浅析生物技术在林业中的应用

摘 要: 生物技术是一种高新技术，发展非常迅速。在林业越来越受到重视的今天，生物技术被越来越多的利用到林业生产和研究中，本文根据笔者多年的从业经验针对生物技术在林业中的应用的相关问题，分别从基因工程、营养繁殖技术、分子标记等方面叙述了现代生物技术在林业中的应用，希望对今后相关问题的研究提供借鉴。

关键词: 生物技术；林业；基因；繁殖

中图分类号： TU71 文献标识码： A

1前言

现代生物技术开始于20世纪70年代，发展非常迅速，它包括基细胞工程因工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程，生物技术的发展对各个行业都影响深远。近年来，林业发展建设关乎人类可持续发展，已成为全社会共同面对的问题。而现代生物技术是解决这一难题的重要突破点，因此现代生物技术正在被越来越多地应用到林业的研究和生产中，并对林业的发展产生深远的影响。

2 林业生物技术的应用范畴

2.1 基因工程

林木转基因技术能打破种间杂交障碍，扩大杂交范围，加快物种变异速度，使目的基因在异源的植物细胞中表达，产生出人类所需要的性状或产物。

2.1.1 抗病基因工程

抗真菌性的病害方面，已克隆出的基因有几丁质酶基因和角质酶基因，并构建了能在杨树细胞中表达的几丁质酶基因的表达系统。抗细菌性的病害基因工程主要采取对病原细菌有解毒作用的解毒活性基因和T4溶菌酶基因等方法。

2.1.2 抗虫基因工程

最广泛应用的抗虫基因是苏云金杆菌的毒蛋白B t基因，它表达产生的毒素能引起鳞翅目昆虫的神经中毒和其他生理作用，致使害虫死亡。蛋白酶抑制剂基因( CPTI) 或与Bt基因一起作用，也具有较强的抗虫活性。

2.1.3 抗除草剂基因工程

其原理有3种: 通过除草剂作用的靶酶的过量产生来解毒、改变除草剂作用靶物的敏感性和降解除草剂的基因。1987年美国首次从土壤致瘤农杆菌中分离出抗除草剂基因，并成功地导入银白杨与大齿杨的杂种无性系中，后来还将其转入美洲黑杨、落叶松。抗除草剂的转基因美洲黑杨已在密西西比河流域应用。

2.1.4 木材品质改良基因工程

主要对与品质有关的控制木材纹理、木材力学性质、木材比重以及木质素合成的基因进行分离和克隆。有关木质素的生物合成途径已基本阐明，通过抑制其合成过程中的酶活性即可实现木质素单体合成的减少。

2.2 营养繁殖技术

营养繁殖技术是指通过对植物组织样品进行离体培养，而得到与母体在遗传上完全相同的新个体--克隆的品种或株系。最简单形式的营养繁殖是人们熟悉的嫁接和茎段生根(扦插) 技术。随着现代组织培养技术的发展，以体细胞胚胎发生为代表的一系列高新技术开辟了一条既保持生物种质又高效快速繁殖良种后代的新途径。

2.2.1 体细胞胚胎发生和人工种子

体细胞胚，或称胚状体，是由孢子体或配子体的细胞通过无性繁殖产生的一种类似于合子胚的结构。体细胞胚胎发生途径是植物体细胞在离体培养条件下的一个基本发育途径。即植物的体细胞具有潜在的，像有性过程产生合子胚一样的全能性，这种全能性可以在适宜的培养条件下被诱导表现出来。

人工种子是相对于天然种子而言的。是指经人工包裹单个体细胞胚而形成的具有与天然种子相同机能的一类种子。首先应该具备一个发育良好的体细胞胚(即具有能够发育成完整植株能力的胚)；为了使胚能够存在并发芽，需要有人工胚乳，内含胚状体健康发芽时所需的营养成分、防病虫物质、植物激素；还需要能起保护作用以保护水分不致丧失和防止外部物理冲击的人工种皮。通过人工的方法把以上3个部分组装起来，便创造出一种与天然种子相类似的结构--人工种子。

2.2.2 组培快繁和工厂化生产

组培快繁和工厂化生产是目前在林业中应用最为广泛、发展最为成熟的现代生物技术。它主要有器官发生和腋芽增殖两种形式。

树木的器官发生植株再生包括直接的器官发生和间接的器官发生两条途径。间接器官发生是指先从外植体上诱导出愈伤组织，再从愈伤组织上诱导出不定芽或不定根原基的过程；直接器官发生是指不经过愈伤组织阶段，直接从原始外植体上诱导产生不定芽或不定根的过程。它是树木器官发生植株再生的主要途径。直接器官发生植株再生的培养程序包括: 芽分生区的诱导；芽的发育和伸长；根分生区的诱导；再生植株的发育和移栽等。腋芽增殖植株再生与器官发生植株再生的培养程序基本相似，所不同的是幼芽的原始来源。腋芽增殖植株再生中的幼芽来自于外植体中现存的腋芽原基。腋芽增殖植株再生的优点有：再生植株在遗传上比较稳定，自发变异频率低;植株再生所需的时间短，植株粗壮，适应性强，移栽成活率高。

2.2.3 生物反应器大规模培养

人工造林需要生产大量的体细胞胚，将体细胞胚在生物反应器的液体培养基中培养，可以实现快速、大规模地生产体细胞胚，满足造林的要求。体胚质量的控制可由计算机辅助的图象分析系统来完成，不合格的体胚可以被自动回收到生物反应器中继续培养以提高质量。

2.2.4 低温贮藏技术

与农业相比，林业实验的周期要长得多，经常需要5 ~15 a的时间才能通过田问试验鉴定出有价值的、适于人工造林的基因型。因此，在低温下长期保存种质就非常重要。利用低温贮藏技术，可将植物的小块组织保存在非常低的温度条件下，以保持它们的生理状态。

2.2.5 离体筛选技术

离体筛选技术是指在微繁的早期进行特定性状(如抗重金属、抗盐、转基因等) 的筛选，以使这种性状在克隆衍生出的植物体中也能稳定地表达。尽管离体筛选技术已经在作物上得到了一定程度的应用，在林业中的应用却仅限于筛选遗传改良植株，即在基因转化过程中，利用外源抗性标记基因，将转化体筛选出来。离体筛选技术是对转基因克隆株系进行成功筛选的基本要求，其它性状的筛选可以参照遗传改良株系筛选的基本准则。

2.3 分子标记技术

广义的分子标记是指可遗传的并可检测的DNA 序列或蛋白质。蛋白质标记包括种子贮藏蛋白和同工酶及等位酶。狭义的分子标记概念只是指DNA标记。分子标记基本上是一个信息工具。它们并不直接对植物生产做贡献，但它们可以为遗传转化感兴趣的基因定位提供重要的信息，或为种群结构、杂交系统和谱系鉴定提供信息。目前，遗传学家们面临的是寻找这些标记与树木谱系或特定种群特征的关系。当正确解释这些关系时，分子标记对于研究种群问的或种群内的遗传变异、评估杂交和自交的水平、对品种或品系进行遗传鉴定及“指纹鉴定”等方面是价值巨大的。分子标记的数据也可用来辅助进行较好基因型的早期选择，而不用等树木长大以后表现出某种性状时再选择。将标记数据与实际性状相联系的研究在林业和农业中都取得了很大进展，但是标记辅助选择还没有真正应用到树木育种的实践中来，这主要是因为时间和费用的限制。因此，显示出与传统方法相比的经济优势是十分必要的。

3 结语

林业生物技术的研究需要资金的大量投入，将会带来巨大的经济效益、环境效益和社会效益。即使将来转基因树木不进行大规模应用，对转基因技术的研究也将会提供大量有关基因行为和调控的信息，这将对传统育种方法具有重要的价值。生物技术今后必将在林木的大量繁殖、品种改良、基因转导、实现林木集约化培育等领域，发挥更大的作用，为我国林业的发展作出更大的贡献。

参考文献

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