我國林木遺傳育種技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

發(fā)布時(shí)間：2021-04-13所屬分類：園林工程師瀏覽：1286次

摘 要： 摘要:以我國林木遺傳育種技術(shù)的任務(wù)和作用為切入點(diǎn)，利用目前較為流行的SWOT分析法對(duì)我國林木遺傳育種技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了深入分析，得出了林木遺傳育種在技術(shù)生產(chǎn)上的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)、今后發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)等主要影響因子，并通過上述分析結(jié)論對(duì)我國林木遺傳育種技術(shù)

　　摘要:以我國林木遺傳育種技術(shù)的任務(wù)和作用為切入點(diǎn)，利用目前較為流行的SWOT分析法對(duì)我國林木遺傳育種技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了深入分析，得出了林木遺傳育種在技術(shù)生產(chǎn)上的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)、今后發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)等主要影響因子，并通過上述分析結(jié)論對(duì)我國林木遺傳育種技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)和判斷，以期為同行提供借鑒和參考。

　　關(guān)鍵詞:林木;遺傳育種;現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)

　　0引言

　　林業(yè)遺傳育種技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代，技術(shù)的興起得益于生物科技與基因技術(shù)的出現(xiàn)，近年來生物科技與基因技術(shù)在研究深度和研究成果上取得了突破性進(jìn)展。我國林業(yè)遺傳育種工作通過不斷向國外先進(jìn)國家學(xué)習(xí)，并充分發(fā)揮我國在植物基因測(cè)繪上的優(yōu)勢(shì)，已選育出了部分具有代表性的林木品種，如抗病蟲害的蘋果、梨等果樹品種，在提高林業(yè)生產(chǎn)效益和推動(dòng)我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)中發(fā)揮了積極的作用[1]。

　　1任務(wù)和作用

　　1.1提升林木抗病蟲害能力

　　針對(duì)目前林業(yè)發(fā)展過程中大量林木飽受各類病蟲害問題的困擾，通過遺傳育種可使得林木在被各類食葉昆蟲啃食枝葉的過程中，將植物體所具有的對(duì)昆蟲體有害的病毒轉(zhuǎn)移到昆蟲體內(nèi)，從而造成其死亡。通過遺傳育種還能選育出部分能夠散發(fā)害蟲不適應(yīng)的植物揮發(fā)物，從而間接起到防御林木蟲害的目的。

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　　同時(shí)，通過遺傳育種技術(shù)還能提升林木尤其是部分經(jīng)濟(jì)類果樹抗病害的能力，如國外部分研究機(jī)構(gòu)將采自玉米的葉片色素基因Lc移植到蘋果樹的基因序列中，從而使其獲得了抗火疫病和抗疥癬的轉(zhuǎn)基因蘋果。

　　1.2提升樹木抗性

　　由于各類樹木所適應(yīng)生長的環(huán)境條件各不相同，尤其是針對(duì)耐寒耐熱、耐干旱、耐鹽堿以及耐各類污染源的能力有著顯著的差異性。通過遺傳育種工作可進(jìn)一步提高林木應(yīng)對(duì)某種耐受性的能力，從而使其能夠在更為惡劣的環(huán)境因子中生長，如通過表達(dá)烏頭葉虹豆的吡咯啉合成途徑中的限速酶基因—吡咯-5-羧酸合成酶基因，可以提高吡咯啉在植物組織的表達(dá)水平，從而增加黑楊、柳葉桉等植物對(duì)寒冷、鹽分和冰凍的耐受性能[2]。

　　1.3提高木材的成材速率和木材質(zhì)量

　　通過遺傳育種大幅降低木材本身木質(zhì)素的含量，從而使其在加工過程中所需消耗的化學(xué)試劑量更少，起到降低木材生產(chǎn)加工成本與保護(hù)環(huán)境的雙重功效。同時(shí)，國內(nèi)外相關(guān)試驗(yàn)研究表明，通過在毛果楊過表達(dá)谷氨酞氨合成酶GS能夠增加生長量，GS是氮同化的關(guān)鍵酶，利用上述遺傳技術(shù)可大大提高樹木本身對(duì)于氮的轉(zhuǎn)化率，從而起到促進(jìn)植物生長的目的[3]。

　　1.4縮短林木產(chǎn)果期

　　由于果樹的生產(chǎn)與普通的農(nóng)作物生產(chǎn)有著較大的區(qū)別，其在從幼苗到能夠具備結(jié)果能力所需耗費(fèi)的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般農(nóng)作物，如蘋果樹需要5～10年，柑橘樹需要15～20年。而通過遺傳育種可以大大縮短部分果樹的童期，一方面提高了果樹種植戶的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益，另一方面也縮短了各類名優(yōu)果樹品種的選育時(shí)間。

　　1.5生態(tài)環(huán)境修復(fù)

　　通過對(duì)部分林木進(jìn)行遺傳育種方面的改造，使其新的植株能夠具備吸收、貯存和隔離部分重金屬與殺蟲劑等污染物資，并使其對(duì)相應(yīng)的污染物擁有更強(qiáng)的抗性和適應(yīng)性，從而能夠在污染物密度較高的區(qū)域進(jìn)行種植和生長。如通過部分遺傳育種后的白楊能夠吸收汞、銅、鎘和砷等工業(yè)生產(chǎn)過程中較為常見的重金屬物資，同時(shí)其所散發(fā)的氣味對(duì)于殺蟲劑與其他有毒的芳烴類物質(zhì)有著良好的解毒作用。

　　另外，部分遺傳育種所選育出含有ScYCFI基因的灰楊能夠更好地適應(yīng)在高濃度的重金屬物質(zhì)的土壤中生存，使得其滿足我國部分礦區(qū)綠化或尾礦、礦渣等生態(tài)修復(fù)之用[4]。

　　2SWOT分析

　　2.1優(yōu)勢(shì)

　　我國作為一個(gè)幅員遼闊的國家，疆域橫跨經(jīng)度與緯度范圍廣，具有極其豐富的樹種資源，據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國境內(nèi)共有喬灌藤等各類樹種9000余種，在所有北半球國家內(nèi)無論在林木種類還是在林木分布面積上都是首屈一指。同時(shí)，我國又是擁有悠久農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和建筑加工歷史的文明古國，歷來注重對(duì)于各類經(jīng)濟(jì)林木和建筑及加工業(yè)用材林木品種的培育工作，目前僅用材和經(jīng)濟(jì)林木數(shù)量就到1000余種，另外林業(yè)部門統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，我國還擁有各類珍稀瀕危樹種388種，我國特有孑遺種260余種。如此豐富的林業(yè)樹種資源，為我國林木遺傳育種工作的開展奠定了良好的種源基礎(chǔ)。

　　建國以來，國家十分重視對(duì)于林業(yè)人才的培養(yǎng)和教育工作，無數(shù)專家學(xué)者或從事科學(xué)研究不斷為我國培育出新的林木品種，或扎根林業(yè)基地直接指導(dǎo)農(nóng)戶進(jìn)行生產(chǎn)培育，或執(zhí)掌教鞭為國家培養(yǎng)新一代遺傳育種的接班人。在一代代林業(yè)育種人的努力之下，我國建成了一大批擁有先進(jìn)設(shè)備的林業(yè)遺傳育種基地和現(xiàn)代化苗圃，從而進(jìn)一步加快了我國林業(yè)遺傳育種的發(fā)展速度。

　　2.2劣勢(shì)

　　首先，雖然我國林業(yè)種源資源豐富，但是也存在良種使用率較低，針葉林種植面積較大而闊葉林及灌木良種資源不足等問題。為了應(yīng)對(duì)全國用材數(shù)量的激增，我國近年來對(duì)于用材樹種的良種選育工作開展較好，但其他諸如經(jīng)濟(jì)樹種、生態(tài)防護(hù)樹種和能源樹種等其他用途的良種選育工作開展水平較低。另外，在我國遺傳育種工作還存在嚴(yán)重的地區(qū)差異，具體而言我國東部沿海地區(qū)遺傳育種工作開展較好，生產(chǎn)和研發(fā)工作穩(wěn)定，林木品種結(jié)構(gòu)趨向合理;但在西部及北部地區(qū)由于受到當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和科技水平的制約，生產(chǎn)和研發(fā)工作進(jìn)展緩慢。

　　其次，由于受到基地設(shè)備條件和研究人員專業(yè)技術(shù)水平的制約，我國遺傳育種所選育的林木良種品質(zhì)上還是與發(fā)達(dá)國家存在較大差距。同時(shí)，我國不少遺傳育種基地尚處于初級(jí)試驗(yàn)階段，并未建立起完善的子代測(cè)定林，難以大規(guī)模和高效率地對(duì)良種資源進(jìn)行更新?lián)Q代。另外，還受到遺傳育種基地管理體制的限制，林木良種推廣范圍無法確定，基地發(fā)展?jié)摿τ邢蕖?/p>

　　最后，作為林業(yè)遺傳育種工作的基礎(chǔ)，各類林木種質(zhì)資源的保護(hù)工作力度不夠，尤其是對(duì)于良種資源的調(diào)查工作開展及其緩慢，除了個(gè)別省份外我國大部分省份的林業(yè)部門尚不能定期公布優(yōu)質(zhì)種源的目錄清單，從而造成了科研工作的嚴(yán)重滯后。

　　2.3機(jī)遇

　　首先，近年來我國加快建設(shè)生態(tài)文明的社會(huì)呼聲越來越強(qiáng)烈，政府也提出了“綠水青山便是金山銀山”的宏偉戰(zhàn)略目標(biāo)，在山川復(fù)綠的過程中對(duì)于林木種類和數(shù)量的需求也會(huì)越來越大，隨著植樹造林工作的不斷推進(jìn)，造林工作的立地條件也會(huì)越來越差，在未來的數(shù)年內(nèi)將會(huì)面臨更多的鹽堿地、貧瘠地和干旱地的造林任務(wù)，為此通過遺傳育種優(yōu)化林木耐受性將成為未來林木業(yè)重要的工作任務(wù)。

　　其次，目前興起的鄉(xiāng)村體驗(yàn)式旅游業(yè)對(duì)于各類名特優(yōu)新果樹的需求激增，不少基本農(nóng)田較少的山村通過發(fā)展果樹種植業(yè)來促進(jìn)鄉(xiāng)村旅游業(yè)的發(fā)展，并伴隨著各種復(fù)合式種植技術(shù)，積極開拓林下經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，為山村農(nóng)戶脫貧致富開辟了一條新的道路。

　　最后，隨著我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)體制改革的不斷深化，林場(chǎng)所有人的眾多農(nóng)戶更加迫切地希望通過調(diào)整林場(chǎng)內(nèi)林木的品種結(jié)構(gòu)來創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)利益。遺傳育種為各類林場(chǎng)提供林木良種，不僅有利于提高造林復(fù)綠的質(zhì)量，而且對(duì)農(nóng)戶的增產(chǎn)增收起到了至關(guān)重要的作用。

　　2.4挑戰(zhàn)

　　首先，鑒于目前我國林業(yè)生產(chǎn)和建設(shè)中所需要的各類良種林木種類越來越多，這與我國飛速發(fā)展的國民經(jīng)濟(jì)有著緊密的關(guān)系，這對(duì)于遺傳育種研發(fā)工作提出了更高的要求，不僅僅體現(xiàn)在林木品種的數(shù)量上，更多的體現(xiàn)在對(duì)于研發(fā)時(shí)間和林木種苗質(zhì)量的要求，而這對(duì)于我國目前遺傳育種領(lǐng)域是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

　　其次，為了滿足國家生態(tài)建設(shè)需求，更多地將造林區(qū)域向邊遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)展，尤其是原本森林覆蓋率較低的西北、西部等各省份，在鹽堿、干旱地區(qū)進(jìn)行造林更需要大量通過遺傳育種技術(shù)所選育的適應(yīng)性和耐受性強(qiáng)的林木品種。

　　最后，由于我國大量林場(chǎng)的林木品種已經(jīng)出現(xiàn)老化的問題，急需補(bǔ)充大量經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、生長性好的品種進(jìn)行更新，為此持續(xù)穩(wěn)定地提供各類林場(chǎng)生產(chǎn)所需的各類林木種苗也成為了目前我國林業(yè)遺傳育種工作所需面對(duì)的另一重大挑戰(zhàn)。

　　3發(fā)展趨勢(shì)

　　相對(duì)于傳統(tǒng)的林業(yè)種苗培育通過雜交、倍培和誘變等手段進(jìn)行優(yōu)良品種的選育工作，新型的遺傳育種工作不僅在工作量、種苗性狀的預(yù)見性以及研發(fā)時(shí)間上均具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，以轉(zhuǎn)基因工程為核心技術(shù)的遺傳育種還能保證林木的某一特定性狀發(fā)生人為的改變，而其他林木本身所具備的特性能夠繼續(xù)得以完美的體現(xiàn)。針對(duì)林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)和需求，對(duì)我國林業(yè)遺傳育種技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了設(shè)想，并將其進(jìn)行如下歸納。

　　3.1遺傳育種方向由單一目標(biāo)向多目標(biāo)轉(zhuǎn)變

　　目前，我國的林業(yè)遺傳育種工作已經(jīng)取得了一定的成績，也相繼研發(fā)出了符合我國各地區(qū)林業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況的大量林業(yè)良種資源。伴隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的不斷變化和造林范圍的不斷擴(kuò)大，除對(duì)林木適應(yīng)性和耐受性上有著嚴(yán)格的要求外，還對(duì)通過在邊緣地區(qū)進(jìn)行植樹造林來提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶、林戶收入提出了更高要求。這就要求我國林業(yè)遺傳育種人員在不斷改良和提高林木耐受性的同時(shí)，還要在林業(yè)種苗蓄材率、產(chǎn)果率和產(chǎn)果品質(zhì)上具有新的突破。

　　3.2分子標(biāo)記技術(shù)在林木育種中的應(yīng)用

　　在諸多林業(yè)遺傳育種技術(shù)之中，我國研究較為深入和應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)莫過于分子標(biāo)記技術(shù)，其具有育種環(huán)境條件適應(yīng)性強(qiáng)、育種種類對(duì)象豐富和技術(shù)靈活簡便的特點(diǎn)，其具體還可分為RELP標(biāo)記技術(shù)、SSR標(biāo)記技術(shù)和AFLP標(biāo)記技術(shù)3大類[5]。

　　RELP標(biāo)記技術(shù)是由美國專家首先發(fā)明，其主要利用植物體內(nèi)的部分DNA片段，使用先進(jìn)的顯影技術(shù)來判斷林木雜交育種的結(jié)果，從而使得在林木品種研發(fā)的過程中免去了試種試播的環(huán)節(jié)，極大地提高了研發(fā)效率。雖然RELP標(biāo)記技術(shù)對(duì)于研發(fā)技術(shù)裝備和研發(fā)人員素養(yǎng)上相對(duì)于其他技術(shù)有著更高的要求，但鑒于其在研發(fā)效率上的顯著優(yōu)勢(shì)，我國遺傳育種人員可將其應(yīng)用于部分成材或成果類經(jīng)濟(jì)林木的育種工作中。在上述類型苗木的選育過程中，育種人員僅僅只需對(duì)雜交后的不同類型后代基因進(jìn)行測(cè)試，并于林木母本的遺傳基因進(jìn)行比對(duì)便可較早地判斷定向選育工作的成敗，極大地提高了各類名特優(yōu)新果樹的選育工作。

　　SSR標(biāo)記技術(shù)通過再增加林木遺傳物質(zhì)分子重復(fù)序列，使得林木在正常生長發(fā)育以及特性表現(xiàn)不會(huì)受任何的影響，達(dá)到部分特殊性質(zhì)指標(biāo)的改善。其優(yōu)點(diǎn)是重復(fù)表現(xiàn)性好，對(duì)林木遺傳物質(zhì)的要求比較低，試驗(yàn)研究和分析中對(duì)DNA要求低并且在數(shù)量上要求少，同時(shí)準(zhǔn)確性相對(duì)比較高。

　　AFLP標(biāo)記技術(shù)是指采用較為特殊的生物酶對(duì)林木的DNA進(jìn)行有針對(duì)性的篩選，并將其重新“焊接”到新的植物體細(xì)胞中，從而使其展現(xiàn)出新的特性。AFLP標(biāo)記技術(shù)的特點(diǎn)就是可在未知的植物體細(xì)胞DNA系列的狀態(tài)下，通過判斷“焊接處”原有遺傳物質(zhì)的特性來檢驗(yàn)其是否能夠體現(xiàn)出希望篩選的植物特性。

　　3.3生物技術(shù)在林木育種中的應(yīng)用

　　生物技術(shù)有別于普通的雜交育種技術(shù)，其通過將遠(yuǎn)源植物的基因甚至是不同品種植物之間的基因進(jìn)行插入，從而人為地創(chuàng)造出一種全新的林木品種，其實(shí)現(xiàn)了早期林木育種學(xué)者不可企及的境界。如通過生物技術(shù)在母本中插入具有抗干旱、抗病蟲害和豐產(chǎn)提質(zhì)等內(nèi)容的基因序列，使其植株能夠體現(xiàn)出上述各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)性能并能夠在今后的繁殖過程中進(jìn)行穩(wěn)定的傳遞。

　　生物技術(shù)還能進(jìn)一步打破不同類型植物的限制，甚至能夠?qū)⒃倔w現(xiàn)在動(dòng)物、微生物體內(nèi)的部分基因融入到現(xiàn)有的植物之中，使得林木具備更多符合人類生產(chǎn)和生活需求的性能品質(zhì)。如將親水性較強(qiáng)的酵母菌部分基因插入林木中，從而使其具備更強(qiáng)的抗水澇能力，這對(duì)于我國部分易受各類洪澇災(zāi)害影響的地區(qū)進(jìn)行林業(yè)生產(chǎn)十分必要;將多花色相結(jié)合的基因?qū)胨N薇之中，便能夠使其顯出顏色更加豐富、遺傳性狀更為穩(wěn)定的造景植物。因此，生物技術(shù)將成為今后我國遺傳育種技術(shù)發(fā)展的主要方向。

　　4結(jié)束語

　　鑒于遺傳育種技術(shù)對(duì)于提高我國林業(yè)生產(chǎn)建設(shè)的重要性，必須更好完善地做好我國各類優(yōu)勢(shì)種質(zhì)資源的調(diào)查和保護(hù)工作，通過各類現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作的推進(jìn)，進(jìn)一步挖掘我國林木種質(zhì)資源，為今后的遺傳育種工作提供寶貴的原始資料。同時(shí)，打破各自為政的遺傳育種工作現(xiàn)狀，建立起較為統(tǒng)一的基因資源庫，全力集合我國林木遺傳育種領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，從而形成合力共同參與各項(xiàng)研發(fā)工作，做到資源與研究成果的真正共享。

　　隨著我國林業(yè)遺傳育種工作的不斷推進(jìn)，充分發(fā)揮我國在林木種質(zhì)資源上的優(yōu)勢(shì)，將傳統(tǒng)的育種技術(shù)與現(xiàn)代的遺傳育種技術(shù)相結(jié)合，從而研發(fā)出滿足我國林業(yè)生產(chǎn)和建設(shè)實(shí)際需求的各類苗木。通過各項(xiàng)遺傳育種技術(shù)不僅在林木研發(fā)選育時(shí)間上進(jìn)行大幅度的提速，并在保留母本的優(yōu)勢(shì)基因特性的同時(shí)完成多種定性因子的育種工作。在不久的未來，各類采用遺傳育種技術(shù)選育的優(yōu)良林木將在礦區(qū)生態(tài)修復(fù)、防風(fēng)固沙、鹽堿地馴化和貧瘠地區(qū)果樹生產(chǎn)中發(fā)揮重要的生態(tài)性和經(jīng)濟(jì)性作用。——論文作者：高璇

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