基因工程技术其在林木培育中的应用

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摘 要：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.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.概述了基因工程在国内外林木培育中的应用现状及发展趋势,综述了我国十多年来林木在抗虫、抗病、抗逆境、品质改良、育性等基因工程的研究与应用研究取得的一些进展及今后的发展方向.

关 键 词：基因工程生物技术林木培养林业

林业是国民经济的基础产业,在维护生态平衡、改善生态环境和实现可持续发展战略中有着不可忽视的重要意义.培育林木新品种是林业工作中的主要内容,是林业发展中不容忽视的重点.基因工程作为现代化技术发展中的一项新内容,其发展为林业工作进展开辟了一条经济、合理、高效的途径.基因工程是指把在体外插入病毒、质粒或其他载体分子的核酸分子（目的基因）导入受体细胞内进行无性繁殖,使重组基因在受体细胞内表达,产生出人类需要的基因产物.基因工程学诞生于上个世纪七十年代,在近半个世纪的发展中取得了辉煌的成就,并还在迅速的发展之中,成为当今生命科学研究领域和生物技术领域中最具生命力和最引人注目的前沿学科.植物基因工程在目前社会中已经被应用在各个生产领域中,由于其具有巨大的实用性和发展潜力而日益受到人们重视.

1.基因工程的概念和特点

基因工程是由传统生物技术结合现代化科学技术发展而形成的一种现代化生物技术分支学科.传统的生物技术的原始应用可以追索久远,但是现代的生物技术主要是指在近三四十年的实践中产生的微生物学、遗传学、生物化学等,这些学科在计算机技术、信息技术的指引下逐步形成了现代化高新技术,以基因工程为主的现代化高新生物技术最受人们关注.在林业工程中采用基因工程对林木新品种进行培育和爱良,是林业工业生产中减少环境污染,提高林业效率的主要手段,基因工程在林业技术加工和能源转换等方面都具有着重要的意义,同时也拥有广阔的发展前景.

2.转基因的方法

2.1以生物载体如农杆菌和反转录病毒等为介导的基因转移据统计,迄今获得的60多种植物的基因植株,80%以上为农杆菌介导的转化.

2.2以非生物载体如脂质体为载体的转移脂质体是由磷脂组成的膜状结构,将DNA分子包装在脂质体内可以避免外部DNA降解酶的降解作用,同时还有提高DNA局部浓度的效果.

3、植物转化细胞的筛选和转基因植物细胞的组织培养

植物细胞经过目的基因转移处理后,只有少数细胞被转化,需将转化细胞与未转化细胞区分开来,并淘汰未转化的细胞,然后利用植物细胞的全能性在适当的环境条件下使转化细胞发育为转基因植株.目前,转化细胞与未转化细胞的区分及未转化细胞的淘汰常采用抗生素抗性基因和抗除草剂基因,即筛选标记基因和筛选试剂.为了实现有效的转化,必须依据转化材料和转移方法选择合适的抗性基因和筛选试剂.目前目的基因载体转移的实施方法是叶盘法,是将植物的叶片或其他的一些组织切割成段、或切成0.8～2.0cm2的圆盘或方片,切割处即造成损伤口,将他们浸入土壤农杆菌培养液内几分钟,然后将组织表面多余的菌液吸去,把这些侵染过的组织放在合适的固体培养基的表面上培养,经过一段时间的培养后,在这些组织的伤口附近会出现许多愈伤组织.再经过诱导的方法,在愈伤组织中会分化出芽点,并长出有根有茎的植株,最后将它们移植到土壤中去,此即为转基因植株.这种方法已在多种双子叶植物中使用.

4.目的基因的表达和鉴定

大多数转基因植物的外源基因的表达都相当低,现在认为这是由于外源基因插入的位点效应引起的；另外,外源基因的表达会受到植物体自身的同源基因或先前转入的外源基因中的同源序列的影响而常表现为外源基因失活.目的基因在其转化后获得的转基因植物中能否有效表达,转基因植物能否表现出特定的遗传性状,并稳定地遗传给后代,可借助植株的表型、PCR方法鉴定和筛选转化植株,或取植物细胞或愈伤组织的提取物检测外源基因表达的生成物来鉴定.目前有一类用来显示外源基因导人与否的基因称为报告基因.

5、基因工程在林木培育上已取得的进展及今后的发展方向

5.1抗虫基因工程方面

虫害是林业生产的大敌,采用化学方法防治害虫,不仅增加营林成本,而且严重污染环境,不利于维护生态平衡；而采用生物方法进行防治,则受气象因子影响较大,效果不甚稳定.采用常规育种手段对林木抗虫性进行改良,不仅周期长,而且抗性资源少,限制了林木的抗性育种.运用基因工程技术培育抗性品种则成为最有效的生物防治之一,我国研究人员在此方面做出了不少成绩.

5.2耐盐碱基因工程方面

目前林木抗旱、耐盐碱基因工程研究报道不少,但是这些科研成果在研究的过程中主要是针对植物对于干旱地区和气候反应的研究,而没有针对植物内部存在的问题进行深入的研究,这种复杂多元化的反应系统受到基因工程控制方式和生理机理也并不明确,这就为日后研究工作的开展带来了难题.我国开始了这方面研究的尝试,在植物抗旱、耐盐等方面进行了较多的实验,但是其中的问题还较为明显,不曾得到根本的解决.这是因为植物的抗旱、耐盐机制十分复杂,涉及到一系列形态和代谢过程的变化,转移单个基因往往只能获得部分抗性,要获得可以在干旱地区、海滩种植及可用海水浇灌的林木,需要进行多基因的转化研究；采用先进的转基因技术,以增加外援基因的表达效率；尝试进行转录调控因子基因的转化.

5.3、国际方面

基因工程作为上个世纪人类科技事业最伟大的成就之一,不仅正在推动着世界经济和社会的发展,也对整个国际科技战略发展格局产生了深远的影响.因此许多国家把发展基因工程作为重要国策,以期在国际竞争中长期占据有利地位.

6.结束语

基因工程为林木育种开辟了一条诱人的新途径.在林木培育工作中林木生长周期慢,见效慢,而且在工作中可操作性能差,这就为基因工程的应用提供了条件.它可以大大地缩短育种周期；又可在基因水平上改造林木抗性遗传物质,更具科学性和精确性,提高了育种的目的性和可操作性.此外,还大大地扩大了育种范围,打破物种之间的生理障碍,实现基因的共同性.随着各种转化体系的建立和逐步完善,以及林木基因工程基础研究的深入,今后对林木进行有目的的、针对性的遗传改良会更加容易.所以,只要面对存在的问题,加大研究投入力度,并有效地与常规的林业技术措施相配合,必将会培育出更多更有价值的林木基因工程新品种.