠不斷自我繁殖出具有優(yōu)良基因的樹種，使得其后代林木的質(zhì)量一如既往，滿足環(huán)境治理與日常需求的要求[8]。

3 新型生物技術(shù)在遺傳育種中的應(yīng)用

新型生物技術(shù)對林木科學(xué)的發(fā)展貢獻(xiàn)巨大力量，優(yōu)質(zhì)樹種的培育對于保護(hù)地球環(huán)境尤為重要。面對日益嚴(yán)重的地球沙漠化、環(huán)境污染、全球氣候變暖等環(huán)境問題，樹木種植是最有效的解決辦法。因此樹種的培育是關(guān)乎地球未來的重要工作。新型生物技術(shù)彌補(bǔ)傳統(tǒng)生物育種技術(shù)的缺點，縮短種子培育周期，同時通過不同的技術(shù)手段為地球輸送基因更為優(yōu)異的樹種。

生物技術(shù)突破品種之間的障礙。生物技術(shù)應(yīng)用于林木遺傳育種的先進(jìn)性在于人為構(gòu)造優(yōu)良基因。生物技術(shù)填補(bǔ)了兩個不同品種的植物進(jìn)行結(jié)合重組的技術(shù)空白，使得人類實現(xiàn)自己生產(chǎn)需要的基因，替代僅僅依靠樹種自身產(chǎn)生變異的方法。生物技術(shù)的主要應(yīng)用方式為基因工程育種與細(xì)胞工程育種，基因工程育種將優(yōu)良基因通過相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)移到樹種中，使樹種原有基因與優(yōu)良基因重新組合產(chǎn)生新品種。細(xì)胞工程技術(shù)載體更為微小，通過對實驗室人工培養(yǎng)的培養(yǎng)基移植植物的相關(guān)組織。培養(yǎng)基是所需完美基因的承載者，因為移植了植物的細(xì)胞組織，使其在之后的發(fā)育成長過程中成為真正的植物。

生物技術(shù)解決育種時間的尷尬。育種是林木工作的基礎(chǔ)，同時也是最重要的工作環(huán)節(jié)。育種工作的實施是為了選取品質(zhì)優(yōu)良、基因優(yōu)異的樹種進(jìn)行種植，避免林木生長存在問題。傳統(tǒng)育種方法最大的問題在于工作周期長，無法滿足需求，育種的時間主要耗費在選種這一道工序上，且利用自然因素影響的種子，基因變異的概率太小，需要一批又一批的影響再進(jìn)行挑選，循環(huán)往復(fù)的操作浪費大量工作時間。而新型生物技術(shù)在遺傳育種上的運用，解決了只能被動等待樹種基因改變的尷尬。運用相關(guān)生物技術(shù)，大大提高樹種基因變異的概率，化被動為主動，使得后續(xù)工作及時開展，樹種得到及時推廣使用，傳統(tǒng)育種技術(shù)時間局限性不復(fù)存在，因育種時間周期較長導(dǎo)致的自然環(huán)境惡化、市場需求變換以及后續(xù)的育種工作受到影響等問題也能迎刃而解。

4 結(jié)語

生物技術(shù)對林木遺傳育種具有巨大的作用。相信未來在林木科學(xué)前進(jìn)的道路上，生物技術(shù)將持續(xù)發(fā)揮自己的作用，為國家與地球培育出一片片茂密的森林。因生物技術(shù)的應(yīng)用而培育出的優(yōu)良樹種將成長為抵御地球沙漠化的衛(wèi)士，成為地球輸送新鮮氧氣的使者。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李新功.生物技術(shù)在林木遺傳育種中的運用及前景展望[J].林業(yè)勘查設(shè)計，2018（3）：125-126.

[2] 李聯(lián)隊，季志平，何佳林.生物技術(shù)在林木遺傳育種中的應(yīng)用[J].陜西林業(yè)科技，2016（6）：98-102.

[3] 趙若忘.生物技術(shù)在林木遺傳改良中的應(yīng)用與進(jìn)展[J].生物技術(shù)世界，2015（8）：39.

[4] 王強(qiáng).淺談生物技術(shù)在林木育種中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古林業(yè)調(diào)查設(shè)計，2018，41（6）：39-41.

[5] 譚吉敏.生物技術(shù)在林木育種中的應(yīng)用探究[J].現(xiàn)代園藝，2017（18）：50.

[6] 于曉平.淺談林木常規(guī)育種與生物技術(shù)的應(yīng)用[J].農(nóng)民致富之友，2016（9）：254.

[7] 李坤霞.生物技術(shù)在林木遺傳育種中的實際應(yīng)用研究[J].生物技術(shù)世界，2013（5）：46.

[8] 矯全龍.林木遺傳育種技術(shù)的相關(guān)研究[J].黑龍江科技信息，2013（32）：252.

（責(zé)任編輯：趙中正）