生物技术在林木遗传育种中的应用
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作者:刘敏
摘 要 森林可以吸收二氧化碳、释放氧气，被誉为“地球之肺”。培育出品质优良的林木对于改善环境问题具有重要作用，生物技术作为一门新兴的科学技术，为培育基因优良的林木提供不可或缺的帮助。基于此，阐明应用于林木遗传育种的生物技术类型與具体应用方法，分析当下传统育种技术的不足，并提出相关应用生物技术的解决方案以供参考。
关键词 生物技术;林木;遗传育种;应用
中图分类号：S722 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.20.097
注重环保不仅为了解决污染严重所导致的环境问题，更是为了未来子孙后代的繁衍生息。植树造林功在当下，利在千秋。现如今，科技发展迅猛，林木生长甚至基因改良都可以依靠科技进行优化，利用生物技术培育出基因优良、品质过硬的参天大树[1]。生物技术在林木学科应用较为广泛，遗传育种是培育品质优良林木的关键与基础。林木成长周期较长，因此缩短基因优良树种的培养周期是亟待解决的问题，生物技术在解决这一方面问题上可以提供巨大的帮助[2-3]。
1 林木常规育种方法
培育出基因优良的树种关键在于遗传基因的变异，基因变异的树种为培育林木提供可选择的树种资源，此为林木常规育种的基本方法。常规的林木育种不依靠生物技术人为改良树种基因，而是通过自然手段进行干预树种基因的遗传，使其产生变化，再经过一系列的遗传基因评测挑选出最适合培育的优良树种。经过挑选的树种不代表可以立即投入使用，需要在推广之前进行种植试验，在种植周期内对于挑选出的种子的生长情况、发育状态以及能否保持生态环境平衡等数据信息进行收集评估，确定挑选出的种子符合标准，完成以上工作之后才可以投入市场进行推广繁殖。
林木常规育种方法的周期较为漫长，这是林木常规育种的一大劣势。从开始进行选种到投入市场推广使用，缓慢的育种进度无法满足市场与环境的需求。在这段时间里，自然环境的变化与市场日新月异的需求会导致育种工作与实际情况脱节，易造成培育工作的失败。同时，选取的优良树种需要为培育下一代树种奠定基础，在原本具有的优良基因基础上进行增益，使得林木树种愈来愈茁壮，品质更优良。传统育种工作周期较长，容易导致优良基因无法得到增益，需要循环往复地开展挑选父代优良树种的培育工作。
2 新型生物技术育种类型
运用自然手段的遗传基因变异容易产生资源浪费，在一批基因变异的种子中无法挑选出理想树种，导致培育工作周期延长、工作量增加，延误种子的正常推广使用。生物技术育种可以有效解决传统育种方法产生的问题，通过人工干预树种基因，保证经过实验改良的基因符合既定目标。生物技术对于林木科学的研究与发展具有积极作用，生物技术的不断改良可以培育出品质更为优良的种子，同时人工干预基因变化使研究人员更好地了解树种遗传基因构造，对有关科教事业的发展与专业人才的培养有所助益[4]。
2.1 倍性育种
倍性育种是生物技术育种方法中较为新颖的一种，主要分为单倍体育种与多倍体育种两种类型。倍性育种技术的理论基础是根据染色体倍性变异理论，营造特殊的诱发条件进行人工干预树种染色体数目，使其产生变化。基因变化的树种再进行培育选取合适的新型树种。根据人工干预染色体数目的变化令倍性育种分为单倍体育种与多倍体育种。
多倍体育种方法改变染色体数目的手段主要有两种：一种是人工干预诱发树种染色体成多倍式增加;另一种则是通过未减数配子的方法，但是树种染色体自然产生变异的概率较低，所以未减数配子的使用频率较小。人工干预诱发树种染色体变异主要通过使用相应的化学试剂浸泡诱发染色体数目增加，同时随着科学技术进步，现在科研条件可以实现树种细胞融合等新型技术干预树种基因变异。
单倍体育种方法与较常使用的多倍体人工干预诱发染色体增加的方法相似，不同之处在于将植物原本的染色体数目作为单倍染色体，通过人工干预诱发树种染色体变异，使其进行等量单倍体复制，复制的单倍体与原先存在的单倍体合二为一成为新的单倍体，染色体数目产生变化成为具有新型基因的树种。单倍体育种方法运用较为广泛的是通过雄配子体进行改造培育，该种方法具有操作简单、实验成功率高、便于实际操作等优点，是倍性育种中运用最为广泛的方法[5]。
2.2 诱变育种
诱变育种方法原理是通过外界因素影响树种进行遗传基因变异，再从变异的树种选取较为合适的进行培育，进而产生基因优良的新品种。较常使用的诱变方法有物理诱变与化学诱变。与传统林木育种方法不同，传统技术是依靠自然因素影响树种，其弊端在于树种在自然条件影响下产生变异的概率较小，可供选择的优良树种资源较少。诱变育种弥补传统生物育种技术的缺陷，通过物理诱变或是化学诱变等手段人为影响树种基因变异，变异成功率较高，并且可供选择具有优良基因的种子资源数量较多[6]。
物理诱变技术通过不同频率不同波段的射线或是激光进行诱变，树种经过该种方法的影响，其内部染色体产生变化，提供遗传基因变异的树种资源。
化学诱变技术通过化学试剂进行浸泡，根据树种生物结构利用化学试剂渗透进树种内壁，树种含有的物质与化学试剂发生化学反应，生成新物质，从而达到诱发树种基因变异的目的。
与物理诱变技术相比，化学诱变耗费时间较长，因此物理诱变的使用更为广泛。
2.3 基因工程育种
基因工程育种的主要原理是跨越品种界限，将其他品种的优良基因通过人工介导转移到目标树种中，与树种本身的遗传基因进行组合造就具有新型基因的树种。基因工程育种最大的优势在于得到人类需要的树种基因的概率将大幅增大， 跨物种的基因重组在遗传学理论上是符合科学规律的。外来DNA与原有生物细胞中的DNA进行重组，通过基因变化可以实现无性繁殖新物种，这不仅是基因工程技术的合理使用，更是生物技术的一大突破[7]。 2.4 细胞工程育种
细胞工程育种是一种新型生物技术，其理论基础建立在植物细胞全能性理论上。与基因工程育种不同的是实验载体，基因工程育种的实验载体是树种，而细胞工程育种的实验载体是树种的细胞。通过人为构造一个无菌环境，对人工培育的培养基进行处理，培养基由人类需要的基因组成。将原有树种的相关细胞组织移植到培养基中，使该培养基产生新物质，在人工的培育下逐渐成长为一株完整的植物。
细胞工程最大的优点在于大大缩短育种周期，完美解决传统育种技术育种周期长的缺点，满足市场与环境需求。由于细胞工程育种培育的树种细胞是在具有优良基因的培养基的基础上进行操做，培养基拥有人类需要的遗传基因，因此细胞工程造就的树种具有生命力强、繁殖率高等特点，并且能够不断自我繁殖出具有优良基因的树种，使得其后代林木的质量一如既往，满足环境治理与日常需求的要求[8]。
3 新型生物技术在遗传育种中的应用
新型生物技术对林木科学的发展贡献巨大力量，优质树种的培育对于保护地球环境尤为重要。面对日益严重的地球沙漠化、环境污染、全球气候变暖等环境问题，树木种植是最有效的解决办法。因此树种的培育是关乎地球未来的重要工作。新型生物技术弥补传统生物育种技术的缺点，缩短种子培育周期，同时通过不同的技术手段为地球输送基因更为优异的树种。
生物技术突破品种之间的障碍。生物技术应用于林木遗传育种的先进性在于人为构造优良基因。生物技术填补了两个不同品种的植物进行结合重组的技术空白，使得人类实现自己生产需要的基因，替代仅仅依靠树种自身产生变异的方法。生物技术的主要应用方式为基因工程育种与细胞工程育种，基因工程育种将优良基因通过相关技术转移到树种中，使树种原有基因与优良基因重新组合产生新品种。细胞工程技术载体更为微小，通过对实验室人工培养的培养基移植植物的相关组织。培养基是所需完美基因的承载者，因为移植了植物的细胞组织，使其在之后的发育成长过程中成为真正的植物。
生物技术解决育种时间的尴尬。育种是林木工作的基础，同时也是最重要的工作环节。育种工作的实施是为了选取品质优良、基因优异的树种进行种植，避免林木生长存在问题。传统育种方法最大的问题在于工作周期长，无法满足需求，育种的时间主要耗费在选种这一道工序上，且利用自然因素影响的种子，基因变异的概率太小，需要一批又一批的影响再进行挑选，循环往复的操作浪费大量工作时间。而新型生物技术在遗传育种上的运用，解决了只能被动等待树种基因改变的尴尬。运用相关生物技术，大大提高树种基因变异的概率，化被动为主动，使得后续工作及时开展，树种得到及时推广使用，传统育种技术时间局限性不复存在，因育种时间周期较长导致的自然环境恶化、市场需求变换以及后续的育种工作受到影响等问题也能迎刃而解。
4 结语
生物技术对林木遗传育种具有巨大的作用。相信未來在林木科学前进的道路上，生物技术将持续发挥自己的作用，为国家与地球培育出一片片茂密的森林。因生物技术的应用而培育出的优良树种将成长为抵御地球沙漠化的卫士，成为地球输送新鲜氧气的使者。
参考文献：
[1] 李新功.生物技术在林木遗传育种中的运用及前景展望[J].林业勘查设计，2018（3）：125-126.
[2] 李联队，季志平，何佳林.生物技术在林木遗传育种中的应用[J].陕西林业科技，2016（6）：98-102.
[3] 赵若忘.生物技术在林木遗传改良中的应用与进展[J].生物技术世界，2015（8）：39.
[4] 王强.浅谈生物技术在林木育种中的应用[J].内蒙古林业调查设计，2018，41（6）：39-41.
[5] 谭吉敏.生物技术在林木育种中的应用探究[J].现代园艺，2017（18）：50.
[6] 于晓平.浅谈林木常规育种与生物技术的应用[J].农民致富之友，2016（9）：254.
[7] 李坤霞.生物技术在林木遗传育种中的实际应用研究[J].生物技术世界，2013（5）：46.
[8] 矫全龙.林木遗传育种技术的相关研究[J].黑龙江科技信息，2013（32）：252.
（责任编辑：赵中正）
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