胡映泉

（山西省林木育種研究中心，山西 太原 030031）

林木生產(chǎn)中選用優(yōu)良的品種是提高林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)，而在林業(yè)常規(guī)育種中，通過(guò)選種、引種、育種方式培育一個(gè)新的優(yōu)良品種通常需要10年以上，由于育種周期較長(zhǎng)，導(dǎo)致林業(yè)生產(chǎn)中新品種的更新率較低，部分地區(qū)僅為20%，這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)林業(yè)現(xiàn)代化經(jīng)營(yíng)與發(fā)展的需要[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新技術(shù)在林業(yè)育種中不斷得到應(yīng)用，大大提高了林木育種的效率，帶動(dòng)了林業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，本文以此為契機(jī)，詳細(xì)分析不同育種方法在林業(yè)育種中的應(yīng)用現(xiàn)狀，以期為不同地區(qū)林業(yè)育種中選擇最佳的途徑提供理論依據(jù)。

1 分子標(biāo)記技術(shù)在林業(yè)育種中的應(yīng)用

分子標(biāo)記技術(shù)在林業(yè)育種中已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。在早期林木育種中，分子標(biāo)記技術(shù)主要應(yīng)用于樹(shù)木性別鑒定和子代性狀鑒定中[2]，以楊樹(shù)為例，由于雄性楊樹(shù)具有較高的產(chǎn)量，人們生產(chǎn)中更傾向于培育雄性種苗，但是現(xiàn)實(shí)中樹(shù)木只有在5～20a后性成熟時(shí)才能進(jìn)行性別判斷工作，育種年限較長(zhǎng)。在實(shí)際生產(chǎn)中，尋找一項(xiàng)可以早期進(jìn)行楊樹(shù)性別鑒定的技術(shù)非常重要，而分子標(biāo)記技術(shù)便可實(shí)現(xiàn)，目前在黑楊、美洲黑楊、毛果楊、馬氏楊、銀白楊的育種中有了應(yīng)用，并且在林木多世代育種中，分子標(biāo)記技術(shù)也是縮短育種年限的重要手段。分子標(biāo)記技術(shù)通過(guò)構(gòu)建遺傳連鎖圖譜，還可以應(yīng)用于林木輔助選擇育種中。在桉樹(shù)的育種中，通過(guò)基因數(shù)量定位點(diǎn)的分子標(biāo)記分析，證明了不同環(huán)境條件下桉樹(shù)數(shù)量性狀表現(xiàn)的變化規(guī)律，以此可以實(shí)現(xiàn)桉樹(shù)育種中子代性狀遺傳規(guī)律的早期判定，由此大大提高了桉樹(shù)的育種效率?；鹁嫠煽共∮N中，通過(guò)構(gòu)建遺傳連鎖圖譜證明了抗銹病基因?yàn)轱@性基因，并且由單基因控制，因此在苗木早期遺傳性狀的判別中，利用分子標(biāo)記技術(shù)即可判斷出該苗木是否攜帶抗病基因，為優(yōu)良苗木選育工作提供了依據(jù)。

分子標(biāo)記技術(shù)在林木早期性狀判別上優(yōu)于傳統(tǒng)的育種方式，特別是對(duì)苗木生長(zhǎng)速率，苗木冠幅變化，苗木抗逆性，水分導(dǎo)度以及對(duì)外界環(huán)境的反應(yīng)判定方面，同時(shí)通過(guò)分子標(biāo)記技術(shù)可以追蹤目的基因的表達(dá)行為，種子質(zhì)量的監(jiān)測(cè)、新品種的鑒定工作。在歐洲山楊的研究中發(fā)現(xiàn)，將目標(biāo)基因?qū)氲缴綏钪泻?，轉(zhuǎn)基因山楊的葉片變小，顏色變淺，節(jié)間長(zhǎng)度變短，但是葉片上的雜斑數(shù)量顯著減少，證明了目標(biāo)基因在植物上的表達(dá)特性。應(yīng)用分子標(biāo)記技術(shù)明確不同育種材料之間的遺傳關(guān)系，對(duì)確定最佳的雜交設(shè)計(jì)和科學(xué)的栽培方式具有重要幫助，并且可以實(shí)現(xiàn)樹(shù)木特定基因遺傳特性的驗(yàn)證工作，尤其是種子園內(nèi)不同個(gè)體遺傳關(guān)系確定，這對(duì)于監(jiān)控樹(shù)木花粉的流動(dòng)特性，確定不同植株繁殖力的高低具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，目前已經(jīng)應(yīng)用于楊樹(shù)無(wú)性系育種種苗的性狀早期鑒定中[2]。分子育種技術(shù)在林木育種中的應(yīng)用，極大地提高了樹(shù)木育種的精確性，并且大大縮短了育種的周期，大大提高了林木育種的效率，該項(xiàng)技術(shù)對(duì)于保存稀有珍貴樹(shù)種種植資源也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 組織培養(yǎng)技術(shù)在林木育種中的應(yīng)用

組織培養(yǎng)技術(shù)主要是利用植物細(xì)胞的全能性來(lái)培養(yǎng)優(yōu)良種苗，在育種過(guò)程中可以節(jié)省大量時(shí)間，并減少了對(duì)苗圃以及外界環(huán)境的依賴性，同時(shí)具有極強(qiáng)的重復(fù)性，在林木育種中主要應(yīng)用于良種快速繁殖與種苗培養(yǎng)上[3]。

組織培養(yǎng)技術(shù)是林木育種的重要技術(shù)之一，這是因?yàn)榻M織培養(yǎng)具有較高的基因突變率，繁育速度較快，培養(yǎng)周期短，目前在毛白楊、蘋果、桃等30余種樹(shù)木育種中取得了成功。從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，組織培養(yǎng)技術(shù)有效的克服了遠(yuǎn)緣雜交中存在的胚敗育問(wèn)題，同時(shí)大大縮短了選育周期，特別是在各種果樹(shù)早熟品種選育中起到了關(guān)鍵作用，并且實(shí)現(xiàn)了果樹(shù)無(wú)核品種選育，楊樹(shù)三倍體種苗選育工作，克服了多胚品種珠心胚的干擾。在組織培養(yǎng)的過(guò)程中，由于外界環(huán)境條件的變化，外植體基因突變率在50%以上，這對(duì)選育基因突變體提供了基礎(chǔ)，目前國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于林業(yè)育種中，如1986年美國(guó)東北林業(yè)實(shí)驗(yàn)站選育的楊樹(shù)抗病無(wú)性系，1990年加拿大選育的北美五針?biāo)煽顾砂P病新品系，中國(guó)林科院選育的抗鹽楊樹(shù)新品種等[4]。

植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)體細(xì)胞雜交，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)新品種的選育。在香蕉育種和遠(yuǎn)緣雜交育種中，往往無(wú)法得到種子，有的得到種子卻無(wú)法發(fā)育成正常的植株，為克服這一問(wèn)題，在生產(chǎn)實(shí)踐中，可以利用體細(xì)胞雜交和組織培養(yǎng)相結(jié)合的技術(shù)選育新品種。目前采用體細(xì)胞雜交技術(shù)育種成功的植物主要有楊樹(shù)、榆樹(shù)、柑橘等，在這些樹(shù)木的育種中，將具有活性的原生質(zhì)體在特定的條件下實(shí)現(xiàn)融合形成雜種細(xì)胞，該細(xì)胞在組織培養(yǎng)技術(shù)下形成新的植株，該植株為二倍體雜種，二倍體雜種通過(guò)細(xì)胞融合技術(shù)可以獲得多倍體雜種，因此該項(xiàng)技術(shù)為林木新品種的選育工作提供了廣闊的前景[5]。

利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)脫毒苗木的生產(chǎn)和獲得人工種子。對(duì)于經(jīng)過(guò)多代無(wú)性繁殖的林木來(lái)說(shuō)，常常遭受到病毒的侵染，導(dǎo)致林木病蟲(chóng)害發(fā)生嚴(yán)重，生長(zhǎng)量降低，種質(zhì)退化。為此，實(shí)現(xiàn)苗木脫毒和更新復(fù)壯是無(wú)性系繁殖林木的重要工作。在林木生長(zhǎng)的最旺盛部位，特別是莖尖分生組織內(nèi)很少存在病毒，因此通過(guò)對(duì)莖尖頂端分生組織進(jìn)行培養(yǎng)，可以獲得無(wú)病毒植株，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在柑橘、香蕉等十余種林木上取得了成功，而在蝴蝶蘭，康乃馨等園藝植物中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，這對(duì)保持植物種質(zhì)特性和提高抗性具有重要實(shí)踐意義。人工種子同樣是利用組織培養(yǎng)技術(shù)獲得，該種子并未經(jīng)過(guò)自然受精過(guò)程，通過(guò)人為將植物組織在無(wú)菌培養(yǎng)基上誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的細(xì)胞胚，用膠質(zhì)將細(xì)胞胚包好后形成能夠播種的人工種子，該種子可以繁育大量的良種苗木，對(duì)提高林木育種經(jīng)濟(jì)效益起到了巨大的推動(dòng)作用。

3 航天育種技術(shù)在林木育種中的應(yīng)用

航天育種是將航天技術(shù)與傳統(tǒng)林業(yè)育種技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是將植物的種子或者器官送至宇宙空間內(nèi)，通過(guò)太空高能離子輻射、微重力、高真空、交變磁場(chǎng)等因素的誘導(dǎo)使植物的材料發(fā)生突變，然后經(jīng)過(guò)人工栽培、繁殖與選育等試驗(yàn)過(guò)程獲得新品種的過(guò)程，目前國(guó)內(nèi)外均取得了大量研究成果[6]。航天育種之所以受到國(guó)內(nèi)外育種專家的青睞，是因?yàn)楹教煊N具有其特有的優(yōu)勢(shì)，首先，航天育種變異率相對(duì)較高，常常會(huì)達(dá)到1%～5%，并且林木變異幅度較大，這些變異在自然界需要幾百萬(wàn)年甚至更長(zhǎng)時(shí)間才能完成；其次，航天育種并不像基因工程那樣將外源基因?qū)肓帜倔w內(nèi)，這并不會(huì)涉及到林木生產(chǎn)的安全性問(wèn)題，也不會(huì)存在輻射育種造成的毒害問(wèn)題；再次，航天育種可以提高林木產(chǎn)量和生長(zhǎng)速度，提高林木抗逆性，并且可以創(chuàng)造豐富的種資質(zhì)源[7]。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在航天育種中取得了一定的成績(jī)。前蘇聯(lián)利用該技術(shù)獲得了速生樅樹(shù)植株，美國(guó)利用航天育種技術(shù)獲得了松樹(shù)、綠豆的高產(chǎn)品種[8]。美國(guó)航天育種中心利用航天育種技術(shù)培育的地瓜樹(shù)新品種葉柄變長(zhǎng)，葉片面積增加，株高顯著增加，產(chǎn)量提高10倍以上，淀粉含量提高40%，適應(yīng)性和抗逆性顯著增強(qiáng)，特別是抗旱性增強(qiáng)明顯，使得該植物在干旱丘陵地區(qū)仍然可以獲得較高產(chǎn)量[8]。我國(guó)航天育種最早應(yīng)用于農(nóng)作物和蔬菜上，先后對(duì)65種作物，370多個(gè)品種進(jìn)行了研究，其中航天育種獲得的水稻新品種增產(chǎn)幅度達(dá)到了10%以上，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。2002年，神州3號(hào)宇宙飛船搭載葡萄、樹(shù)莓、牡丹等木本植物的種子在太空經(jīng)過(guò)7d后返回地球，自此開(kāi)始了林木航天育種，神州4號(hào)飛船攜帶紅松、落葉松、油松等6種喬木種子和部分楊樹(shù)新品種試管苗，神州5號(hào)增加了白樺、橡木種子，2003年11月返回式衛(wèi)星攜帶的沙棘種子返回地球，這些種子當(dāng)前均已經(jīng)應(yīng)用至林木的良種繁育中。

林木的航天育種主要集中于優(yōu)質(zhì)用材林方面，目的是通過(guò)航天技術(shù)與林業(yè)育種技術(shù)的結(jié)合，獲得優(yōu)質(zhì)突變植物個(gè)體，用以實(shí)現(xiàn)林木速生品種的育種，同時(shí)增加現(xiàn)有優(yōu)質(zhì)用材林的生長(zhǎng)量，并且要求達(dá)到木材特性不變的目的，從而滿足家具與裝飾對(duì)林木的需求。經(jīng)濟(jì)林航天育種重點(diǎn)方向?yàn)樘岣吡帜究鼓嫘?，提高果品品質(zhì)，提高鮮果果品中的養(yǎng)分含量，提高果品的保健效用，另外，鑒于部分果品貯藏期短的特點(diǎn)，航天育種另一個(gè)方向就是培育果品耐貯性強(qiáng)的品種，以提高果品的商品價(jià)值；在木本觀賞植物航天育種中，人們主要用來(lái)培育適宜景觀觀賞的花色與花型、葉色與葉形多變品種，并提高現(xiàn)有品種的園林觀賞價(jià)值，兼顧培育適應(yīng)城市環(huán)境條件的新品種。

4 轉(zhuǎn)基因技術(shù)在林木育種中的應(yīng)用

當(dāng)前轉(zhuǎn)基因技術(shù)在林木育種中主要應(yīng)用于抗蟲(chóng)新品種的選育上，但是當(dāng)前主要處于試驗(yàn)階段，其應(yīng)用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)基因技術(shù)在農(nóng)作物上的應(yīng)用。目前轉(zhuǎn)基因技術(shù)在林木育種上應(yīng)用成功的例子主要是楊樹(shù)抗蟲(chóng)育種研究，F(xiàn)illati實(shí)現(xiàn)了農(nóng)桿菌對(duì)銀白楊×大齒楊的轉(zhuǎn)化，后又獲得了抗舞毒蛾和天幕毛蟲(chóng)效果的楊樹(shù)轉(zhuǎn)基因植株[9-10]；田穎川等運(yùn)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育的歐洲黑楊抗蟲(chóng)品種，殺蟲(chóng)率達(dá)到了76%以上[11]；王學(xué)聘將轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用至歐美楊的抗蟲(chóng)育種研究中，試驗(yàn)結(jié)果表明，抗蟲(chóng)歐美楊植株對(duì)舞毒蛾和楊尺蠖毒殺率為80%～90%[12]。生產(chǎn)中由于林木生長(zhǎng)期較長(zhǎng)，加上轉(zhuǎn)基因殺蟲(chóng)蛋白會(huì)導(dǎo)致害蟲(chóng)耐受性增加，所以林業(yè)育種中很少運(yùn)用單一殺蟲(chóng)機(jī)制抗蟲(chóng)基因，將不同的抗蟲(chóng)機(jī)制基因在林木新品種上表達(dá)出來(lái)，達(dá)到持續(xù)抗蟲(chóng)的效果[13]。在毛白楊抗蟲(chóng)育種研究中，采用CrylAc基因與API基因構(gòu)建抗蟲(chóng)表達(dá)載體，通過(guò)飼喂楊扇舟蛾試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該雙重抗蟲(chóng)基因的致死率在40%～70%之間，最高可以達(dá)到85%[14]；在人工改造Bt殺蟲(chóng)蛋白基因轉(zhuǎn)入楊樹(shù)后得到的再生植株試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，該基因?qū)οx(chóng)的致死率為40%～80%，但是該基因結(jié)合蛋白酶抑制劑基因得到的再生楊樹(shù)植株，對(duì)害蟲(chóng)的致死率達(dá)到了100%[15]。

5 小結(jié)

生物技術(shù)以及分子標(biāo)記育種技術(shù)最早應(yīng)用于農(nóng)作物的育種中，后在林業(yè)育種中得到了應(yīng)用，因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各項(xiàng)育種新技術(shù)均可以成為林木育種工作中可以借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在本文所論述的4種林木育種新技術(shù)中，各自在林木育種中應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)存在差異，如分子標(biāo)記技術(shù)側(cè)重點(diǎn)在于林木基因表達(dá)性狀的早期鑒定，組織培養(yǎng)技術(shù)側(cè)重于遠(yuǎn)緣雜交育種以及林木的快速繁育，航天育種側(cè)重于林木基因突變育種方向，轉(zhuǎn)基因技術(shù)較側(cè)重于林木的抗蟲(chóng)育種。從我國(guó)林木育種的研究現(xiàn)狀來(lái)看，航天育種和轉(zhuǎn)基因技術(shù)在林業(yè)育種中尚處于起步階段，與林木育種技術(shù)較發(fā)達(dá)的美國(guó)仍然存在一定的差距，因此我國(guó)在林業(yè)育種方面仍然還有大量的基礎(chǔ)工作要做，相信通過(guò)我國(guó)大量林業(yè)科研人員不斷的努力，未來(lái)我國(guó)在林業(yè)育種方向上會(huì)走在世界前列。

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