高级林木遗传育种学

现代分子生物技术在林木育种中的应用及发展趋势

—高级林木育种学课程论文

摘要

林木作为重要的可再生自然资源，具有良好的经济效益、生态效益和社会效益。我国林木遗传育种学科起步晚，与学科设置较旱的发达国家相比，我国的林木遗传育种发展较为滞后[1]。林木生长周期长，采用常规育种技术进行新品种选育所需时间长、见效慢，同时还存在基因源缺乏和杂交不亲和等制约因素。因此要把现代生物技术和组织培养技术广泛应用于林木育种中。分子生物学技术中的分子标记技术、基因丁程技术更是林木遗传育种研究的关键。而广泛应用的林木功能基因组学研究策略有插入突变、FOX系统、蛋白质组学等。本文对现在分子生物技术在林木遗传育种领域的应用进行了概述，并对其前景进行了展望。

关键词：现代生物技术，林木育种，应用现状，发展趋势

Modern molecular biological technology in the trees in the breeding application and development trend

abstract：Trees as the important renewable natural resources, has the good economic benefit, ecological benefit and social benefit. Our country forest genetic breeding subject late start, and the subject setting of the drought is compared with that of the developed countries of the our country forest genetic breeding are lagged[1]. Trees growth cycle is long, the conventional breeding technology needed for breeding time long, effective slow, meanwhile has genetic source and types of hybrid restricted factors. So to the modern biological technology and tissue culture technology is widely used in YuLinMu breeding. Molecular biology technology of molecular markers, gene DingCheng technology is the key forest genetic breeding. And the wide application of forest tree genomics research strategies have function insertional mutagenesis, FOX system, proteomics, etc. In this paper, the molecular biological technology in trees now the application of genetic breeding were summarized, and the prospect is predicted.

Keywords:modern biological technology, forest breeding, the current situation of the application and development trend

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现代分子生物技术在林木育种中的应用及发展趋势引言

现代生物技术是当代高新技术的代表，作为人类科技事业最伟大的成就之一，不仅正在推动着经济结构、生产组织和经营模式的急剧变革，而且深刻地影响着人类的生产方式和生活方式，带来了生产力的质的飞跃。现代生物技术的研究和应用涉及广泛的领域，尤其是对林业等以应用生命科学技术为主的产业，带来了前所未有的发展机遇，引发了新一轮的技术革命[2]。

林木生物技术随着生命科学的发展取得了很大的进展。在基础研究方面，目前已用多种分子标记构建了多个树种的遗传图谱，为数量性状位点的识别打下了基础；在基因工程方面，林木生物技术已在抗性育种及品种改良中发挥着作用；在细胞工程方面，体细胞胚胎发生、人工种子技术、原生质体培养、光自养微繁不仅已取得了研究成果，而且部分已用于规模化生产。虽然相对于农作物，林木生物技术的研究显得较为薄弱，但随着国家投入的增加，学科的相互渗透与交叉，林木生物技术必定会得到长足的发展，进一步深化林业研究[3]。

基因工程是生物技术的核心，为林木遗传改良开辟了一条新的途径。因此依靠现代基因工程与常规育种技术相结合，可极大地缩短林木育种周期，加速育种进程，创造新种质，选育新品种，对营造优质人工林，缓解木材供需矛盾，保护生态环境具有重要意义。近年来，一些新的技术和方法的应用，如体胚转基因系统和超声波辅助根癌农杆菌介导法，以及很多有用目的基因的克隆促使林木基因工程取得了可喜的进展[4]。

林木组织培养及其工厂化育苗技术，细胞工程种苗工厂化生产新技术，林木体细胞胚胎发生，植株再生和人工种子技术，林木原生质体培养和细胞杂交，体细胞突变体的筛选与利用和林木基因工程育种等是林业面向21世纪的新型产业关键技术[5]。

21世纪我国林业生物技术育种，要充分重视拥有自主知识产权的林木基因和基因工程品种培育，同时林木基因工程应从单基因生物抗性转向持久抗性，生物抗性转向非生物因子抗性；要重视优良基因型的体细胞胚胎发生工程的实用化和自动化研究、常规育种技术与现代生物技术的有机结合，林木转基因植株的环境安全性评估问题也应予以重视。

1.林木育种现状

1.1．国外林木育种发展现状

林木育种在许多国家现代林业生产中发挥了重要作用。他们能遵循林木育种长期性、继承性和地域性的特点，持续稳定地开展研究。在林木育种新技术开发应用做了大量探索，取得了可喜成绩。美国，尤其是美国东南部是世界上林木育种成效最显著的地区之一。该地区湿地松、火炬松的遗传改良已由初级种子园发展到第3带种子园。瑞典是世界上最早开展林木育种的国家，欧洲赤松和欧洲云杉是主要造林树种，现在欧洲赤松造林苗木已全部实现由

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无性系种子园提供种子。芬兰和挪威对欧洲赤松一直坚持采用种子园繁殖良种，云杉也是无性繁殖。澳大利亚、新西兰等在林木育种和良种繁育方面都走在世界的前列。

目前，国外林木育种研究领域最重要的特征是：随着生命科学领域内细胞遗传学、分子生物学、分子细胞生物学等新兴学科和交叉学科的迅速发展，生物技术领域在理论与实践，方法与手段等方面，新技术革命紧密结合，形成了现代生物技术高科技。现代生物技术理论与实践的发展，细胞工程技术、基因工程技术的渗透，可以大大缩短育种周期，增加育种的可预见性，为森林培育创造出常规遗传育种方法难以发生的新种质、新材料，进行规模化繁殖和产业化创造了条件，为推进传统生物技术的跨越提供了条件，构建了林木生物技术育种新的发展平台。

目前，美国、德国、法国、日本、加拿大、新西兰等林业发达国家在林木生物技术领域发展迅速，普遍利用组培技术进行了大规模工厂化育苗；体胚诱导技术、细胞杂交技术等尖端技术不断发展，对几十种树种进行了林木遗传转化，有些重要树种等已获得转基因植株，在分子遗传标记图谱构建、抗虫、抗病、抗盐碱基因和抗污染基因等育种方面，取得了令人瞩目的成绩。其林木细胞工程、基因工程、集约化培育等已进入商业化运作阶段。

西方国家由于市场经济发育比较早，科研与产业化的结合十分紧密，特别是跨国集团本身已经实现了科研产业一体化，林木育种开发与产业化本身已成为经济发展的一部分。我们要研究、了解和掌握育种的前沿领域和发展方向，建立我国林木育种的创新领域，同时要在市场机制的运作中把握发展趋势和特点，力求在形成育种创新成果机制和促进产业转化中有新的作为。

1.2.我国林木育种发展现状

我国属于少林国家，森林覆盖率仅相当于世界平均水平的61．52％，居世界第130位；人均森林面积0．132公顷，不到世界平均水平的1／4；人均森林蓄积9．421立方米，不到世界平均水平的1／6。森林分布不均，质量不高。全国林分平均每公顷蓄积量只有84．73立方米，相当于世界平均水平的84．86％。森林生态系统的整体功能还非常脆弱，与社会需求之间的矛盾仍相当尖锐，面临着木材资源短缺与生态环境保护的双重压力。近些年来，我国加大了人工造林的力度。据联合国全球森林资源最新评估，全球年均减少森林面积约700万m2也，而中国年均增加森林面积400万m2，我国人工林面积年均增量占全球年均增量的53.2％，成为世界上森林资源增长最快的国家。

欲造林，种苗为先。目前，林业重点工程建设和国土绿化对林木种苗品种、质量和数量提出了多元化需求，质量低劣会遗患长远，品种不对路是有备无用，数量不足和过量都会导致供需失衡、价格失调，引起种苗生产的大起大落。保障品种优良、市场对路、供需平衡、价格合理的林木种苗生产供应，是林木种苗工作的中心任务。

长期以来，我国的林木育种基本上是依靠国家投资、社会参与的半自发的育种计划体系。种苗市场发育不全、科技含量不高、林木育种成果的产业转化程度较低，基础薄弱，产业效益不高，林木良种和新技术的知识产权保护困难，林木育种者权益得不到有效保护，育种家的发明积极性受到一定程度的挫伤。在林木育种的目的性、应用研究与和成果产业化机制，

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选、引、育、繁的配套体系等方面许多问题有待系统地研究，对林木育种到成果转化的各个环节的运行机制，关键因素组成、特征、发展规律还不是十分清晰。

20世纪70年代以来，我国开展了林木组织培养及其工厂化育苗技术。先后分别有杨属、杉木、马尾松、泡桐、桉树、落叶松、火炬松、湿地松、马褂木、柚木、竹子和桑树等树种从器官、茎尖、成熟胚、花药和愈伤组织诱导成苗。自1983年国家实施“六五”林业科技攻关计划以来，我国的林木组培育苗研究已从实验室走向工厂化大生产，分别在华南和华北地区建立了具有国际先进水平的，年产桉树组培苗250万株、杨树组培苗150万株的全自动控制育苗工厂，与此同时，一些地方性的林业生物技术产业也有很好的发展，生产的组培苗木被广泛应异于国家林业两大体系的建设和世界银行贷款造林项目的实施，尤其在南方商品林如桉树商品林基地建设中起了十分重要的作用。在林木组织培养技术的基础上，发展出的系列基因转移、DNA直接导入技术成为基因工程的核心技术，组织培养也成为生物技术的重要组成部分。

我国目前林术体细胞胚胎发生和植株再生技术研究，见报道的有中国科学院遗传所、中国科学院上海植物生理研究所和中国科学院植物所等单位，涉及的树种有云杉属火炬松、马尾松、黑穗醋栗、桉树、桃树等树种等，南京林业大学等单位正在进行枫香、鹅掌楸、杉木和马尾松等树种体细胞胚胎发生和植株再生技术研究。人工种子的研究进展相对缓慢一些。研究进展受到两个方面的影响，一是体细胞胚胎形成后可以直接诱导再生成苗，而不一定要走人工种子的技术路线；二是制备人工种子的包裹材料及附加成分组成人工胚乳和人工种衣的技术尚未成熟，人工种子的转株率低。国内木本植物目前仅见贡柑和赤桉的报道，转株率分别达到30％～70％和80％～90％。据加拿大有关学者认为，在人工种衣技术成熟以前，可以采用体细胞胚胎培养与直接诱导成苗技术相结合的技术路线，应用于林业生产实践，体胚的转株率较高，成本较合理。1个10-15 cm直径的培养皿内可诱导出上千个胚和近千株苗木，完全可以满足1hm2造林用苗，可见成熟的体细胞胚胎发生和诱导成苗技术的种苗繁殖效率是相当高的。

南京林业大学与中国科学院上海植物生理研究所合作，先后获得了杨树、桑树、泡桐和悬铃木等用材树种的原生质体；最近，南京林业大学报道成功地进行了美洲黑杨与小叶杨原生质体分离、培养，美洲黑杨与胡杨、美洲黑杨与青杨的原生质体融合和细胞杂交研究，为林木远缘杂交和新品种培育展示了广阔的前景。

林木原生质体培养、细胞杂交和体细胞突变体的筛选与利用:中国林科院和南京林业大学进行了耐盐体细胞突变体筛选的研究，获得了一批体细胞变异体。我国的科学家在“七五”、“八五”和“九五”攻关期间，成功地进行了杨树、松树和桉树等树种的遗传转化，系统掌握了各种遗传转化技术体系，为开展转基因工程的实际应用奠定了基础。

2.分子及生物技术在林木育种中的应用

林木的特点是生长发育周期长，遗传杂合性高，个体占据空间大，性状在幼年和成年期变化大等等，这些特性影响林木育种的进展。通过生长早一晚期相关的研究，生理生化指标的分析，采取相应措施，虽取得了不小进展，但林木的特点仍然是限制发展的因素。同时，

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自然界现有树木的特性，也不能完全令人满意，人们期望创造出单个性状更好，或综合具有多种优良性状的品种。人们的需求是科技进步的动力，而上世纪80年代生物技术的兴起，正为解决这些问题提供了条件。可见，生物技术在林木遗传育种中的究不是偶然的。生物技术在林木遗传育种中的研究主要遗传标记、基因工程、细胞工程、单倍体育种、多倍体育种、诱变育种等。

2．1 林木遗传标记

在遗传学研究中，凡遗传稳定性好、易于识别的各种遗传多态性，包括形态特征、细胞学、同功酶和分子标记等，都可以称为遗传标记。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问基因组特异性的DNA片段，也称为DNA的指纹(带型)图谱。

分子标记按照其采用的基本方法的不同，大致可分为三类[6]：(1)以Southern杂交技术为基础的分子标记，如限制性酶切片段长度多态性(RFLP)，DNA指纹(DAF)；(2)以PCR为基础的DNA扩增方法，主要有随机扩增多态性DNA(RAPD)，序列标记位点(STS)，任意引物PCR(AP--PCR)，序列特异性扩增(CAR)，小卫星DNA，简单序列重复长度多态性(SSR)，简单重复序列间扩增(ISSR)等；(3)是PCR与酶切相结合的方法，主要指扩增片段长度多态性(AFLP)，割裂扩增多态性(CAPS)等标记。

2.1.1 限制性酶切片段长度多态性标记

RFLP标记是由于不同个体的等位基因之间碱基的替换、重排、缺失等变化导致限制内切酶识别和酶切发生改变从而造成基因型间限制性片段长度的差异。该技术由美国学者Bostein 等于1980年提出，开创了直接应用DNA多态性遗传标记的先河，其基本原理是利用特定的限制性内切酶识别并切割不同生物个体的基因组DNA，得到大小不等的DNA片段，所产生的DNA数目和各个片段的长度反映了DNA分子上不同酶切位点的分布情况[7],凝胶电泳后，将这些大小不同的DNA片段转移到硝酸纤维膜或尼龙膜上，然后与克隆DNA探针进行Southern 杂交，通过放射自显影或其它显色技术显示杂交结果[8]，即获得反映个体特异性的RFLP图谱。RFLP最根本的依据是一个生物体基因组结构的独特特征即能被某些限制性内切酶识别的特殊碱基序列特有的分布方式[9]。RFLP是一种共显性标记，可区分纯合基因型和杂合基因型，能提供单个位点上较完整的遗传信息；此外，RFLP标记可提供大量位点，通常检测到的基因座位数为1-4个[10],且不受环境条件、显隐性关系、组织特异性的影响，为建立高密度遗传图谱、研究遗传多样性等提供稳定的标记。但RFLP标记需要大量的DNA，检测步骤较多，技术复杂，有效探针有限而且成本较高，尤其需要使用放射性同位素，影响了该技术的广泛应用。

2.1.2简单序列重复长度多态性标记

SSR又称微卫星DNA(Microsatellite DNA)是以PCR为基础的分子标记。1982年Hamada

等人在人心肌动蛋白的内含子中发现一个25次重复的dT-dG序列，研究表明，类似的简单重

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复序列在真核生物中普遍存在，大约每隔10—15kb就存在1个微卫星[11]。SSR标记的基本原理是每个SSR的重复序列和重复单位数在不同基因型间差异很大，因而形成了每个座位上的多态性。SSR标记的优点在于：大多数SSR标记无功能作用，增加或减少几个重复序列的数量不影响生物的正常发育，在品种间具广泛位点变异[12]，在基因组中分布较均匀，比RFLP 和RAPD标记所检测的多态性频率高；SSR为共显性标记，重复性好，对DNA质量要求不高，仅需微量即使是降解的DNA也能进行有效的分析。但是SSR标记与RFLP技术类似，操作复杂，筛选重复序列和引物设计过程需要投入大量的精力和时间，因而限制了该技术的应用。

2.1.3 扩增片段长度多态性标记

AFLP是由Zabean和Ros于1992年发明的一项利用PCR技术检测DNA多态性的技术[13]。，已获欧洲专利局的发明专利[14]。其基本原理是将DNA用限制性内切酶酶切，然后连上一个接头(Adaptor)，根据接头的核苷酸和酶切位点序列设计引物，即引物=接头+酶切位点+2-3个随机核苷酸，利用两个选择性引物进行特异性PCR扩增，扩增结果通过变性凝胶电泳显示[15]。为了使酶切浓度分布均匀，该实验采用两个限制性内切酶，一个酶切的位点多，另一个酶切的位点少。AFLP标记独特之处在于专用引物可以在不知道DNA序列的前提下就可对许多酶切片段进行PCR扩增，从而检测DNA的多态性。AFLP分析是将RFLP的高稳定性和RAPD 的高效性和灵敏性巧妙结合，它避免了RAPD标记重复性差、假带比例较高，同时，免去了RFLP标记的探针制备、Southern杂交等繁难的实验过程，又通过选用具有特异识别位点的限制性内切酶以达到选择的目的，是多态性最丰富的一项技术。但是AFLP标记不足之处在于：得到的主要是显性(约占多态位点数的85％—96％)而非共显性标记[16]；此外，扩增产物需要同位素检测，实验所用试剂盒为专利产品，成本较高；操作过程繁琐，实验周期较长，这都限制了该技术的使用。

2.1.4 随机引物扩增DNA多态性标记

RAPD是以PCR为基础的分子标记技术，以基因组DNA为模板，以随机排列碱基顺序的寡核苷酸序列(通常为10个碱基对)为引物，通过PCR扩增反应，扩增产物通过琼脂糖凝胶电泳，经EB染色，于紫外灯下摄影来检测DNA序列的多态性。RAPD技术由Wil—liams[17]和Welson[18]纠两个研究小组于1990年分别独自建立，其基本原理是模板DNA在94。C变性解链后，模板DNA与引物在约37℃退火温度下互补形成双链结构，如果基因组DNA两个位点间的距离在可扩增范围(约200--4000bp)内，与引物的3端相对且分别位于两条互补的单链上，通过延伸和循环就可得到一个扩增产物即基因组的一个位点。由于RAPD所用的引物序列各不相同，但对于任一特定的引物，它与基因组DNA序列结合有其特定的位点且分布在基因组一定的区域中，如果在这些区域发生了DNA片段的插入、缺失或碱基突变，就会导致这些结合位点发生增加、减少或分子量的变化，这些DNA片段的多态性反映了基因组相应区域DNA的多态性。

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2．2 林木基因工程

基因工程，是将目的基因通过根瘤农杆菌或其他方法转移到受体植物，重组受体DNA，创造符合人们需求的繁殖材料的技术。基因工程技术包括：目的基因分离和鉴定、植物表达载体的构建、植物细胞的遗传转化、转化细胞的筛选及转基因植物的鉴定，繁殖以及外源基因表达的检测等。烟草是人类通过根瘤农杆菌将外源基因转入细胞，最早创造的转基因植株。随后在马铃薯、番茄、油菜和苜蓿中转化成功。在林木中Fillatti于1987年第一个将抗除草剂基因导人银白杨×大齿杨无性系NC5339中，转基因植株具有抗除草剂效应。现已在火炬松、花旗松、白云杉、杨树等10科22属35树种中开展了遗传转化研究，获得了杨树、松树、柳树、核桃、苹果等转基因植株。我国在上世纪末成功地进行了杨、松、桉等的遗传转化，掌握了遗传转化技术，并成功地将Bt基因导人欧洲黑杨、欧美杨和美洲黑杨，获得对舞毒蛾有毒杀作用的杨树转化再生植株[19,20,21]。

迄今外源基因导入方法主要有：根瘤农杆菌、电击法、聚乙二醇及显微注射等。导人的主要功能基因包括：控制病虫害、提高抗逆性、抗除草剂、提高生根能力、促花或抑制开花、改善材性等。木材是林业最终产品，制浆造纸是木材的主要用途。为减少木质素在制浆过程中产生的污染并提高产量，近年国内外都重视研究木质素的生物合成途径，减少木质素或改变其性质[20-22]。

基因工程研究虽有发展，但尚存在不少问题，诸如：(1)目前能导入林木的抗病虫及抗逆性基因为数不多，且多数来源于微生物或草本植物，属控制单一性状的简单基因，而林木需要改良的性状，如抗寒、抗旱及耐盐碱等性状往往受多基因控制的数量性状，将单个基因导人林木远不能满足抗逆性的要求，因此，需要开发新的基因，构建有效的目的基因。(2)目前常用于树木的天然载体根瘤农杆菌Ti质粒，转化率低，即便是已获得了转化细胞，在分化再生成植株的过程中也还存在困难，需要寻找更有效的基因载体，完善转化技术。(3)林木基因组重复序列多，不易提纯等，使林木转基因植株的检测比较困难。(4)树木从栽植到利用，需要十多年到几十年，树体大，基因表达的时间跨度大和空间广。从农作物转化中了解，外源基因表达受诸多因素影响，机理十分复杂。有些外源基因和启动子能被转化植株细胞识别，但却不能表达，有时被关闭。有些启动子的特性在原来机体中表现明显且稳定，但在转化植株中却并不需要如在原机体中同样表达[20]。同时，很多外源基因，如除草基因，抗病虫基因，引入林木后并不需要终生表达，而只希望在特定的时间段，或特定的组织中表达，如果长期表达会对环境造成威胁。如何控制启动子的表达与关闭，对生活周期长的树种来说十分重要。外源基因在时空跨度上高效、稳定表达和控制表达，是需要研究的重要课题。此外，安全使用转基因植物问题，普遍受到公众关注，也迫切需要解决，但短期内又不易解决。

2.3 林木细胞工程

自1902年德国植物学家提出植物细胞全能性的概念以来，植物组织培养为林木提供了一系列新技术，如试管苗快速繁殖、原生质体培养、体细胞杂交、单倍体技术、体细胞变异和突变体的选择与利用、通过花药培养、胚和子房培养及远缘杂交等，为林木改良、培育新品种和规模繁殖开辟了广阔的前景。根据细胞工程的发展潜力分析，尤其要加大3个领域的重

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点研究:一是体细胞胚胎发生和植株再生。林木的每一个细胞都有诱导成胚的可能性，具有繁殖速度快、不受地区、季节、气候等自然条件的限制，不必等待漫长的有性时代，一旦获得优良材料就可以比常规繁殖快数十倍甚至上百倍的速度繁殖，因此具有十分诱人的潜力。二是原生质体培养和体细胞杂交。由于采用纤维素酶等物质能去除细胞壁，为进行林木原生质体分离、培养和细胞杂交，从中选择具有优良性状的变异体提供了可能。目前世界上仅有十几种树木报道进行原生质体培养再生植株获得成功[23]，关键技术有待突破。三是林木花药培养。利用花药培养诱导单倍体，通过人工加倍后获得纯合二倍体。应用花药培养技术能在较短时间内获得纯合的植株，花粉单倍体没有显性掩盖隐性问题，当代即可显现，可以缩短育种周期。

2.4．诱变膏种与倍性育种

诱变育种是指利用理化因素诱导植物遗传性发生变异。然后从变异后代中选择培育新品种的育种方法。诱变育种分为物理诱变和化学诱变两种。物理诱变是利用物理因素，例如各种射线、超卢波、激光等处理植物而诱发可遗传变异的方法。当前应用最广泛的是辐射育种。化学诱变是用化学药品处理植株，使之遗传性发生变异的方法。

倍性育种就是在研究染色体倍性变异规律的基础上，人工条件下诱发植物染色体数日发生变异，在此基础上选育植物新品种的技术方法。根据染色体数目，倍性育种主要分为多倍体育种和单倍体育种两部分。多倍体育种是指利用人工的方法诱发植物形成多倍体，从中选育新品种的方法。例如在自然条件下，在某些树上出现的多倍性的芽变现象。此外，通过配子未减数的途径，也可产生各种多倍体。但是这种天然染色体变异的概率很低，无法满足育种要求，所以多倍性育种过程中主要是依靠物理因素、化学试剂以及细胞融合和胚乳组织培养等人工方式诱导多倍体的产生．单倍体育种是指通过人工诱变的方法，使植物产生单倍体并使其加倍成为纯合二倍体，然后从中选育出新品种的方法。单倍体可以自发产生，也可以诱发产生，应用最广泛的是雄配子体的培养．相对于雌配子体，雄配子体具有取材数量大，离体培养过程中操作简便，容易诱导等优点。无论初代培养的对象是花药还是花粉都是利用花粉细胞中染色体数目减半的特性而产生单倍体植株。此外，通过培养未授粉的予房和胚珠也可以获得单倍体．其原理也是利用雌配子为单倍体细胞的性质形成单倍体植株[24]。

3.我国林木育种的基本原则及发展趋势

3.1林木育种的基本原则

3．1．1需求性原则

人们对林业的需求，大致可划为3种。一是生态安全需求。二是绿化美化香化环境及森林保健功能的需求；三是木材、油料、化工、药用等诸多的林产品的物质需求。目前实施的退耕还林更需要的是生态经济型树种。为适应绿化美化环境的需求，必须选育出更多季相分明的具有观赏价值的，甚至抗污染有益于人身健康的乔、灌等绿化观赏树种；为适应对林产

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品的需求，就要选育出更多更好的更能满足人们各种需求的目的树种、品种、家系、无性系。

3．1．2前瞻性原则

市场对种苗的需求是动态的，由于林木育种在常规育种条件下，少则7—8年，多则十几甚至几十年，这样，育种就必须依据社会的发展、林业和种苗发展的现状，有效地预测与林相关的各类需求的发展趋势。瞻前地选育出未来市场看好的树种、品种、家系、无性系。正像荷兰的郁金香一样，预测各品种的消费趋势和使用周期，不断地培育出新品种推向市场。

3．1．3．便捷性原则

林木育种周期长、连续性强、技术性强，涉及到树木分类、遗传、生理、生态、气象、土壤、计算机、甚至生物工程技术的多学科和领域，如何运用现有的和现代科技成果，科学而有效地简化育种程序，加速育种进程，缩短育种周期，这是林木育种遵循的一条重要原则。因此，要根据实际条件、技术力量及研究手段，科学地选择行之有效、便捷的育种方法，这是提高育种效率的最好途径。

3．2 林木育种的发展趋势

3．2．1 向多品种方向发展

林木树种结构的调整，立地条件的多样化性，人们对林业的多元需求，这些都决定了要选育出更多的良种。许多树种的性能和新的用途尚末被认识和利用，这为选择更多树种、品种提供了种质基础。

3．2．2 向兼用性方向发展

选育出多功能优质高效的树种品种，这是提高林业效益的必然要求，也是人们对林业多元需求的结果。如银杏既是很好的绿化树种，又是优良的用材树种，其叶、果均可人药；既可观花、、观果，又可观叶，季相变化分明且具保健功能的绿化观赏树种，既有较强的生态功能又有较好经济价值的生态经济型树种，这是育种发展的趋势之一。

3．2．3 向抗性育种方向发展

抗性是植物抵御不利环境因子和病虫害侵蚀的能力，由于植物生活在一定生态环境中，对环境条件产生了适应性，因此选育出来的树种、品种并不是在所有的生态条件下都能表现出优良性状。因为任何植物的表型特征都是受遗传基因和环境因子共同作用的结果。选育出既具有优良性状又有某种抗逆能力的品种、家系、无性系，这是当地气候土壤环境因子对育种的客观要求。

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3．2．4 向无性育种方向发展

育种可分为有性育种和无性育种两大类。育种主要是利用植物群落、个体的差异，选择培育出具有优良性状或人为选择目的特性的品种、家系、无性系等。在方式上有常规育种和生物工程技术育种。常规育种主要是选择性育种，包括引种驯化、无性系育种、杂交育种、抗性育种、诱变育种等等，都是以选择为前提的，且相互交叉渗透。生物工程技术育种主要指组培和转基因工程。有性育种的周期性长，子代变异大，操作复杂而繁琐。而无性育种的周期短，能保持母本的优良性状，繁殖速率高，可成几何级数增长，在经济林和绿化苗木的育种中被广泛应用。在建立种子园(杂交种子园除外)的过程中也常常使用无性繁殖技术。无性育种能较大地提高育种效率，是育种的发展方向。

3．2．5 向狭义定向育种方向发展

突出植物的某一特性为育种的目的，如工业原料林的造纸材是以单株或单位面积的纤维的含量和质量，高产脂的松材是以产脂的多少和质量为目的。随着人们对某一植物的特殊用途的发现，定向育种将越来越广泛，特别是药用植物，甚至对特定生态环境条件的育种尤为如此。

3.3 林术基因工程的发展趋势

随着林木分子生物学研究不断取得进展，林木基因工程的研究也会不断深人，丰要体现在以下几个方面。

3.3．1 转化技术的不断完善

树木的组培和再生系统的建立是制约林木基因工程的主要瓶颈。最近几年，针叶树种的组培技术特别是体细胞胚的诱导和培养引人注目。在广泛收集树种不同基因型和优化培养基的成分的基础上，组培系统成功的针叶树种不断增加，为遗传转化奠定了良好的基础。目前在落叶松、云杉、火炬松、辐射松、日本柏、柳杉、花旗松等都建立了较完善的转化再生系统。

基因转化方法也不断得到完善。由于农杆菌介导的DNA转化(DNA整合)效率很高，为了在不易受侵染的针叶树种上应用，采取了多种转化方法的组合。包括利用乙酰丁香酮处理农杆菌、超声波辅助等手段，增加转化效率。对于建立了体细胞胚系统的针叶树，采用微弹轰击法(基因枪)直接导人DNA，筛选出的转化细胞可以再生为完整植株，减少了嵌合体的数量。微弹轰击后再结合农杆菌转化，也提高了转化效率。多基因转化和高效表达技术的应用。1997年报道了多个基因拼接后一起转化植物，实现了多个基因共同表达，这为多基因控制性状的引入提供了可能。在载体构建方面，为了实现基因的高效表达，采用改变基因5′和3′控制区序列、增加核骨架结合序列(MARs)及同源序列定向重组等手段，都有成功的报道。

现代分子生物技术在林木育种中的应用及发展趋势

3．3.2来自树木本身的基因会越来越多

随着树木分子生物学的发展，将会改变目前用于林木基因工程的外源基因几乎无一例外的从作物的分子生物学研究和基因工程应用中“借来”的现状。林木的主要产品是木材，这就决定了必须分离树木特有基因，才能利用基因工程手段培育出不同特性的树种。最近几年树木木材形成的分子生物学成为研究重点，除了木质素合成有关酶基因的大量分离外，已经着手分离与形成层活动和木质部分化特异表达的基因，包括一些调节基因，一旦这些基因的功能得到阐明，可以按最终用途的需要，利用这些基因定向调节木材的性质，达到培育优良木材，提高木材利用率的目的。

3.3.3 林木基因组学研究初见端倪

早在世界瞩目的人类基因组计划刚刚完成人类基因草图之前，模式植物拟南芥基因组全序测定已经完成，标志着植物后基因组学研究时代的到来[25]。在此基础上，水稻、玉米、大麦、番茄、猪等一批重要动、植物基因组的DNA分子全序测定也已经启动，可能在10年内完成。在这些动、植物基因组序列测定的基础上，揭示基因功能的功能基因组学研究将全面展开。为了揭示生物体庞大的DNA序列的遗传功能，近年来新技术、新手段不断涌现，如能同时快速检测成千上万个基因的基因表达连续分析法(sAGF)、微阵列分析法(Microarray analysis)等。研究获得的DNA和蛋白质序列信息急速增加，引起所渭的，信息爆炸，，由此出现了新的学科——生物信息学。在整体了解了基因功能，特别是基因之间的相互作用基础上，可以对许多复杂性状进行目的性更强的遗传操作，获得该性状的最佳表达。截至2000年，杨树的EsTs(表达序列标签)已接近1万个，为系统研究树木的基因功能奠定了基础。据悉，美国已经启动了杨树的基因组计划，将系统揭示树木基因组的功能。这不但进一步推动了林本分子生物学研究的深入开展，而且在深人认识林木性状形成的分子基础上，能够帮助更有目的地进行基因操作，培育出符合经济和生态环境建设需要的林木新品种。

参考文献

[1]李政田，纪鹰翔，张凤翔.林木育种现状和展望[J],内蒙古林业调查设计.2009,32(5):120-122

[2]陈幸良.现代林木生物技术育种的战略性研究与成果转化新机制[M].世界林业研究. 2003,16(4):46-48

[3]曾燕如,方伟. 林木生物技术研究与应用进展[J]. 浙江林学院学报.2003,20(2):209-214

[4]王敏杰,卢孟柱.林木基因工程育种现状与发展趋势[J].世界林业研究.2002,15(3):8-13

[5]施季森.迎接21世纪现代林木生物技术育种的挑战[J].中国科协2001年学术年会分会场特邀报

告.464-471．

[6]张德水，陈受益。DNA分子标记：基因组作图及其在植物遗传育种上的应用[J]．生物技术通报，1998，(5)

[7]王志林，吴新荣等．分子标记技术及其进展[J]．生物技术，2002，12(3)．

[8]Lander E S，Botsten D．Mappling mendelian factors underlying quantitative traits usingRFLP linkage

maps[J]．Genet如s，1989，121：185—199．

高级林木遗传育种学课程论文

[9]邢晶晶．分子遗传标记及其技术在水产生物中的研究与应用[J]．水产学杂志．2002，15(1)：61—70．

[10]赵淑清等．生物技术通报[J]．1998，18(4)：14—16．

[11]Tautz D．Hypervariability of simple sequence as a general source for polymorphic DNAmarkers[J]．Nucleic

Acid Research，1989，17：6463—471．

[12]唐荣华等．SSR分子标记的开发技术研究进展[J]．西南农业学报，2002，15(4)：106—109．

[13]Zabean M，et a1．Abstract of molecular biology symposium．Amsterdam[J]．The Neth—erlands．1994，

1844．

[14]吴敏生，戴景瑞．AFLP-一种新的分子标记技术[J]．植物学通报，1998，15(4)：68—-74．

[15]辛业芸．分子标记技术在植物学研究中的应用[J]．湖南农业科学．2002，4：9—12．

[16]Mueller U G，Wolfenbarger L L．Trends Ec01．Ev01．，1999，143：89．

[17]Williams JG K，Dubelik A R，Livak K J，et a1．DNA polymorphisms amplified by arbi—trary primers are

useful as genetic markers[J]．Nucleic Acids Res．，1 990，1 8：663 1—6535。

[18]Welsh J，Mcclella M．Fingerprinting genomes using PCR with arbitrary primers[J]．Nucleic Acids Res．1990，

18：7213—1219．

[19]张志毅，林善枝，张德强．等．现代分子生物学技术在林木遗传改良中的应用[J]．北京林业大学学报，

2002，24(5／6)：250—261

[20]Walter C．，S D Carson，M 1．Menzies，et a1．Review：Application of biotechnology to foresty-molecular

biology of conifers world[J]．Joumal of Microbiology＆Biotechnology．1998，14：32l-330

[21]苏晓华,张冰玉，黄秦军，等我国林木基冈]二程研究进展及关键领域[J]．林业科学，2003，39(5)：111-118．

[22]王敏杰，卢孟柱．林木基因工程育种现状与发展趋势[J]．世界林业研究，2002，15(3)：7一13

[23]王明庥. 林木遗传育种学. 北京：中国林业出版社，2001

[24]侯炳柱，李同华，冯晓明，李雪峰.浅谈生物技术在林木育种中的应用[J].应用技术.2010:616

[25] The Arabidopsis Genome Initiative Analysis of the genome sequence of the flowering plant Arabidopsis

thaliana Nature．2000，408：796～815