生物技術(shù)在信豐縣林木遺傳育種中的應(yīng)用

摘 要 隨著人類對自然資源需求的不斷增長，如何提高林木產(chǎn)量和品質(zhì)，保護生態(tài)環(huán)境，已成為當前迫切需要解決的問題。江西省信豐縣擁有豐富的林木資源，但在近幾年的林木產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，逐漸暴露出林木品質(zhì)下降的問題。為給信豐縣林木遺傳育種工作提供堅實的技術(shù)保障，闡述生物技術(shù)的優(yōu)勢，并詳細介紹DNA分子標記、基因工程、細胞工程等生物技術(shù)在林木遺傳育種中的具體運用。

關(guān)鍵詞 生物技術(shù)；林木；遺傳育種；江西省信豐縣

中圖分類號：S722 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.21.028

隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，其已經(jīng)在各領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力和效益，將其用于林木遺傳育種上，可以有效提高林木生長效益，從而更好地實現(xiàn)林木繁育目標，滿足現(xiàn)代社會生產(chǎn)生活對自然資源的實際需求。

1" 信豐縣林業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

信豐縣為江西省贛州市轄縣，位于贛州市中部，居貢水支流桃江中游。截至2023年6月，信豐縣轄13個鎮(zhèn)、3個鄉(xiāng)，總面積2 878 km2。該縣地處東亞季風區(qū)，氣候溫和、光照充足、熱量豐富、雨量充沛，屬中亞熱帶季風濕潤氣候，具有四季變化分明、春秋短夏冬長、冰雪期短、無霜期長、夏少酷暑冬少嚴寒等特點，為信豐縣的農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)提供了良好的氣候條件，享有“世界橙鄉(xiāng)、北江源頭、融灣標兵、人信物豐”的美譽。信豐縣是江西省重點林業(yè)縣，林業(yè)用地面積為20.67萬hm2，占全縣土地總面積的71.7%，森林覆蓋率達70.33%，活立木總蓄積量達1 614萬m3。近年來，信豐縣堅持“綠水青山就是金山銀山”的綠色發(fā)展理念，以全面落實“林長制”為總抓手，加強林業(yè)治理能力建設(shè)，堅持走森林可持續(xù)經(jīng)營綠色發(fā)展之路，科學編制、嚴格落實森林經(jīng)營方案，開展以人工闊葉混交用材林、人工杉木林、人工杉木林大徑材培育、人工杉-楠混交復層林及天然次生多功能闊葉林等5種經(jīng)營模式試點工作，而信豐縣林木良種繁育中心在相關(guān)工作的開展中承擔著較為重要的任務(wù)[1]。2022年，信豐縣林木良種繁育中心林木良種場杉木2.5代、3代種子園種子和木荷1代種子園種子通過省級林草品種良種審定，發(fā)表的《科技興林 打造林木優(yōu)良種質(zhì)資源庫》成為業(yè)界和同行學習借鑒的樣板。從生物技術(shù)應(yīng)用方面來看，相關(guān)技術(shù)部門已經(jīng)普遍將生物技術(shù)手段用于林木的遺傳育種環(huán)節(jié)，林木生長品質(zhì)得到較大的改善，對促進信豐縣林木產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有十分重要的現(xiàn)實意義。

2" 生物技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

生物技術(shù)在信豐縣林木遺傳育種中的作用日益凸顯，可以為加快林木生長速度、增強抗病蟲性、提高品質(zhì)等提供更好的解決方案。

1）生物技術(shù)可以加快育種速度。傳統(tǒng)林木遺傳育種需要經(jīng)過長時間的觀察和選擇，耗費大量的人力和時間。利用生物技術(shù)可以通過基因工程技術(shù)直接對林木的基因進行改良，從而更快速地獲得育種結(jié)果。比較常見的就是利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)進一步提高樹木的抗病蟲性、生長速度和品質(zhì)，從而加速林木的遺傳改良過程。

2）生物技術(shù)可以提高林木對病蟲害的抗性。信豐縣林木在生長過程中易受到各種真菌、細菌和病毒的侵害，導致生長緩慢甚至死亡。因此，相關(guān)技術(shù)人員可以利用生物技術(shù)，如通過基因工程技術(shù)向樹木中導入抗病毒基因，提高其對病原體的抵抗能力，從而有助于減少疫病對林木的破壞，提高生產(chǎn)效率。

3）生物技術(shù)可以提高林木的環(huán)境適應(yīng)能力。隨著信豐縣氣候變化和環(huán)境污染問題加劇，林木面臨更加嚴峻的生存挑戰(zhàn)。育種人員可利用生物技術(shù)對林木耐旱、耐鹽、耐寒等基因進行改良，從而提高林木對不良環(huán)境的適應(yīng)能力，保護生態(tài)環(huán)境，促進林木的生長和發(fā)展。

4）生物技術(shù)能夠改良林木品質(zhì)。實踐證明，利用基因工程技術(shù)可以調(diào)控木質(zhì)素合成途徑的基因，提高木材的硬度、耐久性和美觀度，從而進一步提高林木的經(jīng)濟價值和利用效率，滿足人類對木材產(chǎn)品的多樣化需求[2]。

由此可見，生物技術(shù)在林木遺傳育種中的應(yīng)用前景非常廣闊。隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用范圍的擴大，生物技術(shù)將在信豐縣林木遺傳育種領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，為林業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的保護做出更大的貢獻，同時有助于提高信豐縣林木產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效益。

3" 生物技術(shù)在林木遺傳育種中的具體運用

3.1" DNA分子標記技術(shù)

DNA分子標記技術(shù)在林木遺傳育種中的應(yīng)用比較常見，主要的DNA分子標記技術(shù)有隨機擴增多態(tài)性DNA（Randomly Amplified Polymorphic DNA，RAPD）、限制性片段長度多態(tài)性（Restriction Fragment Length Polymorphism，RFLP）、簡單重復序列（Simple Sequence Repeat，SSR）、擴增片段長度多態(tài)性（Amplified Fragment Length Polymorphism，AFLP）。

1）RAPD是一種利用隨機引物擴增DNA片段的技術(shù)，在林木遺傳育種中一般被用于分析林木種群的遺傳多樣性和親緣關(guān)系、優(yōu)選親本配對等。利用RAPD標記技術(shù)可以快速篩選出具有不同基因型的個體，發(fā)現(xiàn)群體中的遺傳多樣性，為育種者提供重要的遺傳背景信息；或者用于構(gòu)建遺傳圖譜，幫助揭示林木基因組的遺傳結(jié)構(gòu)和變異，具有快速、簡便和高效的特點。例如，信豐縣將RAPD技術(shù)運用于云杉屬遺傳分析，用RAPD片段作為標記區(qū)別白云杉和恩氏云杉及它們的雜交種。根據(jù)特異性RAPD標記的頻率評估兩種間的雜交系數(shù)及基因滲入指數(shù)，將這些結(jié)果用于配子期的任何階段種內(nèi)及種間雜交快速鑒定，確定在重疊區(qū)種間滲入雜交的發(fā)生數(shù)量。

2）RFLP是一種將利用特定的內(nèi)切酶切割DNA序列后產(chǎn)生的片段長度差異作為遺傳標記的技術(shù)，在林木遺傳育種中主要用于幫助育種者分析林木的遺傳多樣性、建立親本配對和構(gòu)建遺傳圖譜等。利用RFLP標記技術(shù)可以準確測定DNA序列的長度差異，并揭示林木基因組中存在的遺傳變異和多態(tài)性，為遺傳改良提供重要的參考依據(jù)。

3）SSR是一種具有高度變異性和多態(tài)性的DNA序列，在林木遺傳育種中常被用于分析林木基因組的遺傳多樣性、篩選優(yōu)良基因型和進行親本配對。其主要通過聚合酶鏈式反應(yīng)（Polymerase Chain Reaction，PCR）快速擴增DNA片段，然后通過電泳等技術(shù)檢測DNA序列的長度差異，從而確定林木種群中存在的遺傳變異和多態(tài)性。同時，SSR標記技術(shù)能夠用于分子標記輔助選擇育種，提高林木育種的效率和精度。

4）AFLP是一種高通量的DNA標記技術(shù)，結(jié)合PCR和限制性酶消化技術(shù)，可以快速生成數(shù)千個DNA片段，在林木遺傳育種中一般用于生成大量的分子標記，并分析林木基因組的遺傳結(jié)構(gòu)和變異。因此，利用AFLP標記能夠發(fā)現(xiàn)林木基因組中存在的遺傳多樣性和變異，為遺傳改良提供更多的遺傳信息。AFLP標記還可用于構(gòu)建遺傳圖譜，幫助揭示林木間的親緣關(guān)系和遺傳規(guī)律[3]。

由此可見，RAPD、RFLP、SSR和AFLP等DNA分子標記技術(shù)能夠幫助育種者更好地選擇具有優(yōu)良遺傳背景的個體，促進林木的遺傳改良和種質(zhì)資源的保護與利用。

3.2" 基因工程技術(shù)

基因工程技術(shù)又被稱為DNA重組技術(shù)，是一種利用分子生物學方法將不同來源的基因按照預先設(shè)計的藍圖導入活細胞，以實現(xiàn)對生物體遺傳特性的改造和調(diào)控。該技術(shù)能夠打破傳統(tǒng)育種方法的局限性，創(chuàng)造新的遺傳資源，優(yōu)化林木品種的遺傳性狀，提高遺傳改良的效率和精度。

基因工程技術(shù)可以克服種間雜交不親和的限制，實現(xiàn)不同種類之間基因的交流和組合。其主要通過將來自不同林木種類甚至不同生物界的基因?qū)肽繕肆帜镜幕蚪M，創(chuàng)造出具有新遺傳特性和生長性狀的品種。該技術(shù)比較常見的應(yīng)用就是向林木中插入抗病蟲基因或耐逆性基因，提高林木的抗逆性和生長速度，進一步優(yōu)化林木的品種特性和產(chǎn)量?；蚬こ碳夹g(shù)在林木遺傳育種中還可以實現(xiàn)對目標基因的精準編輯和調(diào)控，對林木基因組的特定區(qū)域進行基因插入、刪除或修改，可以實現(xiàn)特定遺傳特性的調(diào)整和優(yōu)化。例如，可利用基因敲除技術(shù)消除有害基因，通過基因編輯技術(shù)實現(xiàn)精準調(diào)控目標性狀的表達。這種精準的基因編輯技術(shù)可以幫助育種者快速篩選出具有理想遺傳組合的個體，加速遺傳改良進程[4]。同時，基因工程技術(shù)可以用于林木的抗逆性育種和功能性基因改良，如導入抗逆性基因或功能性基因，提高林木對病蟲害、氣候變化等逆境的抵抗能力。在實際操作中，可以導入特定的抗病蟲基因進一步提高林木的抗病蟲性，減少化學農(nóng)藥的使用，保護生態(tài)環(huán)境；還可以導入功能性基因提高林木的木材品質(zhì)、營養(yǎng)價值等特性，增加其經(jīng)濟價值和利用潛力。此外，技術(shù)人員可通過結(jié)合基因工程技術(shù)和分子標記技術(shù)實現(xiàn)更精準和高效的遺傳改良，通過基因工程技術(shù)導入的標記基因可以用作分子標記輔助選擇，幫助篩選出具有目標遺傳特性的個體，提高育種效率。

由此可見，基因工程技術(shù)在林木遺傳育種中能夠幫助育種者實現(xiàn)對林木遺傳特性的精準調(diào)控和改造，創(chuàng)造出具有抗逆性、優(yōu)良性狀和經(jīng)濟價值的新品種。例如，信豐縣運用基因工程技術(shù)進行楊樹抗病研究?？共《净蚬こ萄芯吭诹謽I(yè)上的應(yīng)用才剛起步，目前信豐縣使用的基因主要有洋李痘病毒的外殼蛋白基因和黃瓜花葉病毒外殼蛋白基因等。此外，農(nóng)桿菌感染楊樹后，楊樹極易發(fā)生冠瘺病。針對楊樹抗冠瘺病，信豐縣采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將農(nóng)桿菌致瘤基因、激素IAA基因、兔防御素NP-1基因?qū)霔顦洌@得抗性較高的轉(zhuǎn)基因植株。

3.3" 細胞工程技術(shù)

3.3.1" 體細胞胚胎發(fā)生和人工種子

1）在林木遺傳育種中，體細胞胚胎發(fā)生技術(shù)可以實現(xiàn)對植物細胞的再生和重組，從而獲得具有新遺傳組合和特性的新品種。體細胞胚胎發(fā)生技術(shù)可以有效克服傳統(tǒng)育種方法的局限性，加速育種進程，提高育種效率，而且體細胞胚胎發(fā)生技術(shù)可以用于植物的遺傳改良、超級雜種育種、病蟲害抗性培育等方面，為林木遺傳育種提供新的方向和手段。細胞工程技術(shù)還可以提高林木的抗逆性、增強生長性能、改善木材品質(zhì)，推動林木遺傳育種的科學發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級[5]。

2）人工種子是通過體細胞離體培養(yǎng)和再生技術(shù)制備的植物種子，可以實現(xiàn)林木的無性繁殖和快速繁殖，提高繁殖效率和育種速度。利用人工種子技術(shù)可以快速繁殖出具有優(yōu)良性狀和遺傳特性的林木種質(zhì)資源，為種質(zhì)資源的保護和利用提供新途徑。人工種子技術(shù)還可以用于林木的種質(zhì)資源搜集、保存和交換，促進林木遺傳資源的充分利用和可持續(xù)發(fā)展。

由此可見，利用體細胞胚胎發(fā)生技術(shù)和人工種子技術(shù)可以實現(xiàn)林木種質(zhì)資源的快速繁殖和遺傳改良，為育種者提供豐富的遺傳背景信息和優(yōu)良的遺傳資源。

3.3.2" 原生質(zhì)體培養(yǎng)及體細胞雜交

1）原生質(zhì)體培養(yǎng)是一種在無性生殖細胞或胚胎組織中刺激細胞分裂并再生整個植株的技術(shù)。在林木遺傳育種中，原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)可以幫助提高植物的繁殖速度和效率，從而實現(xiàn)具有優(yōu)良遺傳特性林木新品種的快速繁殖。在實際操作中，通過培養(yǎng)原生質(zhì)體可以快速獲得大量具有相同遺傳信息的植株，從而為林木育種提供可靠且高效的繁殖手段。

2）體細胞雜交是一種通過使兩個不相容細胞融合形成雜交體細胞，從而產(chǎn)生新的遺傳背景和特性的技術(shù)。該技術(shù)主要用于實現(xiàn)不同林木種類之間的遺傳雜交和新品種的創(chuàng)造，通過利用體細胞雜交可以突破種間雜交的限制，將不同林木種類的優(yōu)良遺傳特性進行組合，從而創(chuàng)造出具有多種優(yōu)良性狀的新林木品種[6]。

由此可見，原生質(zhì)體培養(yǎng)及體細胞雜交能夠幫助育種者快速繁殖大量具有特定遺傳特性的植物，加快育種進程，提高育種效率；還能夠?qū)崿F(xiàn)不同林木種類之間的遺傳雜交和優(yōu)良性狀的組合，創(chuàng)造出新的遺傳資源和品種。現(xiàn)階段，部分松屬樹木、楊屬樹木、桉樹和北美鵝掌楸等木本植物已經(jīng)通過原生質(zhì)體培養(yǎng)得到再生植株，原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)被成功運用于體細胞雜交、外源基因?qū)爰霸|(zhì)體轉(zhuǎn)化等方面，為新品種的培育提供了一個嶄新的途徑。

4" 結(jié)語

加強生物技術(shù)手段應(yīng)用可以加速林木遺傳改良的進程，提高林木的產(chǎn)量和品質(zhì)，保護生態(tài)環(huán)境，促進林業(yè)可持續(xù)發(fā)展。因此，相關(guān)技術(shù)人員需要結(jié)合林木的改良需求，合理應(yīng)用基因工程等多種生物技術(shù)手段，為信豐縣林木產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)保障。

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（責任編輯：劉寧寧）