生物技術(shù)在林業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用及產(chǎn)生的問題探討

吳繼超

摘要：指出了生物技術(shù)是時(shí)代發(fā)展的標(biāo)志，越來越多的生物技術(shù)被用到林木生產(chǎn)當(dāng)中。簡(jiǎn)要介紹了目前林業(yè)生產(chǎn)中主要的生物技術(shù)，并對(duì)其可能產(chǎn)生的問題進(jìn)行了探討，以期為生物技術(shù)在林業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù)；林業(yè)，問題

中圖分類號(hào)：S7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2016）23-0061-02

1 生物技術(shù)在林業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

1.1 組織培養(yǎng)技術(shù)

植物組織培養(yǎng)技術(shù)指的是利用植物細(xì)胞的全能性，對(duì)植物的某一器官進(jìn)行離體培養(yǎng)，獲得與本體細(xì)胞性狀一致的新的克隆個(gè)體的一種營(yíng)養(yǎng)體擴(kuò)繁技術(shù)。林木組織培養(yǎng)技術(shù)主要包括選擇外植體、增殖和生根三個(gè)方面。外植體的選擇應(yīng)與分化途徑相結(jié)合，根據(jù)不同樹種的生理特點(diǎn)，來確定外植體的種類。常見的分化途徑有葉芽萌發(fā)途徑、間接器官發(fā)生途徑和體細(xì)胞胚胎發(fā)生途徑三種。葉芽萌發(fā)途徑適用于大多數(shù)的林木，通過此途徑得到的再生植株的變異系數(shù)要小于愈傷組織獲得的再生植株，而增值率卻低于愈傷組織誘導(dǎo)方式。葉芽萌發(fā)途徑的組培在外植體的選擇上，不同的外植體來源對(duì)于組培的效果影響很大。以卷莢相思為例，選擇其中上部的穗條作為外植體，萌發(fā)率要高于其他部位作為外植體的萌發(fā)率。間接器官發(fā)生途徑則適合大多數(shù)的闊葉樹。盡管此途徑需要經(jīng)過脫分化和再分化的過程，但是不同類型的外植體，也會(huì)影響誘導(dǎo)的效果。以林木的葉片與枝條為例，以葉片作為外植體的愈傷組織的質(zhì)量要好于枝條產(chǎn)生的愈傷組織。體細(xì)胞發(fā)生途徑最早是在針葉樹木中獲得的成功，此途徑的外植體最好是未成熟的胚，進(jìn)行快繁時(shí)，還應(yīng)考慮其基因型，以便獲得具有優(yōu)良性狀的林木。

1.2 分子標(biāo)記技術(shù)

分子標(biāo)記技術(shù)是一種以個(gè)體間DNA中的堿基序列變異為基礎(chǔ)的遺傳標(biāo)記，反應(yīng)出的是DNA水平上個(gè)體間遺傳的多態(tài)性。分子標(biāo)記技術(shù)不能對(duì)林木產(chǎn)生直接的效果，但是可以作為一種提供信息的工具，為林木遺傳圖譜的建立、輔助育種、數(shù)量性狀的定位等方面提供有力的支持。目前的分子標(biāo)記技術(shù)主要可以分為三大類。第一類是以RFLPs（限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性）為代表的分子雜交技術(shù)。第二類是以RAPDs（隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA）、SSRs（簡(jiǎn)單重復(fù)序列）為代表的電泳和PCR技術(shù)。第三類是以ESTs（表達(dá)序列標(biāo)記）為代表的DNA序列分子標(biāo)記技術(shù)。林木育種中應(yīng)用較多的是抗性基因的定位，由于受到環(huán)境及基因顯隱關(guān)系的影響，基因型往往不能得到真實(shí)的表達(dá)，通過分子標(biāo)記技術(shù)，可對(duì)與目標(biāo)基因連鎖的基因進(jìn)行標(biāo)記，從而確定目標(biāo)基因的存在，有效的加速育種進(jìn)程。相比于單一基因控制的性狀，數(shù)量性狀表現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜，常規(guī)的遺傳分析手段很難準(zhǔn)確的表明基因間的相互關(guān)系，而分子標(biāo)記技術(shù)可以有效的對(duì)數(shù)量性狀進(jìn)行標(biāo)記，通過作圖，可供人們進(jìn)行更加深入的研究，以避免常規(guī)育種過程中評(píng)價(jià)效率低的問題。除了輔助育種之外，通過分子標(biāo)記技術(shù)，對(duì)林木之間的遺傳結(jié)構(gòu)及多樣性進(jìn)行研究，可以為林木資源的親緣關(guān)系鑒定、瀕危資源的保護(hù)等方面，提供有力支持。

1.3 基因工程

基因工程技術(shù)又稱作重組體DNA技術(shù)，顧名思義，它是將一個(gè)優(yōu)良的基因片段通過特定的載體轉(zhuǎn)運(yùn)到生物的活體細(xì)胞中，最終使其得到表達(dá)的一種生物技術(shù)。基因工程技術(shù)可以將任何的外源基因轉(zhuǎn)入到林木的體細(xì)胞內(nèi)，這無疑對(duì)林木的改良提供了巨大的幫助。例如瑞典與美國(guó)合作研究的“工程山楊”，通過將擬南芥的葉狀基因轉(zhuǎn)入到歐洲山楊中，獲得的轉(zhuǎn)基因山楊可以提早十年成材。又如木質(zhì)素對(duì)于樹木來說，是一種保護(hù)成分，但是在造紙行業(yè)中，剔除木質(zhì)素需要消耗較多能源且污染環(huán)境，美國(guó)研究人員所研究出的轉(zhuǎn)基因楊樹，木質(zhì)素比非轉(zhuǎn)基因的楊樹要減少45%，大幅度的降低了造紙業(yè)能源的浪費(fèi)及對(duì)環(huán)境的污染?？剐杂N一直以來是林木育種的一個(gè)主要方向，通過基因工程技術(shù)，將一些對(duì)抗鹽堿、抗干旱、抗寒冷等作物的基因分離并轉(zhuǎn)入到林木當(dāng)中，通過促使特定抗性蛋白的合成，有效的解決了一些造林過程中林木不易成活的難題。近年來，病蟲害逐漸成為了危害森林的一個(gè)主要因素，通過將抗蟲基因轉(zhuǎn)入到目標(biāo)樹種中，可以有效地減少病蟲害對(duì)林木生長(zhǎng)過程中帶來的危害，從而提高林木經(jīng)濟(jì)效益。

2 生物技術(shù)在林業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的問題

2.1 對(duì)除草劑的抗性

目前，我國(guó)已經(jīng)利用生物技術(shù)的樹種包括了楊樹、落葉松、桉樹和樺樹等多個(gè)樹種，對(duì)于抗除草劑方面，楊樹的轉(zhuǎn)基因技術(shù)可謂是這些樹種中最為成熟的一個(gè)。由于林木后期生長(zhǎng)高大，而雜草植株矮小，根系分布層也較淺，因此其對(duì)林木不會(huì)造成養(yǎng)分及光照等方面的競(jìng)爭(zhēng)。林木對(duì)于除草劑方面的需求僅限于林木苗圃或者是造林初期，其風(fēng)險(xiǎn)程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他的草本農(nóng)業(yè)植物，所以雜草抗性的選擇壓力也相對(duì)的小得多。林木抗除草劑基因可能產(chǎn)生的危害就是以基因漂移的方式，將自身的抗性基因傳遞給與其親緣關(guān)系較近的野生種當(dāng)中，從而形成新的物種。當(dāng)轉(zhuǎn)基因的林木與周圍的野生林木發(fā)生雜交時(shí)，帶有抗除草特性的基因片段有可能會(huì)被交換到野生林木中，而林業(yè)生產(chǎn)中很少能用到除草劑，因此，這就降低環(huán)境對(duì)于野生種的選擇性。換句話說，這種基因漂移可能將原本具有生物多樣性的森林系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴町愋孕。Y(jié)構(gòu)相對(duì)單一的群體，降低了森林系統(tǒng)的穩(wěn)定性。盡管一些樹木可能3～5年才開一次花，但是由于其花粉傳播距離較遠(yuǎn)，且因其多年生的特性，對(duì)于向外界漂移帶有抗除草劑的基因片段是很可能的。目前，世界野生動(dòng)物基金會(huì)中的一份報(bào)告中已顯示，這些轉(zhuǎn)基因已經(jīng)漂移到自然界中。

2.2 對(duì)害蟲的抗性

病蟲害的發(fā)生是森林損失的一個(gè)主要原因，因此，我國(guó)對(duì)于像抗蟲棉這樣的轉(zhuǎn)基因作物已經(jīng)早早應(yīng)用。在林業(yè)中，抗蟲轉(zhuǎn)基因也已得以應(yīng)用。盡管抗蟲基因能夠減少害蟲對(duì)林木的危害，但是從長(zhǎng)久看來，它也可能帶來一系列的生態(tài)問題。林木的生長(zhǎng)期較長(zhǎng)，在長(zhǎng)時(shí)間的選擇壓力之下，害蟲的抗性可能會(huì)隨著世代的增加而得到積累，從而使得害蟲抗性大幅度提升。另外，和抗除草劑基因一樣，抗蟲基因也存在著漂移的可能，當(dāng)他與某些害蟲或病原菌的基因重組時(shí)，會(huì)導(dǎo)致具有超級(jí)抗性的病蟲害發(fā)生。另外，多數(shù)轉(zhuǎn)基因林木沒有識(shí)別特性，在殺死害蟲和病原菌時(shí)，也會(huì)造成有益生物的死亡，導(dǎo)致生物多樣性的降低。

2.3 林木育性

對(duì)于高等植物而言，都有營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段和生殖生長(zhǎng)階段兩個(gè)階段。在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，植株全部的養(yǎng)分都供植株?duì)I養(yǎng)體消耗，而進(jìn)入到生殖生長(zhǎng)階段，光合作用所產(chǎn)生的碳水化合物及能量有很大一部分被生殖器官所利用，從而減少了營(yíng)養(yǎng)器官對(duì)于養(yǎng)分的吸收與利用。在林木生產(chǎn)過程中，使林木開花減少確實(shí)可以減少光合產(chǎn)物向生殖器官的運(yùn)輸，不過，由于林木中光合產(chǎn)物分配的不定量性，使得開花減少林木的增長(zhǎng)效果不是很明顯。相比于開花多少對(duì)林木生長(zhǎng)量的影響而言，人們更關(guān)心林木之間的基因漂移問題。減少林木開花的數(shù)量，可以有效地減少林木之間基因片段的交換量，從而降低了轉(zhuǎn)基因林木基因漂移對(duì)周圍天然林可能帶來的危害，從而大大提高了人們對(duì)轉(zhuǎn)基因林木的接受能力。不過，開花減少也就意味著花粉量的減少，一些以花粉或者是果實(shí)為生的昆蟲，鳥類和哺乳動(dòng)物會(huì)隨之受到嚴(yán)重的影響，隨之森林系統(tǒng)生物鏈的斷裂，處于食物鏈上游的動(dòng)物也會(huì)消亡，最終大幅度的降低系統(tǒng)內(nèi)的生物多樣性，影響著森林系統(tǒng)的穩(wěn)定。

2.4 木材的化學(xué)性質(zhì)

木質(zhì)素廣泛存在于木本植物當(dāng)中，通過形成交織的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來對(duì)細(xì)胞壁起到硬化的作用，對(duì)于植物來說，可以起到很好的抗風(fēng)、抗病蟲、抗逆等作用。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，木質(zhì)素對(duì)于林木的這些優(yōu)勢(shì)在新興的生物燃料或者造紙行業(yè)上，卻成為了耗能和耗費(fèi)化學(xué)試劑的源泉。因此，通過基因工程對(duì)樹木進(jìn)行轉(zhuǎn)基因，改變木材的化學(xué)性質(zhì)，也是我國(guó)林木基因工程上的一項(xiàng)主要手段，但是，在以往研究人員的研究中，減少木質(zhì)素的含量，大多都導(dǎo)致了樹木的抗性減弱。為了解決此方面的問題，研究人員們經(jīng)過不斷的嘗試，研究出一種新的基因工程技術(shù)，它可以有效地修改木質(zhì)素，使其在不影響樹體強(qiáng)度的前提下，更容易被分解，從而降低了能源的消耗。這種木質(zhì)素化學(xué)性質(zhì)的改變是否對(duì)其他的環(huán)境脅迫存在著敏感性目前還不得而知。由于我國(guó)人工林的數(shù)量較為龐大，一旦經(jīng)基因工程改造的林木對(duì)某種環(huán)境脅迫過于敏感，將會(huì)造成經(jīng)濟(jì)林的大面積受損，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益都存在著較大的風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語

生物技術(shù)能夠有效地加速我國(guó)林業(yè)的發(fā)展，如果大面積投入使用，必將會(huì)從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)方面帶來巨大的效益。本文所提的可能的風(fēng)險(xiǎn)只是潛在的，大多數(shù)的基因工程林木并沒有投入生產(chǎn)中，也沒有相關(guān)研究來證實(shí)可能產(chǎn)生的問題。只有正確的認(rèn)識(shí)生物技術(shù)，對(duì)其做出客觀的評(píng)價(jià)，避免可能產(chǎn)生的問題，合理地利用生物技術(shù)，才能更好地促進(jìn)我國(guó)林業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭奕明.生物技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用及其影響[J].西北植物學(xué)報(bào)，2004，24（2）：337～344.

[2]劉 蓉.生物技術(shù)應(yīng)用于林業(yè)生產(chǎn)中的問題分析[J].民營(yíng)科技，2012（6）：116.