生物技術在林業生產中的應用及產生的問題探討

吳繼超

摘要：指出了生物技術是時代發展的標志，越來越多的生物技術被用到林木生產當中。簡要介紹了目前林業生產中主要的生物技術，并對其可能產生的問題進行了探討，以期為生物技術在林業生產中的應用提供理論依據。

關鍵詞：生物技術；林業，問題

中圖分類號：S7

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）23-0061-02

1 生物技術在林業生產中的應用

1.1 組織培養技術

植物組織培養技術指的是利用植物細胞的全能性，對植物的某一器官進行離體培養，獲得與本體細胞性狀一致的新的克隆個體的一種營養體擴繁技術。林木組織培養技術主要包括選擇外植體、增殖和生根三個方面。外植體的選擇應與分化途徑相結合，根據不同樹種的生理特點，來確定外植體的種類。常見的分化途徑有葉芽萌發途徑、間接器官發生途徑和體細胞胚胎發生途徑三種。葉芽萌發途徑適用于大多數的林木，通過此途徑得到的再生植株的變異系數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方式。葉芽萌發途徑的組培在外植體的選擇上，不同的外植體來源對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，萌發率要高于其他部位作為外植體的萌發率。間接器官發生途徑則適合大多數的闊葉樹。盡管此途徑需要經過脫分化和再分化的過程，但是不同類型的外植體，也會影響誘導的效果。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量要好于枝條產生的愈傷組織。體細胞發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，進行快繁時，還應考慮其基因型，以便獲得具有優良性狀的林木。

1.2 分子標記技術

分子標記技術是一種以個體間DNA中的堿基序列變異為基礎的遺傳標記，反應出的是DNA水平上個體間遺傳的多態性。分子標記技術不能對林木產生直接的效果，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、數量性狀的定位等方面提供有力的支持。目前的分子標記技術主要可以分為三大類。第一類是以RFLPs（限制性片段長度多態性）為代表的分子雜交技術。第二類是以RAPDs（隨機擴增多態性DNA）、SSRs（簡單重復序列）為代表的電泳和PCR技術。第三類是以ESTs（表達序列標記）為代表的DNA序列分子標記技術。林木育種中應用較多的是抗性基因的定位，由于受到環境及基因顯隱關系的影響，基因型往往不能得到真實的表達，通過分子標記技術，可對與目標基因連鎖的基因進行標記，從而確定目標基因的存在，有效的加速育種進程。相比于單一基因控制的性狀，數量性狀表現相對復雜，常規的遺傳分析手段很難準確的表明基因間的相互關系，而分子標記技術可以有效的對數量性狀進行標記，通過作圖，可供人們進行更加深入的研究，以避免常規育種過程中評價效率低的問題。除了輔助育種之外，通過分子標記技術，對林木之間的遺傳結構及多樣性進行研究，可以為林木資源的親緣關系鑒定、瀕危資源的保護等方面，提供有力支持。

1.3 基因工程

基因工程技術又稱作重組體DNA技術，顧名思義，它是將一個優良的基因片段通過特定的載體轉運到生物的活體細胞中，最終使其得到表達的一種生物技術。基因工程技術可以將任何的外源基因轉入到林木的體細胞內，這無疑對林木的改良提供了巨大的幫助。例如瑞典與美國合作研究的“工程山楊”，通過將擬南芥的葉狀基因轉入到歐洲山楊中，獲得的轉基因山楊可以提早十年成材。又如木質素對于樹木來說，是一種保護成分，但是在造紙行業中，剔除木質素需要消耗較多能源且污染環境，美國研究人員所研究出的轉基因楊樹，木質素比非轉基因的楊樹要減少45%，大幅度的降低了造紙業能源的浪費及對環境的污染。抗性育種一直以來是林木育種的一個主要方向，通過基因工程技術，將一些對抗鹽堿、抗干旱、抗寒冷等作物的基因分離并轉入到林木當中，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主要因素，通過將抗蟲基因轉入到目標樹種中，可以有效地減少病蟲害對林木生長過程中帶來的危害，從而提高林木經濟效益。

2 生物技術在林業生產中產生的問題

2.1 對除草劑的抗性

目前，我國已經利用生物技術的樹種包括了楊樹、落葉松、桉樹和樺樹等多個樹種，對于抗除草劑方面，楊樹的轉基因技術可謂是這些樹種中最為成熟的一個。由于林木后期生長高大，而雜草植株矮小，根系分布層也較淺，因此其對林木不會造成養分及光照等方面的競爭。林木對于除草劑方面的需求僅限于林木苗圃或者是造林初期，其風險程度遠遠小于其他的草本農業植物，所以雜草抗性的選擇壓力也相對的小得多。林木抗除草劑基因可能產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系較近的野生種當中，從而形成新的物種。當轉基因的林木與周圍的野生林木發生雜交時，帶有抗除草特性的基因片段有可能會被交換到野生林木中，而林業生產中很少能用到除草劑，因此，這就降低環境對于野生種的選擇性。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逐漸轉變為差異性小，結構相對單一的群體，降低了森林系統的穩定性。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，且因其多年生的特性，對于向外界漂移帶有抗除草劑的基因片段是很可能的。目前，世界野生動物基金會中的一份報告中已顯示，這些轉基因已經漂移到自然界中。

2.2 對害蟲的抗性

病蟲害的發生是森林損失的一個主要原因，因此，我國對于像抗蟲棉這樣的轉基因作物已經早早應用。在林業中，抗蟲轉基因也已得以應用。盡管抗蟲基因能夠減少害蟲對林木的危害，但是從長久看來，它也可能帶來一系列的生態問題。林木的生長期較長，在長時間的選擇壓力之下，害蟲的抗性可能會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，當他與某些害蟲或病原菌的基因重組時，會導致具有超級抗性的病蟲害發生。另外，多數轉基因林木沒有識別特性，在殺死害蟲和病原菌時，也會造成有益生物的死亡，導致生物多樣性的降低。

2.3 林木育性

對于高等植物而言，都有營養生長階段和生殖生長階段兩個階段。在營養生長階段，植株全部的養分都供植株營養體消耗，而進入到生殖生長階段，光合作用所產生的碳水化合物及能量有很大一部分被生殖器官所利用，從而減少了營養器官對于養分的吸收與利用。在林木生產過程中，使林木開花減少確實可以減少光合產物向生殖器官的運輸，不過，由于林木中光合產物分配的不定量性，使得開花減少林木的增長效果不是很明顯。相比于開花多少對林木生長量的影響而言，人們更關心林木之間的基因漂移問題。減少林木開花的數量，可以有效地減少林木之間基因片段的交換量，從而降低了轉基因林木基因漂移對周圍天然林可能帶來的危害，從而大大提高了人們對轉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為生的昆蟲，鳥類和哺乳動物會隨之受到嚴重的影響，隨之森林系統生物鏈的斷裂，處于食物鏈上游的動物也會消亡，最終大幅度的降低系統內的生物多樣性，影響著森林系統的穩定。

2.4 木材的化學性質

木質素廣泛存在于木本植物當中，通過形成交織的網狀結構來對細胞壁起到硬化的作用，對于植物來說，可以起到很好的抗風、抗病蟲、抗逆等作用。隨著社會的不斷發展，木質素對于林木的這些優勢在新興的生物燃料或者造紙行業上，卻成為了耗能和耗費化學試劑的源泉。因此，通過基因工程對樹木進行轉基因，改變木材的化學性質，也是我國林木基因工程上的一項主要手段，但是，在以往研究人員的研究中，減少木質素的含量，大多都導致了樹木的抗性減弱。為了解決此方面的問題，研究人員們經過不斷的嘗試，研究出一種新的基因工程技術，它可以有效地修改木質素，使其在不影響樹體強度的前提下，更容易被分解，從而降低了能源的消耗。這種木質素化學性質的改變是否對其他的環境脅迫存在著敏感性目前還不得而知。由于我國人工林的數量較為龐大，一旦經基因工程改造的林木對某種環境脅迫過于敏感，將會造成經濟林的大面積受損，對經濟效益及環境效益都存在著較大的風險。

3 結語

生物技術能夠有效地加速我國林業的發展，如果大面積投入使用，必將會從經濟、環境和社會方面帶來巨大的效益。本文所提的可能的風險只是潛在的，大多數的基因工程林木并沒有投入生產中，也沒有相關研究來證實可能產生的問題。只有正確的認識生物技術，對其做出客觀的評價，避免可能產生的問題，合理地利用生物技術，才能更好地促進我國林業的發展。

參考文獻：

[1]郭奕明.生物技術在林業中的應用及其影響[J].西北植物學報，2004，24（2）：337～344.

[2]劉 蓉.生物技術應用于林業生產中的問題分析[J].民營科技，2012（6）：116.