生物技术在林木遗传育种中的应用研究

摘 要：自进入21世纪以来，生物技术逐渐成为高新技术发展的关键和核心，其在众多领域中均得到了广泛的推广、普及和应用，并均取得了优异的成绩，林木遗传育种领域也不例外。生物技术中的那些先进的生物基因工程和技术等的合理运用则可以突破当前常规育种中无法实现的育种条件，提高育种的质量。本文针对生物技术在遗传育种中的应用进行了研究，以期更好地指导林木业的开展。

关键词：生物技术；林木遗传育种；基因工程

中图分类号： S961.6 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20151132024

树木育种是林业发展中一个重要的组成部分，其可以为林业种植提供一大批新型的高质量品种，但是由于受到树木本身遗传特性的影响，部分遗传特性无法通过传统的手段来进行更改。而生物技术在其中的运用则可以彻底打破传统研究手段的弊端，从基因学等遗传角度来对林木育种进行分析和探究，以确遗传育种的质量，同时其也可以为林木遗传改良的发展奠定坚实的基础，所以对于生物技术在遗传育种中的应用进行研究具有重要的意义。

1 材料与方法

林木遗传育种实际上就是通过改良和探索林木遗传的规律和特性来提升林木种子的整体生长质量。本次研究主要借鉴国内外有关林木遗传育种方面取得的成就来进行分析和研究，以更好的指导我国林木遗传育种的发展。目前，我国林木种群面临这严峻的种植危机，所以林木遗传育种的重要性日益提升，其已经逐步成为林学学科中研究的龙头学科，但是林木遗传育种必须要切实结合常规育种和现代生物技术，以不断加快育种的进程，缩短育种周期，以创设出一大批新的品种。另外，本次研究主要采用文献参考法来借鉴林木遗传育种所涉及到的各个生物领域，具体主要包括林木基因组、林木遗传转化和林木基因工程等3个方面，同时就这些方面的研究内容进行了详细地分析和阐述。

2 结果

2.1 林木基因组方面

通常而言，生物学中的遗传标记主要包括分子标记、形态标记、同功酶标记和细胞学标记等几种标记类型，而分子标记则实际上是以DNA分子本身所具有的多态性为基础的一种遗传性标记形式，其可以充分反映生物个体以及群体间所具有的特定DN段。在当前的林木业中所用的分子标记方式主要由SSR（简单重复序列）、RFLP（限制性片段多态性）和AFLP（扩增片段多态性）等形式，并且已经广泛应用于基因定位、亲缘关系鉴定、克隆以及遗传育种等领域中，并且已经在基因控制方面取得了优异的成绩。

2.2 林木遗传转化方面

近些年来，我国在遗传转化效率提高方面进行了深入的研究，并且产生出一些新技术，比如超声波辅助农杆菌介导法（SAAT）、农杆菌介导结合法、低能离子束、负压与农杆菌介导结合法以及基因枪与农杆菌介导结合法等，这些均有助于提高相应的基因转化效率，增强农杆菌浸染质量。比如，在2003年时期，Zaragoza等将抗除草剂中的bar基因片段借助SAAT导入到刺槐中，并成功获得了的转基因植株。

2.3 林木基因工程方面

针对林木基因工程方面的研究，现在主要包括抗病基因工程、抗虫基因工程、抗逆基因工程以及木质素改良基因工程等几个方面。在抗病基因工程方面，我国在抗病毒基因研究方面的起步比较晚，借助的抗病毒基因只有黄瓜花叶、杨树花叶和洋李痘等病毒外壳蛋白基因。林木抗真菌基因主要包括角质酶基因和几丁质酶基因等类型，具体基因研究内容主要包括过氧化物酶、黄酮合成酶、抗菌肽以及溶菌酶等基因，并且以抗菌肽基因为主。比如，Scorza R.等将杏（Prunus）导入到洋李痘病毒（PPV）的外壳蛋白中，达到了提高该病毒植株抗性的目的。另外，实验人员借助农杆菌介导法将毛白杨导入到兔子体内克隆的防御基因中，并达到了抑制多种微生物生长的作用，比如立枯病、农杆菌和枯草杆菌等等微生物。

在抗虫基因方面。调查研究表明，当前全球范围中已经有超过60种转Bt杀虫基因植物。比如，张冰玉等借助根癌农杆菌介导法在银线杨基因组中导入抗鞘翅目害虫基因（Cry3A）而获取了新型的再生植株；而Southern及PCR点杂交的实验结果表明，外源基因已经可以被整合到杨树基因组中，并且经过生物学的研究，转基因株系BGA-5已经具有毒杀光肩星天牛以及抑制植物生长的效果，并且杀虫率高达30%，而抑制幼虫的生长率也达到80%左右。

在抗逆基因工程方面。植物本身的抗寒性主要是由多种基因所共同控制的，单靠几个基因是无法确保其抗寒特性的。比如，杨川平等以无菌叶片作为转化受体的主要材料，借助根癌农杆菌介导法来将Bet2A这一外源基因导入到小黑杨的无菌苗叶片中的特定基因中，同时对于已经获得转化的11株转化苗进行了斑点杂交和PCR扩增检测，并得知外援基因Bet2A已经顺利整合入小黑杨基因组中。又如，Wei Tang等在火炬松中借助根癌农杆菌介导法导入葡萄糖醇6-磷酸脱氢酶基因和甘露醇1-磷酸脱氢酶基因这两种类型的基因，并成功获得了具有高耐盐性的转基因植物品种。

3 讨论

在林木基因组方面。虽然传统的分子标记具有一定的优势，但是依旧存在着一些不足和缺陷，比如分子标记在各个遗传背景中的表现稳定性不足等。特别是随着杨属植物基因组计划的实施，该全基因组信息可以为其他类型林木基因组的研究与发展提供重要的参考，同时也可以帮助学生可以从特定的基因组中找寻其对应的功能，从而进一步加快分子育种技术的快速发展。

在林木遗传方面。林木基因工程开展的重要前提是要先建立一个科学、完善的遗传转化体系。但是遗传转化工作本身是一项综合性很强的工作类型，其主要包括：携带外源基因载体系统的构建、组培再生系统的建立以及基因转化系统的构建等。通常而言，林木的遗传转化实际上主要包括两个受体系统，即体胚发生与器官发生。胚状体再生系统本身具有很强的外援DNA接受能力，并且可以嵌合的转基因植株体比较少，加之其本身的繁殖率比较高，适合大规模生产，所以其是当前最为理想的基因转化受体系统。农杆菌是当前林木遗传转化的介导，而随身深入了解Vir基因在实际转化中的应用，大大提高了农杆菌介导转化的频率，同时也有利于提高Vir基因的实际转化效率。

在林木基因工程方面。林木病害是致使生产力出现降低的一个主要原因，所以在林木中导入抗病基因具有广泛的应用前景。虫害是影响林木生长的重要因素，甚至会毁灭一大片的森林。林木抗虫分子育种研究的基因类型主要包括蛋白酶抑制剂基因（PI）和苏云金杆菌毒蛋白基因等两种类型。目前，在病虫防治方面，我国对于苏云金芽孢杆菌制剂的应用已经具有数十年的发展和研究史，其所产生的Bt毒蛋白（昆虫毒素）已经被广泛应用于抗虫植物基因的研究中来。通过修饰、改造和表达Bt杀虫基因蛋白中的基因，可以更好地培育有关的抗虫转基因植物；而在当前的林木抗逆基因中，主要包括耐盐、抗旱和抗冻层基因类型，其中的耐盐和抗旱基因主要是与肌醇、甘露醇和脯氨酸等渗透压调节分子所合成的一种基因类型，比如乙醇脱氢酶基因和脯氨酸合成酶基因等；在抗寒、抗冻方面，已经在鱼类抗冻基因途径、糖类基因和超氧物歧化酶等的研究方面取得了很大成果。

随着生物技术的发展，基因工程等先进的遗传学知识为林木遗传育种的发展开辟了一条崭新的发展途径。其不仅可以突破传统育种手段的束缚，从DNA基因角度来对育种遗传进行研究，也可以大大节省人力、物力、和空间，提高林木遗传育种的研究质量，并在抗病基因工程、耐盐碱基因工程和提高光合效率等领域内均取得了突破性进展。相信在不久的过来，生物技术必将会为林木育种发展创造更大的经济和社会效益。

参考文献

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