林木遺傳育種研究現(xiàn)狀及存在問題分析

李麗紅 吳金山

摘要：林木遺傳育種是利用現(xiàn)代生物工程技術(shù)，對林木進(jìn)行遺傳改良或?qū)α帜玖挤N進(jìn)行高效繁育的一門學(xué)科。本文主要對國內(nèi)外林木遺傳育種研究現(xiàn)狀、存在問題進(jìn)行綜述，其結(jié)論可為以后更好地進(jìn)行林木培育研究提供參考。

關(guān)鍵詞：林木遺傳育種；現(xiàn)狀；問題

林木遺傳育種學(xué)是利用遺傳學(xué)的技術(shù)，研究林木新品種選育、繁殖理論與方法的學(xué)科。世界林木遺傳研究僅200多年的歷史，到20世紀(jì)中期，林木遺傳育種體系逐漸成形。發(fā)展至今，基礎(chǔ)研究與育種實踐已經(jīng)緊密結(jié)合，其目的是利用更少的林地，培育質(zhì)更優(yōu)、量更大、形更好的林業(yè)資源和生態(tài)產(chǎn)品，從而減少對天然林的依賴，力求用更少的人工林去生產(chǎn)更多的木材和產(chǎn)品。由于林木生長周期長、林木高大、大多為野生型等特點，因此，優(yōu)良林木品種的選育越來越受到重視。本文主要對國內(nèi)外林木遺傳育種研究現(xiàn)狀、存在問題進(jìn)行分析，其結(jié)論可以更好地為林木培育研究提供參考。

1.1 國外研究現(xiàn)狀

早在19世紀(jì)，林木遺傳育種工作就開始研究。1821年，DeVilmorin開始進(jìn)行歐洲赤松種源試驗，是林木遺傳育種研究的開端。1892年，國際林業(yè)研究組織聯(lián)盟成立（IUFRO），簡稱“國際林聯(lián)”。林木遺傳育種作為下設(shè)的第二學(xué)部。隨著種源實驗的深入研究，促進(jìn)了雜交育種的興起。20世紀(jì)初，Henry進(jìn)行了楊樹、櫟樹等樹種的種間雜交，選育出格式楊。Jaconnetti進(jìn)行歐美楊雜交選育出著名的I-214楊。1935年，有學(xué)者在瑞典發(fā)現(xiàn)巨型三倍體歐洲山楊，林木遺傳多倍體育種由此展開。自20世紀(jì)中期開始，林木遺傳育種體系逐漸成型。1950年，國外興起建立瀕危樹種自然保護區(qū)和種質(zhì)資源庫，并對資源進(jìn)行評估。為解決重要造林樹種資源匱乏問題，各國均大量引種取得成效。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

相較于國外，我國林木遺傳育種起步較晚，研究基礎(chǔ)相對薄弱，但近年來，為了保護僅存的林木資源以及長久發(fā)展，我國政府先后推出了退耕還林、可持續(xù)發(fā)展等措施，同時在林業(yè)工作者的努力下我國林木遺傳育種也取得了一定成效。1945年，時培忠在甘肅天水開展了河北楊與毛白楊等雜交試驗，開啟了中國林木遺傳育種的研究。20年代中期，我國效仿國外建立種子園，其目的是為以種子繁殖為主的重要造林樹種供種。1975年國內(nèi)首次獲得楊樹花粉培養(yǎng)再生植株，林木倍性育種成為林木遺傳育種的重點之一?，F(xiàn)如今，我國大部分地區(qū)已經(jīng)順利完成了森林資源的普查工作，并根據(jù)其環(huán)境條件，合理地進(jìn)行了區(qū)域劃分和分類保護，同時珍貴的林區(qū)還建立了專門的保護區(qū)。我國從林木的基因?qū)用嫒胧?，比如太空誘變育種和轉(zhuǎn)基因育種等，這不僅是林木育種方法上的極大創(chuàng)新，更豐富了我國的樹種資源。

2.1 提高木材的成材速率

林木遺傳育種隨著蒸汽機時代的到來，歐洲工業(yè)國木材需求劇增，人類開始對林木遺傳育種進(jìn)行深入研究。林木遺傳技術(shù)提高樹木對于氮的轉(zhuǎn)化率，從而促進(jìn)植物生長。

2.2 提高樹木抗逆性

不同樹種對環(huán)境的要求也不同，生態(tài)環(huán)境的惡化導(dǎo)致急需對不同惡化環(huán)境耐受性強（耐寒耐熱、耐干旱、耐鹽堿等）的樹種。通過林木遺傳育種技術(shù)，選用優(yōu)良品種，提高樹種耐受性，使其能夠在惡劣自然的環(huán)境中生長。

2.3 病蟲害防治工作

通過現(xiàn)代遺傳學(xué)技術(shù)，使植物體攜帶對食葉昆蟲有害而對其無害的病毒，當(dāng)食葉昆蟲啃食枝葉，病毒隨之進(jìn)入到昆蟲體內(nèi)，從而使其死亡。楊樹目前是我國防風(fēng)固沙、綠化以及用材的重要樹種，但楊樹的病蟲害種類繁多，所以，楊樹病蟲害防治是目前林木遺傳育種工作者的重要任務(wù)之一。

2.4 性狀改良

林木遺傳育種技術(shù)將樹木性狀按照人類的需求方向改良，以獲得經(jīng)濟效益好、林木果期短，產(chǎn)量高等品種。

2.5 修復(fù)生態(tài)環(huán)境

林木改造，使其能具備吸收或儲存重金屬及污染物，同時對其有著較強的適應(yīng)性和抗逆性，將其種植在對應(yīng)污染物的地區(qū)，能夠起到修復(fù)生態(tài)環(huán)境的作用。

2.6 縮短林木產(chǎn)果期

遺傳育種能極大縮短部分果樹的產(chǎn)果期，提高優(yōu)良果樹品種的選育時間以及提高經(jīng)濟效益。

首先，目前林木遺傳育種研究已不僅滿足于數(shù)量，而是數(shù)量與質(zhì)量并存?，F(xiàn)今單一的優(yōu)良品質(zhì)已經(jīng)難以滿足社會需求，急需培育多方向的有利基因，這就對于研究工作提出了更高的要求。其次，全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境惡化，在鹽堿、干旱地區(qū)等惡劣環(huán)境下，更需要通過遺傳育種技術(shù)，選育大量種植適應(yīng)性強、耐受度好的林木品種。楊樹是我國目前防風(fēng)固沙的優(yōu)良樹種，但環(huán)境惡劣加劇使部分地區(qū)楊樹林出現(xiàn)退化，改造退化楊樹防風(fēng)固沙林也是所需攻克難關(guān)之一。最后，林木遺傳育種研究已有兩百余年的歷史，一些林木品種已出現(xiàn)老化，急需進(jìn)行更新?lián)Q代，提供經(jīng)濟效益高、生長性好、符合市場需求的樹種，這也成為了目前林業(yè)遺傳育種工作所需面對的另一重大挑戰(zhàn)。

4.1 林木育種的統(tǒng)籌規(guī)劃

林木育種要有科學(xué)合理的規(guī)劃，針對不同的林木種類選用最適合的方案。林木的重要特點是林業(yè)周期長、雜合程度高、林木高大，所以導(dǎo)致了林木育種的發(fā)展極為緩慢。如果采用先進(jìn)的生物技術(shù)，將能解決林木發(fā)展過程中的許多問題。例如遺傳標(biāo)記、基因工程等現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)在林木育種工作過程中，現(xiàn)都已得到廣泛應(yīng)用。

4.2 太空誘變育種

隨著人類航天技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)在太空中的宇宙射線較強，能夠使作物更大頻率的產(chǎn)生染色體變異。根據(jù)這一原理，太空誘變育種這一新穎的林木育種技術(shù)也得到了快速的發(fā)展。雖然太空誘變育種的成本很高，但其具有很多方法都沒有的巨大優(yōu)勢，人們在無重力空間內(nèi)對作物進(jìn)行處理，可高效省時地實現(xiàn)新特性、新品種植物的發(fā)現(xiàn)和培育。不過現(xiàn)在的太空誘變育種的技術(shù)還不夠成熟，對變異方向的控制還不夠完善，但隨著科技的發(fā)展，這一技術(shù)定會取得巨大進(jìn)展。

4.3 林木種質(zhì)的管理和保護

對稀有或者珍貴林木種質(zhì)資源開發(fā)與保護，對保護林木種質(zhì)基因資源的多樣性具有重要意義，可避免大量野生植物基因消失。

4.4 多形狀綜合改良

多性狀綜合改良存在的主要問題是缺少方便、簡單、準(zhǔn)確的選擇指數(shù)計算方法，尤其對各性狀權(quán)重的計算方法缺少研究。分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展為開展標(biāo)記輔助選擇提供了廣闊的應(yīng)用前景，通過尋求分子標(biāo)記和目的性狀間的相關(guān)性，實現(xiàn)對多個重要經(jīng)濟性狀的間接選擇，縮短選育周期、提高選擇效率。

4.5 多世代育種

林木多世代育種的關(guān)鍵是維持育種項目的遺傳基礎(chǔ)，保持育種群體基因多樣性。育種周期長短直接影響育種項目的經(jīng)濟效益，開展多世代育種，縮短選育周期能加快育種進(jìn)程，明顯提高改良成效。近親繁殖及基因多樣性對群體的長期遺傳變異力、對適應(yīng)未來氣候和環(huán)境變化的能力以及對其他生物學(xué)特性，如抗病蟲能力等起重要作用。

4.6 分析手段

生物信息學(xué)技術(shù)現(xiàn)已在分子遺傳及基因工程中廣泛應(yīng)用，為基因的結(jié)構(gòu)及功能分析起了重要推動作用。生物信息學(xué)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用是建立在計算機分析技術(shù)基礎(chǔ)上。因此，研究開發(fā)功能強大、使用簡單、性能齊全與遺傳育種或基因工程相關(guān)方向的計算機軟件（主要用于數(shù)據(jù)模擬、集成、分析、優(yōu)化和信息共享），對林木良種選育工作的開發(fā)與發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。

我國雖然在林木育種研究歷程中已經(jīng)取得了許多突破和進(jìn)步，但目前林木育種發(fā)展仍蘊含許多機遇與挑戰(zhàn)，同時存在很多缺陷和問題，這就需要廣大林業(yè)工作者改進(jìn)育種方法，積累育種材料，引進(jìn)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，充分克服林木育種中出現(xiàn)的難題。

作者簡介：李麗紅（1980-），女，助理工程師。主要從事林業(yè)規(guī)劃設(shè)計方面的工作。

*通訊作者：吳金山（1984-），男，副教授。主要從事林木培育方面的研究。