林木育种中常规育种与生物技术育种的关系.doc

林木育种中常规育种与生物技术育种的关系摘要: 林木育种的根本任务是选育和繁育林木优良繁殖材料, 是实用性很强的学科。该文简要介绍了林木育种的发展历程, 选育良种的主要途径。生物技术的兴起与发展 , 概括了林木遗传标记和基因工程的主要技术, 并论述了生物技术在林木中应用的前景。正确处理常规育种技术与生物技术的关系,是持续、健康、高效发展我国林木育种, 发展林业生产的基础, 新技术与常规育种是相互依存、相互促进的两个方面。关键词: 林木遗传改良； 林木常规育种;；生物技术；林木育种Abstract: The fundamental task of tree breeding is an excellent breeding and breeding forest reproductive material is very practical disciplines. This paper briefly describes the main ways the development process of tree breeding, breeding of improved varieties. The rise and development of biotechnology, summarizes the main technical forest genetic markers and genetic engineering, and discusses the prospects of biotechnology in forestry applications. Correctly handle the relationship between conventional breeding techniques and biotechnology, is sustainable, healthy and efficient development of tree breeding, the development of forestry production base, new technology and conventional breeding are interdependent and mutually reinforcing aspects.Keywords: Genetic Improvement; forest conventional breeding; biotechnology; tree breeding1 引言林木遗传育种学是探索林木遗传改良的理论与技术的科学。世界林木遗传育种约有200年的发展历史, 目前, 全球已有约100个国家和地区开展了林木育种工作 (李悦 et al. 2005; 赵勇刚 2004)。林木遗传育种主要由选育、遗传测定和良种繁殖3 个部份组成。选育的方式包括: 树种、种源和优树选择, 杂交育种、倍性育种等, 遗传( 育种) 资源是开展良种选育的基础。遗传测定包括子代测定和无性系测定两种方式。选择- 组配- 遗传测定是林木育种3 个重要的基本环节, 是提高改良效果的根本措施。林木繁育的主要途径是母树林、种子园和采穗圃, 也可包括组织培养和胚繁殖。选育、测定和良种繁殖是一个整体, 相互联系和依存(沈熙环 2006)。近年来, 世界范围内的林木遗传改良活动随着经济发展的需要和相关基础研究的深入而有了较大发展, 林木遗传育种也成了林学学科中研究最为活跃的领域和龙头学科, 但是林木生长周期长, 必须依靠现代生物技术并与常规育种技术相结合, 进而缩短育种周期, 加速育种进程, 创造选育新品种。现代生物技术和分子生物学研究方法与常规育种研究成果的结合, 拓展了林木遗传育种学科研究工作的深度和广度, 为21世纪林木遗传改良的高效可持续发展, 奠定了良好的理论和技术基础(毕影东 and 杨传平 2007)。2 林木遗传育种途径2.1 林木常规育种 常规林木育种最重要的途径是利用树种现有的自然遗传变异以及利用育种手段创造遗传变异,通过选择获得优良品种,使目的性状在遗传上得到改良。遗传变异是常规林木育种的重要前提条件,利用树种现有的自然遗传变异或通过不同的育种手段人为创造遗传变异,通过选择获得优良品种,使目的性状在遗传上得到改良。林木育种首先利用树种现有的自然遗传变异,通过一系列遗传测定来选择合适的遗传材料。遗传测定通常从树种选择开始,进而进行树种全分布区种源试验,然后集中分布区种源试验,再开展优良家系和优良单株的选择。人工遗传变异通过对林木的谱系操作来获得,如不同种源(或群体)间、不同家系间的杂交和单株间控制授粉等。通过子代测定,选择优良家系和单株,并对它们进行无性繁殖,最后经过无性系测定,筛选优良无性系。通过这些测定程序后,确定最优良的遗传材料,用于建立种子园和生产造林。同时,用这些优良遗传材料,建立下一代的育种群体,开始新一轮的育种周期,以获得更多的遗传增益。所有的遗传测试或谱系操作都是按先后顺序循序渐进,并都以前一阶段试验结果为基础。由于林木的生长周期长,完成一次从树种选择到无性系林业的过程需要几十年甚至更长的时间(郑勇奇 2001)。2.2 生物技术育种生物技术育种有分子标记辅助育种、基因工程、细胞工程、诱变育种、倍性育种等等。2.2.1 分子标记辅助育种分子标记辅助育种，利用易于鉴别的遗传标记来辅助选择，形态标记和生化标记是最早用于植物育种辅助选择的标记。这种通过表现型间接对基因型进行选择的方法存在许多缺点。20世纪80年代发展起来的DNA多态性分子标记，给标记辅助育种工作带来新的突破。DNA分子标记是DNA水平上的遗传多态性，简称分子标记。通过一定的检测手段，识别和研究这种遗传多态性，可以帮助人们更好的研究生物的遗传与变异规律。通过分子标记技术直接对基因型进行选择方法叫做分子标记辅助选择，也叫分子标记辅助育种。2.2.2 基因工程育种基因工程，又称为分子克隆或重组DNA技术，是利用重组技术。在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对各种生物的核酸(基因)进行改造和重新组合，然后导入微生物或真核细胞内进行无性繁殖。使重组基因在细胞内表达，产生出人类需要的基因产物，或者改造、创造新的生物类型。基因工程从实质上将外源DNA分子引入到一种新的生物细胞中并将含有这样DNA新组合的生物进行繁殖这就赋予基因工程跨越天然物种屏障的能力，克服了固有的生物种问限制，扩大和带来了定向创造生物的可能性，这是基因工程的最大特点。2.2.3 细胞工程育种林木细胞工程是指在离体无菌条件和人工控制的环境条件下将林木的离体器官、组织、细胞以及去掉细胞壁的原生质体，培养在人工配制的培养基上，使其生长、分化并成长为完整植株的过程细胞工程以德国植物学家哈伯兰德提出植物细胞全能性理论为基础，过程大体划分为：诱导和脱分化阶段、继代增殖阶段、分化生芽生根阶段和移栽成活阶段每一阶段根据培养的材料和方法的不同而各有差异。其优势在于：可以快速繁殖良种，缩短育种周期，可以克服种子生活力低下和自然不育性，提高种子发芽事，解决了远缘杂种胚早期败育的问题，可以提高后代抗性，改良品质。同时，林木细胞工程也为林木基因工程、林木的倍性育种和除去植物病毒等方面提供基础技术支持。2.2.4 诱变育种诱变育种是指利用理化因素诱导植物遗传性发生变异。然后从变异后代中选择培育新品种的育种方法。诱变育种分为物理诱变和化学诱变两种。物理诱变是利用物理因素，例如各种射线、超卢波、激光等处理植物而诱发可遗传变异的方法。当前应用最广泛的是辐射育种。化学诱变是用化学药品处理植株，使之遗传性发生变异的方法。2.2.5 倍性育种倍性育种就是在研究染色体倍性变异规律的基础上，人工条件下诱发植物染色体数日发生变异，在此基础上选育植物新品种的技术方法。根据染色体数目，倍性育种主要分为多倍体育种和单倍体育种两部分。多倍体育种是指利用人工的方法诱发植物形成多倍体，从中选育新品种的方法。例如在自然条件下，在某些树上出现的多倍性的芽变现象。此外，通过配子未减数的途径，也可产生各种多倍体。但是这种天然染色体变异的概率很低，无法满足育种要求，所以多倍性育种过程中主要是依靠物理因素、化学试剂以及细胞融合和胚乳组织培养等人工方式诱导多倍体的产生单倍体育种是指通过人工诱变的方法，使植物产生单倍体并使其加倍成为纯合二倍体，然后从中选育出新品种的方法。单倍体可以自发产生，也可以诱发产生，应用最广泛的是雄配子体的培养相对于雌配子体，雄配子体具有取材数量大，离体培养过程中操作简便，容易诱导等优点。无论初代培养的对象是花药还是花粉都是利用花粉细胞中染色体数目减半的特性而产生单倍体植株。此外，通过培养未授粉的予房和胚珠也可以获得单倍体其原理也是利用雌配子为单倍体细胞的性质形成单倍体植株(侯炳柱 et al. 2010)。3 生物技术与常规育种的关系3.1 生物技术在林木育种中的应用利用生物技术育种是否能达到传统育种方法所不能达到的效果呢？由于生物技术是一门相对年轻的学科，所以对这一问题目前还不能给出一个肯定的答案。显然，生物技术育种至少是对传统育种计划的扩充和辅助。生物技术在作物育种中的应用主要体现在：深化育种目标的内涵。育种目标深入到分子水平上，育种的目标包括基因的分离和鉴定、体外修饰与改造，导入植物体后基因的表达及其监测、基因的失活或活化等等。增加选择的精度，提高育种效率。当育种目标定义在分子水平上时，选择精度将会随之增加。在分离世代中，通过使用DNA探针或借助于生化免疫分析可以识别特定的等位基因或等位基因产物。当基因发生变化时，可以在早期识别，而不必等到长成植株或成熟以后，提高了育种效率。导入外源基因。对于某些作物，由于借助传统的育种方法难以发现有利的变异，因而存在着难以克服的病害、虫害、品质等方面的问题。借助于现代生物技术，在植物、微生物中分离来源广泛的外源基因，以及借助于多途径的基因转移技术，可以跨越品种和遗传障碍，进行远缘杂交。3.2 生物技术育种的优势在实际育种工作中，育种工作者长期遇到的两大难题至今尚未得到有效的解决。在建立一个新品种时，可能碰到的问题是“没有现存的基因可以利用”。虽然可以通过多次复合杂交来积累有关基因，但需要很长的时间。外来基因引入后在原有的基因群体中的协调问题。传统育种方法不可能从根本上解决这两个问题，而生物技术虽然在理论上作好了准备，但在技术上存在相当的难度。因为任何一个生物的控制系统都是长期进化的产物，新的基因的导入，必将对基因组原有的遗传控制系统产生“干扰”，因而目的基因的导入并不一定都会带来预期的效果，要使整合的目的基因稳定表达更非易事。对于多基因控制的产量性状尤为如此。从这个意义上而言，生物技术在育种中的应用虽然取得了可喜的成绩，但与较完备的传统育种技术和体系相比，还仅仅是一个良好的开端。3.3 未来：两种技术相互依存 协同合作生物技术以及应用这种技术所产生的效益将不能替代已经建立起来的较完备的传统的育种技术和体系，另外无论采用哪一种新的技术和方法，育成的品系或品种在生产上的利用价值，最终都必须通过田间试验来确定，因而生物技术育种必将要与常规的育种方法相结合。它们之间的关系是相辅相成、水涨船高的关系，而不是一个取代另一个的关系，未来的育种学将是生物技术理论和传统育种体系相互补充、有机结合的学科。林业育种技术发展到今天，技术手段已经非常的成熟。只要是我们能想到的方法，我们都能在现有的技术手段下将其实现。但是，任何一项技术都有它的缺陷。就我们现有的常规育种技术而言，耗时耗力是他最大的缺陷，老一辈的科研人员往往一辈子才能育出那么一两个品种，育种周期太长，这种现象极不利于这一事业的发展。相反的，生物技术育种虽说能缩短育种的周期。但是，要想真正的从分子水平育出新的品种，难度也还是比较大的。因为，我们现在的生物技术都还不是完全能按我们的想法育出我们想要的品种。另一方面，基因的表达也不是我们能控制的，这是一个极为复杂的过程。因此，生物技术育种的成果还需要我们在田间进行验证，育出来的每一个新品种如果不能在生产上体现出它的优越性，那么它就不能成为一个良种。在目前而言，常规育种还是占有主要的地位，生物技术育种还有相当大的发展空间。两种技术还是一种互相依存的关系，未来，需要将这两种技术更好的结合起来，互相取长补短，在林业育种上将发挥更大的作用，对我们国家的林业育种工作将会是一个非常大的帮助。References:毕影东, and 杨传平. 2007. 生物技术在林木遗传育种中的应用. 世界林业研究(06):23-28.侯炳柱, 李同华,