专业论文发表网：林业中应用和正在发展的生物技术以及存在的问题研究

<p>专业论文发表网：林业中应用和正在发展的生物技术以及存在的问题研究</P> <p> </P> <p>摘 要:现代生物技术正在被越来越多地应用到林业研究和生产中,并将对林业的发展产生深远的影响。本文总结了目前在林业中应用和正在发展的生物技术,探讨了与使用这些技术有关的主要问题及争论,强调了科学地评价这些技术,以及在社会可接受的范围内进行决策的重要性。最后,本文简要指出了将来生物技术研究和应用的方向,并说明了政府应该在何种程度上帮助生物技术的发展及调节它的应用。</P> <p> </P> <p>关键词:生物技术 林业 体胚发生 分子标记 转基因</P> <p> </P> <p>Abstract:Modern biotechnologies are more and more applied in forestry research and practice, and willbring deep influence on the development of forestry. This article summarizes the biotechnologies currentlyused and being developed in forestry. It discussed the main issues and controversies related to their use,stressing the importance of evaluating these scientifically and within socially accepted decision-making pro-cesses. At last, it looks briefly at the direction that research and application of biotechnology may take inthe future, and at the degree to which government should assist the development of biotechnology and reg-ulate its use.</P> <p>Key words:biotechnology;forestry;somatic embryogenesis;molecular marker;gene transformation</P> <p> </P> <p>近年来,随着环境和可持续发展问题的日益突出,林业以其具有生态、社会和经济三大效益优势越来越受到人们的重视。目前世界上森林的多样性和面积都在迅速减少,而人们对木材的需求量却在迅猛增加,对环境保护和绿化的要求也越来越高,这就要求我们加快植树造林的步伐。在这种情况下,现代生物技术正在被越来越多地应用到林业的研究和生产中,并将对林业的发展产生深远的影响。本文对目前在林业中应用的生物技术及其进展情况、使用这些技术引起的问题和争论、以及将来林业生物技术研究和应用的方向作一综述,以资借鉴。</P> <p> </P> <p>1 林业中应用的生物技术联合国《生物多样性公约》将生物技术定义为:“任何利用生物系统、生命有机体或其衍生物,为了特殊的用途来制造或改造产品或过程的技术。”生物技术在过去的几十年里,得到了飞速的发展,并已经在农业、医学和制药等领域广泛应用。但用于繁育和改良林业树种只是近年的事情。目前用于林业的现代生物技术大体上分为三类:营养繁殖技术、分子标记技术和转基因技术。</P> <p>1.1 营养繁殖技术营养繁殖技术包括范围很广的一系列技术,它是指通过对植物组织样品(如茎段、叶、根、种子甚至细胞)进行离体培养,而得到与母体在遗传上完全相同的新个体——克隆的品种或株系。最简单形式的营养繁殖是人们熟悉的嫁接和茎段生根(扦插)技术。随着现代组织培养技术的发展,以体细胞胚胎发生为代表的一系列高新技术已经应用于林业中,开辟了一条既保持生物种质又高效快速繁殖良种后代的新途径,并具有以下的优点和特点:(1)繁殖周期短,可用于加速某些难繁殖或繁殖速度低的植物,某些需要加速繁殖的特殊基因型资源,如珍稀名贵树种,国内发掘的优良资源,国外引进的优良品种,果树中偶然发现的芽变品系,木本植物的优良单株,生物工程的转基因植物,以及一些需要保护的濒危植物等。(2)繁殖数量大。集约化培养使每平方米的培养面积,每年约可生产数以万计的株苗。增殖的速度1年中可达几万、几十万甚至上百万倍。(3)可以在一个可控制的范围内进行大量繁殖,不受季节和环境条件的限制和影响。(4)试管苗适于工厂化生产,扩大规模,降低成本。下面分类介绍一下在林业中应用的营养繁殖技术。</P> <p>1.1.1 体细胞胚胎发生和人工种子 体细胞胚,或称胚状体,是由孢子体或配子体的细胞通过无性繁殖产生的一种类似于合子胚的结构。从1958年Reinert[1]在胡萝卜的组织培养中最先发现体胚发生以来,在细胞、组织培养中获得体细胞胚的植物数目不断增加。据不完全统计,全世界约有1000多种高等植物作过离体培养的研究,其中绝大多数可通过体细胞胚胎发生途径形成再生植株[2]。而且,越来越多的研究表明,体细胞胚胎发生途径是植物体细胞在离体培养条件下的一个基本发育途径。也就是说,植物的体细胞具有潜在的,像有性过程产生合子胚一样的全能性,这种全能性可以在适宜的培养条件下被诱导表现出来[3]。体细胞胚胎发生是一种非常有效的大规模克隆繁殖方法[4~6],并且在许多有重要经济价值的树种中都取得了巨大的进展[7]。尤其在裸子植物体细胞胚胎发生的研究方面,进展很快,目前已从30多种松柏类植物诱导出体细胞胚[8],其中挪威云杉、黑云杉、鱼鳞松、北美云杉、红云杉、火炬松以及我国特有的云杉属树种青木千和白木千等10多种松柏类植物通过体胚发生获得了再生植株,有的已在温室或大田移栽成活[4,9,10]。人工种子是相对于天然种子而言的。是指经人工包裹单个体细胞胚而形成的具有与天然种子相同机能的一类种子[11]。首先应该具备一个发育良好的体细胞胚(即具有能够发育成完整植株能力的胚);为了使胚能够存在并发芽,需要有人工胚乳,内含胚状体健康发芽时所需的营养成分、防病虫物质、植物激素;还需要能起保护作用以保护水分不致丧失和防止外部物理冲击的人工种皮。通过人工的方法把以上三个部分组装起来,便创造出一种与天然种子相类似的结构——人工种子。目前,挪威云杉及火炬松的体细胞胚已经被用海藻酸钠包裹制成了人工种子,并且在4℃条件下保存2至4个月后,仍然保持活力[12]。另外,辐射松的成熟合子胚也被包裹制成了人工种子,在无菌的土壤中,这种人工种子的萌发率达100%[13]。用加有活性炭的海藻酸钠包裹的青扦体细胞胚,在无菌条件下的萌发率达70%以上。美国Weyerhaeuser公司通过改进人工种皮凝胶的含水量及氧化处理,使人工种子的萌发率显著提高[14]。但是对于大多数林木来说,人工种子的研究尚处于发展阶段,要将此技术真正地商业化,还需要进一步的研究。</P> <p>1.1.2 组培快繁和工厂化生产 组培快繁和工厂化生产是目前在林业中应用最为广泛、发展最为成熟的现代生物技术。它主要有器官发生和腋芽增殖两种形式。树木的器官发生植株再生包括直接的器官发生和间接的器官发生两条途径。间接器官发生是指先从外植体上诱导出愈伤组织,再从愈伤组织上诱导出不定芽或不定根原基的过程。间接器官发生植株再生的研究难度大,目前仅在欧洲落叶松(Larixeurolepsis)[13]、辐射松(Pinus radiata)[4]、和外高加索松(Pinus eldarica)[15]的愈伤组织上经间接器官发生获得了再生植株。直接器官发生是指不经过愈伤组织阶段,直接从原始外植体上诱导产生不定芽或不定根的过程。它是树木器官发生植株再生的主要途径。Sommer等于1975年在长叶松(Pinuspalustris)的离体培养中首次获得的针叶树体细胞再生植株来自直接的器官发生[16]。直接器官发生植株再生的培养程序包括:(1)芽分生区的诱导;(2)芽的发育和伸长;(3)根分生区的诱导;(4)再生植株的发育和移栽等。据初步统计,目前已在针叶树7个属的30多种植物上获得了器官发生的幼芽和再生植株。</P> <p>腋芽增殖植株再生与器官发生植株再生的培养程序基本相似,所不同的是幼芽的原始来源。腋芽增殖植株再生中的幼芽来自于外植体中现存的腋芽原基。腋芽增殖植株再生的优点是:(1)再生植株在遗传上比较稳定,自发变异频率低;(2)植株再生所需的时间短,植株粗壮,适应性强,移栽成活率高。目前,针叶树腋芽增殖植株再生的研究十分活跃,据初步统计,腋芽增殖植株再生的研究已在20多个针叶树种上获得了成功[8]。已经建立的林木腋芽增殖植株再生的基本培养步骤包括:(1)分生组织发育的启动;(2)幼芽的增殖和伸长;(3)不定根的诱导;(4)再生植株的移栽。世界各国对组培快繁方法的利用,使林木组织培养向生产实际即工厂化育苗迈步。美国南部林业研究