区域经济学论文：现代生物技术在林业可持续发展中的应用和成果分析
摘 要:林业建设在社会、经济和生态发展中具有重要的战略地位。文章提出科技创新是林业可持续发展的技术保证,介绍了现代生物技术在林业可持续发展中的应用和成果。
关键词:林业建设 可持续发展 生物技术
Abstract:Forestry construction plays an important role in the development of society, economy and ecology inChina. Innovation of science and technology was suggested to be a technological guarantee of the sustainableforestry development. The application and fruit of modern biotechnology in sustainable forestry development wassummarized.
Key words:forestry construction; sustainable development;biotechnology
林业是环境再生产的主导产业,肩负着优化环境和促进发展的双重使命。我国要从根本上解决现存的资源、环境、贫困、灾害等4大难题,就离不开林业的有效开发、管理和利用。坚持林业建设的可持续发展和科技革命,是实现林业跨越式发展的根本途径和希望所在。
1 我国林业的战略地位和林业可持续发展
1.1 林业的战略地位林业对中国这样的发展中国家的社会、经济和生态建设具有重要的战略意义,其主要作用表现在6个方面。
1.1.1 林业与农业 大范围的防护林体系及合理分布的森林生态系统能有效地降低气温、减弱风速、改善农业小气候。我国的“三北”防护林工程保护了850万hm2农田和120万hm2草地,使粮草增产率达15%~20%。林业还能生产粮油果品,减轻粮食压力。
1.1.2 林业与水资源 森林被誉为“绿色水库”,具有蓄水和减洪功能。森林不仅能保持水土,还能净化水质,对水中的各种污染物能进行直接过滤和净化。
1.1.3 林业综合开发与消除贫困 贫困山区的经济发展在于山,农民脱贫致富的希望在于林。近年来,不少山区大搞林业综合开发,结合林种、树种改良和结构优化,发展干鲜果品、木本粮油、花卉、药材、饲料、香料等经济林,成效十分显著。
1.1.4 林业与生物多样性 森林多样性是物种多样性的前提,森林为50%以上的野生动物提供栖息地。中国有3万多种高等植物(世界第3位),近500种兽类、1 189种鸟类、320多种爬行类、210多种两栖类(世界总数的10%多)。目前全国已建成799个种类自然保护区,488个森林生态系统与野生动物保护区。
1.1.5 林业与防治荒漠化 林业对治理荒漠化起着决定性作用。通过退耕还林还草,1993年全国以治沙为主的林地面积达1 000 hm2,10%的沙漠化土地得到治理,1 100万hm2潜在荒漠化的农田得到了保护,893 hm2严重沙化盐渍化的草原得到了改善。
1.1.6 林业与全球气候变化 森林是遏制全球化“温室效应”的重要因素。森林在光合作用中吸收CO2,放出O2,并把CO2储存起来,陆地生态系统碳贮量约达5 600亿t,其中90%自然存贮于森林之中,森林每天生长1m3,大致可吸收和固定CO2达350 kg。由此可见,林业建设已不仅是林业本身的问题,而已成为农业、水利、环境、社会和经济问题,最终将成为关系到人类生存与发展的根本问题[1~3]。我国林业建设虽然取得了巨大的成绩,但由于多种因素的影响,面临的问题还相当严重,比如森林资源贫乏,森林的环境服务功能差,生态环境整体恶化的趋势仍在继续;在林业资金投入、森林经营管理、森林立法执法等方面尚有待完善;同时,林业生产活动中科技含量不高,科技成果转化率不足,科技进步贡献率低是我国林业发展中存在的一个不可忽视的问题。
1.2 林业可持续发展与现代科学技术革命走可持续发展道路是解决中国林业发展中诸多问题的必然选择。林业可持续发展是一种对森林生态系统在确保林地生产力和可更新能力,以及森林生态系统的物种和生态多样性不受到损害前提下的林业实践活动。它通过综合地开发、培育和利用森林,发挥其多种功能,从而保护土壤、空气和水的质量,以及森林动植物(包括鱼类)的生存环境,既满足当前社会经济发展过程中对木质、非木质林产品和良好生态环境服务功能的需要,又不损害未来对其需求的满足[4]。
可持续林业反映了现代森林的多重价值观,作为一个以森林资源为基础的、复杂的社会经济系统,它的发展受到诸多因素的影响和制约,其中资金投入因素、政策导向因素、科学技术因素和林业结构因素起着重要的作用。随着现代科学技术的迅速发展,特别是信息技术、遥感技术、生物技术、辐照技术等高新技术在林业生产领域的广泛应用,林业可持续发展和经济增长方式的转变越来越依赖于生产要素组合和资源配置的优化,依赖于科技进步总体水平的提高[5]。实施“科教兴林”战略,建立科技创新体系是林业可持续发展的技术保证。林业科学技术的发展不仅可提高森林生产力,且可极大地提高林业综合开发能力和森林利用率,通过促进、加速单项技术的重大突破和对现有林业技术的组装配套,全面提高林业科技的总体水平,实现林业的跨越式发展。建立以生态学为基础的栽培技术体系,以林产品深加工为主的综合利用技术体系,以森林生态系统经营为核心的现代林业管理决策体系,是林业可持续发展最主要的技术支撑体系[6],其中生物技术在森林可持续发展中的主要作用和应用如下。
2 现代生物技术在林业可持续发展中的应用
现代生物技术是20世纪70年代初发展起来的新型科技领域,与林业资源培育和加工利用密切相关的生物技术主要包括基因工程、细胞工程、酶工程(包括微生物发酵工程)和生物技术制浆造纸等工程[7~9]。
2.1 基因工程林木转基因技术始于20世纪80年代末,它能打破种间杂交障碍,扩大杂交范围,加快物种变异速度,使目的基因在异源的植物细胞中表达,产生出人类所需要的性状或产物。外源基因从最初的农杆菌介导法已发展到多种DNA直接转化法,并在多个树种中获得成功。但近80%转基因植物是采用农杆菌介导的,因为它能准确地将外源基因插入受体的细胞核基因组中,特别是杨树作为林木基因工程的模式植物,在抗虫和抗病育种、木质素和激素调控以及分子理论等方面都取得了重要的研究成果[10]。
林木基因组图谱和群体多样性研究。林木的多数经济性状如材积、材重、生长量、光合率、开花期、生根率和纤维产量等属于数量性状,它由若干个微效基因的加性效应构成[11],如松树就有200亿个碱基对,三角叶杨的基因组含有5.5亿个碱基对。通过基因遗传图谱的构建和遗传性状的定位技术,获得基因线性排列图,就能将基因定位于某一特定染色体上,这种数量性状基因位点(QTL)的确定为林木育种检测提供了遗传标记,在理论上有助于了解植物基因组结构和进化历程,在应用上有助于提高林木早期选择效果和缩短选育周期[12]。多种分子生物学技术及分子标记技术已在杨树、柳树、桉树、栎树、云杉、落叶松、辐射松、花旗松等应用[13]。我国已在构建的有美洲黑杨及其杂种、马尾松、杉木、桉树和马褂木的遗传图谱,并确定了3个与性别分化、2个与抗杨树叶枯病有关的QTL基因位点。
基因工程在林木抗病、抗虫和抗逆等抗性育种中占据着重要的地位[7,14]。抗病基因工程 抗真菌性的病害方面,已克隆 出的基因有几丁质酶基因和角质酶基因,并构建了能在杨树细胞中表达的几丁质酶基因的表达系统。抗细菌性的病害基因工程主要采取对病原细菌有解毒作用的解毒活性基因和T4溶菌酶基因等方法。国内外正在试验的有抗杨树叶锈病、抗杨树叶枯病、抗日本山杨肿瘤病、抗栗疫病、抗桉树青枯病等转基因树木。抗虫基因工程 最广泛应用的抗虫基因是苏云金杆菌的毒蛋白Bt基因,它表达产生的毒素能引起鳞翅目昆虫的神经中毒和其他生理作用,致使害虫死亡。Mcoown B H等人利用电激法将基因导入银白杨与大齿杨、欧洲黑杨与毛果杨的杂种,获得抗虫转基因植株。蛋白酶抑制剂基因(CPTI)或与Bt基因一起作用,也具有较强的抗虫活性。中国已获得了转Aalt蝎神经毒基因的NL-80106杨树无性系,对舞毒蛾等有毒杀作用的转抗虫基因的黑杨、欧美杨杂种、毛白杨、美洲黑杨与小叶杨杂种NL-80106等[15]。
抗除草剂基因工程
其原理有3种:通过除草剂作用的靶酶的过量产生来解毒、改变除草剂作用靶物的敏感性和降解除草剂的基因。1987年美国首次从土壤致瘤农杆菌中分离出抗除草剂基因,并成功地导入银白杨与大齿杨的杂种无性系中,后来还将其转入美洲黑杨、落叶松。抗除草剂的转基因美洲黑杨已在密西西比河流域应用。抗逆性基因工程 国外已克隆出与抗盐耐盐、抗冻抗寒、抗旱、抗污染有关的各种酶的基因。国内已克隆和合成了脯氨酸合成酶基因(proA)、山菠菜碱脱氢酶(BADH)、磷酸甘露醇脱氢酶(mtlD)及磷酸山梨醇脱氢酶(gutD)等耐盐相关基因,并获得了耐盐杨树。木材品质改良基因工程 主要对与品质有关的控制木材纹理、木材力学性质、木材比重以及木质素合成的基因进行分离和克隆。有关木质素的生物合成途径已基本阐明,通过抑制其合成过程中的酶活性即可实现木质素单体合成的减少,美国已在杨树上克隆出8种酶的基因,其中4种基因能使获得的木材在制浆中减少化学品用量,提高纤维抽提率,其中表达反义4CL基因的转基因杨树木质素含量可降低至40%[16]。
2.2 细
