生物技术在林木遗传育种中的应用

生物技术在林木遗传育种中的应用生物技术在林木遗传育种中的应用 林木遗传育种学是探索木材遗传改良的理论与技术的科学 世界林木遗传 育种已有 200 年的历史 目前 全球已有约 100 个国家和地区开展了林木育种 工作 1 2 我国林木遗传育种改良起步较晚 通过多年的研究 主要在地里变 异及种源选择 种子园多世代改良 无性系选育等方面取得较大进展 开展了 杨树 杉木多个主要造林树种的良种繁育 先后培育出桑树 刺槐和毛白杨同 源及异源三倍体 树种的引种工作有了飞速的发展 成功引进利了国外桉 杨 松 相思等优良用材 抗逆和经济林树种 20 世纪 90 年代以来 开展了杨树 杉木 马尾松 桉树等重要树种遗传图谱的构建 在种群分布 繁殖方式 遗 传多样性 保存对策等方面取得了显著地进展研究 3 林木育种周期长 传统 的常规育种技术与现代生物技术的相结合可以缩短育种年限 加速育种进程 创造选育新品种 现代生物技术与分子生物学研究方法与传统育种研究成果的 结合 拓宽了林木遗传育种学科研究的工作的深度和广度 为 21 世纪林木遗传 改良地高校可持续奠定了良好的理论和技术基础 1 1 遗传标记技术与林木基因组研究遗传标记技术与林木基因组研究 遗传标记包括形态标记 细胞学标记 同工酶标记和分子标记等 分子标记 是以 DNA 分子多态性为基础的遗传标记 是指能反映生物个体或种群间基因特 异性的片段 4 林木中常用的分子标记法主要有 限制性片段多态性 随机扩 增多态性 扩增片断多态性 简单重复序列等 广泛应用于遗传育种 高密度 遗传图谱的构建 基因定位和克隆 亲缘关系的鉴别及遗传多样性领域的研究 随着杨属植物基因组计划的实施 杨树全基因信息将会为其他林木基因组的研 究提供有价值的参考 单核苷酸多态性标记技术 基于表达序列标签的表达谱 分析以及 RNA 干涉技术的应用 使人们从全基因组水平分析基因的功能成为可 能 将会大大加快分子育种技术的发展 5 2 2 林木的遗传转化林木的遗传转化 建立一个有效的遗传体系是林木基因工程的基本前提遗传转化是个综合过 程 包括建立高效的组培再生系统 构建携带外源基因的合适载体系统 高效 的基因转化系统 目前林木主要采用农杆菌介导进行遗传转化 随着 Vir 基因 在转化中重要功能地深入了解 使农杆菌介导的频率得以极大的提高 携带经 过修饰的 Vir 基因的农杆菌成为了遗传转化的最佳途径之一 6 3 3 林木基因工程林木基因工程 基因工程是生物技术的核心 为林木育种开辟了一条新的路径 林木基因 工程具有目的性强 时间短的优点 可以打破杂交不亲和的界限 加速新品种 的选育已成为现代林木生物技术的核心内容 7 3 13 1 抗病基因工程抗病基因工程 林木病毒是导致生产力降低的主要因素之一 将抗病基因导入林木中有着 广泛的应用前景 目前应用到林木中的抗病基因主要有 抗病毒基因 抗真菌 基因和抗细菌基因 林业上抗病毒基因起步较晚 目前使用的抗病毒就因有杨 树花叶病毒外壳蛋白基因 洋李痘病毒的外科蛋白基因和黄花叶病毒外壳蛋白 基因等 3 23 2 抗虫基因工程抗虫基因工程 虫害严重影响树木的生长和存活 造成了大面积 毁坏性地森林灾害 林 木抗虫分子育种研究地基因有苏云金杆菌基因 蛋白酶抑制剂基因 苏云金芽 孢杆菌制剂用于生物防治昆虫已有几十年的历史 它产生的昆虫毒素被用于植 物抗虫的基因工程 人们在 Bt 杀虫晶体基因蛋白地修饰和改造 表达载体的构 建 植物遗传转化方法及抗虫转基因植物地培育做了大量的研究 8 3 33 3 抗逆基因工程抗逆基因工程 应用于林木抗逆地基因主要有抗寒 抗旱 耐盐等基因 抗旱 耐盐基因 主要是参与细胞渗透势地调节分子合成有关的基因 在抗寒性方面 已经在鱼 类抗冻基因途径 糖类基因途径上的研究取得了成果 但由于植物的抗寒性状 是由多基因控制的 靠单个基因来提高抗寒性的程度相当有限 9 3 43 4 木质素改良基因工程木质素改良基因工程 木质素是维管束植物的重要组成部分 但木质素却是现代纸浆和造纸工业 的一大阻碍 通过化学方法的手段来去除木质素不仅耗能大 成本高 还造成 严重的环境污染 可以通过基因工程来抑制木质素单体的合成及一系列催化地 酶的反应活性 实现木质素单体合成地减少 3 53 5 林木抗环境污染基因工程林木抗环境污染基因工程 森林是维持陆地生态平衡的主体 生长周期长 根系发达 在维持生态平 衡 抵抗环境恶化中其主无可提到的作用 转基因植物修复开辟了新的途径 在改善植物对重金属的抗性和积累方面取得了成效 4 4 展望展望 生物技术作为 21 世纪高新技术的核心 将在许多领域发挥巨大的作用 以 生物技术为依托地基因工程技术运用到林木遗传育种上 将会大大地节约人力 物力和财力 并会创造出传统育种难以达到的目标 现代生物技术在林木育种 虽有发展 但也存在以下诸多问题 1 目前能导入的抗虫 抗病基因不多 且多数来源于微生物和早本植物 属于控制单一性状地简单基因 然而林木需 要改良的优良性状多为多基因控制的数量性状 2 林木的转化率低 及时获 得了转化细胞 在分化形成植株也存在困难 3 林木生长周期长 导入基因 的优良是否需要通过表型性状来体现 外源基因的时空表达特性有待深入研究 4 安全转入外源基因的问题也需要迫切关注 在林木遗传育种过程中 常规 育种仍是当今选育优良繁殖材料的主要渠道 生物技术只有充分利用常规育种 地材料和长期积累的技术信息 才能比较容易地取得成绩 常规育种也需要生 物技术来武装自己 才能克服世代长 性状鉴别难地缺点 因此必须摆好两者 之间的关系 10 相信在不久的将来 生物技术将成为林木育种的重要手段 会创造出巨大的经济效益和社会效益 参考文献参考文献 1 赵勇刚 林木遗传育种学科 50 年成就与展望 J 山西林业科技 2004 3 1 5 2 祝列克 新世纪中国林木遗传育种发展战略 J 南京林业大学学报 3 徐刚标 中国林木遗传改良研究现状 J 经济林研究 4 王晓莉 马祥庆 遗传标记技术在林木遗传中的应用 J 世界林业研 究 5 Scott A Merkle Jeggrey F Dean Forest tree biotechnology J Current Opinion in Biotechnology 2000 11 6 陈英 何秋玲 诸葛强等 林木基因工程研究进展 J 分子植物育种 7 苏晓华 张冰玉 黄秦军 等 我国林木基因工程研