全 文 ：　　收稿日期 : 2001210211
基金项目 : 国家总理专项基金转基因植物研究与产业化专项课题“西部地区转基因林草新品种培育与示范”(J002B2
001)子课题“杨树抗旱基因工程育种研究”(J002B2001207)研究内容
作者简介 : 苏晓华 (1961 —) ,女 ,黑龙江克山人 ,研究员.
　　文章编号 : 100121498 (2003) 0120095209
转基因林木研究进展
苏晓华 , 张冰玉 , 黄烈健 , 黄秦军 , 张香华
(中国林业科学研究院林业研究所 , 北京　100091)
摘要 : 着重论述了林木抗虫、抗病、抗除草剂、生殖发育调控、抗逆境、材性改良等转基因林木的研究
进展 ,简述了转基因林木的应用现状 ,提出了林木基因工程现存的问题 ,并对该领域进行了展望。
关键词 : 林木 ; 转基因 ; 基因工程
中图分类号 : S72213 + 6 　　　　　文献标识码 :A
自从 Parson 等[1 ]证实杨树可以进行遗传转化和外源基因在林木细胞中表达以来 ,林木基
因工程研究已经取得很大进展。现已对杨树 ( Populus spp . ) 、火炬松 ( Pinus taeda Linn. ) 、桉树
( Eucalyptus spp . )等 20 多个树种进行了转化研究。许多树种已获得了转基因植株 ,其中杨树、
松树 ( Pinus spp . ) 、桉树、云杉 ( Picea spp . ) 等树种已经进入田间试验阶段 ,在抗虫、抗病、抗除
草剂、耐盐、耐旱、耐冻、耐高温等方面也进行了转化研究。
1 　林木转基因研究
1. 1 　抗虫基因工程
McNabb 等[2 ]已将马铃薯胰蛋白酶抑制剂基因 ( Pin II) 导入杂种杨 NC5339。利用电击法将
抗虫 Bt 基因导入银白杨 ×大齿杨 ( P. alba L. ×P. grandidentata Michx. ) 和欧洲黑杨 ×毛果
杨 ( P. nigra L. ×P. trichocarpa Torr) ,并获得了抗舞毒蛾 ( Lymantria dispar Linnaeus) 和天幕毛
虫 ( Malacosoma neustria Linnaeus) 的转基因植株[3 ] 。将 Bt 基因转入欧洲落叶松 ( Larix decidua
Mill . )并检测到该基因的表达[4 ] 。在核桃 ( Juglans regia L. )上也获得了转 CryIA 基因的抗虫植
株[5 ] 。
在国内 ,已将对鳞翅目 (Lepidopter)昆虫有毒性的 Bt 毒蛋白基因导入欧洲黑杨并获得转基
因植株[6 ] 。将 Bt 基因导入毛白杨 ( P. tomentosa Carr. ) 和美洲黑杨 ×小叶杨 ( P. deltoides
Marsh. ×P. simonii Carr. ) [7 ] 。用带有 35S2Ω2Bt2NOS 双元载体的农杆菌 LBA4404 转化欧洲黑
杨获得转基因植株 ,经抗虫生物测定证实 ,杨尺蠖 ( Apocheima cinerarins Erschoff) 和舞毒蛾的死
亡率可达 80 % 　100 % ,并有明显的抑制害虫生长和发育的作用 ,该转基因杨树已进入大田测
试阶段[8 ] 。用含有完全改造的 Bt 抗虫基因表达载体 PB48. 7 和部分改造 Bt 抗虫基因表达载
体 PB48. 7 转化白杨 741 ( P. alba L. ×( P. davidiana Dode + P. simonii Carr. ) ×P. tomentosa
Carr. )雄株 ,获得了转基因植株[9 ] 。转 Bt 基因的欧洲黑杨植株 ,经 2 　3 a 的抗虫测定和优良
林业科学研究　2003 ,16 (1) :95 　103
Forest Research
性状选择 ,目前已有 3 个无性系 (12、153、192) 在中国 6 个省种植进行评估[10 ] 。广谱抗虫基因
豇豆胰蛋白酶抑制剂 (CPTI) 基因也已导入毛白杨 ,获得转基因植株 ,现已进入大田测试[11 ] 。
特异毒杀鳞翅目昆虫的神经毒素 AalT 基因用农杆菌介导法导入南方杨树 N2106 中 ,获得 62
株再生植株 ,经 Southern 杂交检测到目的基因的整合 ,杀虫实验证实转基因杨树对 1 龄期舞毒
蛾生长有明显的抑制作用[12 ] 。
迄今为止 ,表达 Bt 基因的树种有杨树、核桃 ( J . spp . ) 、落叶松 ( L . spp . ) 、花旗松 ( Pseudot2
suga menziesii (Mirbel) Franco)和云杉等。此外 ,人们也开始将多个不同类型的基因导入林木的
研究。郑均宝等[13 ]用农杆菌 ( Agrobacterium)介导法 ,将部分改造的 CryAc 基因与慈姑蛋白酶抑
制剂 (API)基因构建的双抗虫基因表达载体转入白杨杂种 741 ,检测结果证明已得到转基因植
株。用农杆菌介导二次转化的方法 ,将蛋白酶抑制剂 ( PI) 基因导入含 Bt 基因的欧洲黑杨 ,杀
虫实验结果表明 ,含有双抗基因的植株的抗虫能力明显高于仅含 Bt 基因的植株[14 ] 。
1. 2 　抗病基因工程
在林木抗病毒基因工程方面 ,已将克隆的杨树花叶病毒 (PMV)外壳蛋白基因转化杨树 ,育
成抗病无性系 ;将杨李痘病毒 ( PPV) 外壳蛋白基因导入杏 ( Armeniaca vulgaris Lam. ) 中[15 ] 。在
林木抗菌基因工程方面 ,李玮等[16 ]已将抗菌肽基因导入杨树 ,使转基因杨树对蛀干害虫光肩
天牛 ( Anoplophora glabripennis Motsch. )的杀虫率达 70 %以上。利用次生代谢产物的抗病作用将
矮牵牛黄酮合成酶 CHSA 基因导入杨树 ,提高了杨树的抗病性。将兔 N P21 基因导入毛白杨 ,
转基因植株组织提取液对枯草芽孢杆菌 ( Bacillus subtilis ( Ehrenberg) Cohn) 等多种微生物的生
长均有不同程度的抑制作用[18 ] 。将过氧化物酶基因导入枫香 ( Liquidambar styraciflua L. ) ,获
得抗病的转基因植株。将 glu 和 chi 基因转入欧洲板栗 ( Castanea sative Mill . ) ,提高了对樟疫
霉 ( Phytophthora cinnamomi Sacc. )真菌病害的抗性[19 ] 。
1. 3 　抗除草剂基因工程
用基因工程手段创造的第一个转基因林木是 20 世纪 80 年代末获得的抗除草剂杨树[20 ] 。
在针叶树中 ,获得了抗草甘膦的转基因欧洲落叶松[4 ] ;抗膦丝菌素的抗性基因 ( bar 基因) 也已
被导入辐射松 ( P. radiata D. Don)和挪威云杉 ( P. abies Karst . ) 中 ,获得了抗实用剂量膦丝菌
素的无性系 ,目前已进入田间试验阶段 ,并且正在开展针对磺酰脲类和草甘膦类除草剂的转基
因实验[21 ] 。最近 , 又获得了抗膦丝菌素的黑挪威云杉 ( P. abies Karst . var. nigra Th.
Fries) [22 ] ;用基因枪法成功地将 bar 基因转入辐射松和挪威云杉 ,获得了抗实用除草剂 Buster
的转基因的针叶树[23 ] 。
已有抗膦丝菌素[24 ,25 ] 、草甘膦[26 ,27 ]和 chlorsulfuron[28 ]转基因杨树的报道。采用电激转化
法 ,将 N PT2II、als 突变基因和 Pat 基因转入杨树 ,再生植株经 Southern 杂交检测到抗磺酰脲类
除草剂的 als 基因已整合到亲本基因组中[29 ] 。最近 , Gullner[30 ]等人发现编码专一性抗除草剂
乙酰替氯苯胺 (chloroacetanilide)的谷氨酰丙氨酶 ( GST) 基因转入杨树杂交种内 ,得到的转基因
植株叶片富含γ2GST 和谷光甘肽 ( GSH) ,并提高杨树的除草剂抗性 ,研究者[31 ]也获得了高抗膦
丝菌素类除草剂 ———Basta 的转基因银白杨 ( P. alba L. ) 。Harcourt 等[32 ]用农杆菌介导法转化
赤桉 ( E. camaldolensia Dehnardt)获得了抗高剂量广谱除草剂Liberty 的转化系 ,其实验剂量 (6 L
·hm - 2)为田间实际用量的两倍。
69　 林 　业 　科 　学 　研 　究 第 16 卷
1. 4 　生殖发育调控基因工程
目前 ,用于林木不育基因工程的基因主要有 BARNASE(芽孢杆菌 RNA 酶) 基因和 DT2A 基
因 ,一般将其置于花特异性启动子 TA229 下进行表达。研究者[33 ]将 DT2A 基因转入银灰杨 ×
大齿杨 ( P. canescens (Ait . ) Smith ×P. grandidentata Michx. ) 中 ,获得转基因植株 ,经检测表现
为雄性不育 ;将 TA2292BARNASE 嵌和基因导入抗虫的转基因欧洲黑杨幼嫩叶片中 ,经 PCR、
Southern Blot、Dot Blot 分析证实了外源基因已经整合到再生植株的基因组中[34 ] 。
用基因工程手段培育提早开花的林木可大大加速遗传改良的进程。有报道认为 ,发根农
杆菌的 rolC致癌基因也可使转基因的植物花期提前 ,如用 35S2rolC 基因转化的颠茄 ( Atropa
L. ) ,其花期显著提前[35 ] 。虽然在林木中有转该基因的报道 ,但转基因林木并未表现出花期的
变化。组成性表达了拟南芥 LEAFY基因的转基因欧洲山杨 ×美洲山杨 ( P. tremula L. ×P.
tremuloides Michx. )的花期明显提前[36 ] 。另外 ,用染色体步行法已在挪威云杉中分离出了与拟
南芥 ( Arabidopsis spp . ) 的 LEAFY花序特异基因同源的 PAFLL 基因 ,同时对挪威云杉和蓝色花
旗松 ( P. menziesii var. glauca (Boiss. ) Franco)进行了基因枪转化法研究 ,所用基因包括拟南芥
的LEAFY、CAULIFLOWER、APETALA1、CONSTANS 基因 ,金鱼草 ( Antirrhinum majus L. ) 的 CEN2
TRORADIALIS 基因 ,辐射松的 PRFLL 基因以及发根农杆菌 ( Agrobacterium rhizogenes (Riker et al . )
Conn)的 rolC基因[37 ] 。
目前 ,已从林木中分离出了 MADS2box 基因家族的基因。例如 ,从由巨桉 ( E. grandis Hill
ex Maiden)的幼花建立的 cDNA 文库中鉴定出了 3 个 MADS2box 基因 ( egm123) [38 ] 。从美洲山杨
( P. tremuloides Michx. )中分离出了 2 个 MADS2box 基因 ———PtMAGL4 和 PtFAGL4 (私人通讯) 。
这为利用 MADS2box 基因工程调控林木的生殖发育打下了良好基础。然而 ,尚未见有将 MADS
- box 基因成功地转移到林木中的报道。
1. 5 　抗逆境基因工程
在利用基因工程创造耐重金属的林木中 ,转基因北美鹅掌楸 ( Liriodendron tulipifera L. ) 能
够将高毒性的汞离子转化为低毒的汞离子 ,表明在汞污染地区用转基因林木进行植物治理的
可能性[39 ] 。
林木上的抗旱耐盐基因工程的研究也取得了一定进展。在基因克隆方面 ,利用北美短叶
松 ( P. banksiana Lamb. )幼苗筛选出干旱诱导基因 J PD16 和 J PD18。从火炬松中克隆出干旱
诱导基因 lp3。培育抗旱耐盐的转基因林木的研究也正在进行 ,例如 ,利用 mtlD2gutD 基因转
化美洲山杨 ,筛选到 4. 5 g·kg - 1NaCl 转基因植株 ,获得了转 BspA 基因 (一种水分诱导蛋白基
因) 的欧洲山杨 ( P. tremula L. ) ,并对转基因欧洲山杨和非转化欧洲山杨在失水 20 %以及
81766 g·kg - 1NaCl 盐分胁迫下的渗透势和电解质渗漏进行了检测。结果表明 ,在干旱和盐胁
迫下 ,转基因植株的渗透势较对照明显降低 ,但落叶率稍高 ,总体上说转基因杨树在逆境胁迫
下营养运输和渗透势调节力仍进行良好 ,因而其生长较快。另外 ,通过转化菠菜碱脱氢酸
(BADH) 、磷酸山梨醇脱氢酶基因 ( gutD)获得耐盐杨树的研究目前也在进行之中。
在植物抗寒、冻基因工程方面 ,黄永芬等[40 ]对鱼类抗冻蛋白基因 ( afp) 做了深入研究 ,并
将其整合在 Ti 质粒上 ,用叶盘法转化郁金香 ( Tulipa gesneriana L. ) 、烟草 ( Nicotiana rustica L. )
和油菜 ( Bassica campestris L. ) ,使之获得了一定的抗冻能力。用真空透析法将 afp 基因导入马
铃薯 ( Soloanum tuberosum L. ) ,拟南芥和欧洲油菜 ( B . napus L. ) ,使植物自然结冰平均温度降
79第 1 期 苏晓华等 :转基因林木研究进展
低 1. 8 ℃[41 ] ;将鱼类 afp 基因导入烟草和番茄中 ,发现产生的融合蛋白具有抑制冰晶形成的作
用[42 ] 。将人工合成的比目鱼 afp 基因及 afp 与编码植物凝集素的 Pha 基因的融合基因分别导
入马铃薯 ,均能减少马铃薯在低温下电解质的渗漏 ,提高了马铃薯的抗冻能力[43 ] 。采用花粉
管导入法及子房注射法 ,将整合在 Ti 质粒上的 afp 基因导入番茄并获得表达[40 ] 。由此可见 ,
导入鱼类抗冻蛋白基因 ( afp)提高植物抗冻性具有巨大的潜力 ,通过基因工程手段可提高林木
的抗冻性。
研究表明 ,抗氧化物如超氧化物歧化酶 (SOD) 和谷胱甘肽 ( GSH) 具有清除超氧化自由基、
保护植物体的作用[44 ,45 ] 。因此 ,提高林木体内 SOD 活性及 GSH 含量是提高林木抗逆性的重
要途径之一。目前已鉴定出了 3 种类型的 SOD :Cu/ Zn2SOD、Fe2SOD 和 Mn2SOD。在许多植物
已获得了相应的 cDNA 的克隆 ,并在少数植物中获得了这 3 种类型 SOD 的基因组克隆[46 　49 ] 。
在杨树中 ,克隆了美洲山杨叶绿体中 Cu/ Zn2SOD 的 cDNA[50 ] ,获得了细胞质 Cu/ Zn2SOD 的 cD2
NA 克隆和基因组克隆。Bowler 等[51 ]首次将烟草Mn2SOD 的 cDNA 导入到苜蓿 ( Medicago f alcata
Linn. )中 ,发现转基因植物 SOD 活性增强。Gupta 等[52 ]将 Cu/ Zn2SOD 导入烟草 ,发现转基因烟
草抗氧化能力得到提高 ,与非转化植株相比转化植株在中度氧化胁迫下仍保持较高的光合活
性。Arisi 等 [53 ]把拟南芥的 Fe2SOD 基因导入杨树 ,发现转基因杨树叶绿体中 Fe2SOD 活性高于
对照 5 　8 倍 ,杨树的抗冻性也明显提高。Gallardo 等[54 ]将松树胞质谷胱苷肽合成酶基因用农
杆菌介导法导入杂种杨 ( P. tremula L. ×P. alba L. )株系 INRA71712B4 获得表达。
1. 6 　材性改良基因工程
卢善发等[55 ]已相继从多种植物中克隆出与木质素生物合成有关的基因 ,如苯丙氨酸裂解
酶 (PAL) 、咖啡酰辅酶 A 甲基转移酶 (CCoAOMT) 、肉桂酰辅酶还原酶 (CCR) 、香豆酸 CoA 连接
酶 (4CL)和肉桂酰乙醇脱氢酶 (CAD) 等基因。这些基因的克隆为通过基因工程方法降低木质
素含量 ,改变木质素组成创造了条件。
至今 ,已将 4CL、CAD 和豆科植物的阳离子过氧化物酶基因 ( Shpx6a) 反义导入美洲山
杨[56 ] 、欧洲山杨[57 ]和欧洲山杨 ×银白杨 ( P. tremula L. ×P. alba L. ) [58 ] 。4CL 表达被抑制的
转基因美洲山杨木质素含量也明显下降 ,木质素下降最高达 45 % ,同时纤维素含量增加 15 %。
Zeliha 等[58 ]将 Shpx6 a 转入欧洲山杨 ,使转基因植株木质素的含量降低 10 % 　20 %。Mackay
等[59 ]研究表明 ,抑制针叶林木 CAD 的表达 ,虽然不能使木质素含量明显降低 ,却能改变其组
成 ,使其非常适合于林木加工中的温和制浆的工艺条件。Jouanin[60 ]发现由于基因沉默使得再
生杨树苗中 35S 启动子作用的 COMT活性降低为零 ,木质素含量降低 17 % ,而 CAD 启动子作
用下的 COMT转基因杨树苗的纤维素含量增加 ,木质素缩合程度也提高 ,更加不利于纸浆加
工。
提高林木的生长速率 ,改良林木的木材性状是林木育种的重要目标。Mawnders 等[61 ]对胶
皮枫香树 (Liquidambar styraciflua L. )进行了转基因改良纤维。Tzfira 等[62 ]采用农杆菌介导法 ,
将 rol 基因导入欧洲山杨的嫩茎 ,研究了茎干生长、腋芽萌发和分枝习性。研究表明 :转 rol 基
因植株表现为顶端优势被打破 ,每个外植体产生多达 4 个腋芽 ,累积茎干长度较大和生长速率
较快 ,茎干生长指数增加。Hu 等[56 ] 通过对美洲山杨转 Pt4 CL1 基因的研究表明 :由于对
Pt4 CL1 基因进行反义抑制 ,生长 10 个月的转基因植株木质素减少 45 % ,纤维素增加 15 % ,
叶、根和茎生长加快 ,木质素和纤维素的沉积为一种补偿性调控模式。Gallardo[63 ]将针叶树的
89　 林 　业 　科 　学 　研 　究 第 16 卷
GS 基因导入杨树 ,由于 GS 在转基因植物体内过量表达 ,引起谷氨酰胺合成大量增加 ,植物的
可溶性总蛋白及叶绿素含量也相应增加。与对照植物相比 ,转基因幼苗的株高在 2 个月内增
加了 76. 0 % ,6 个月增加了 21. 3 %。Eriksson 等[64 ]通过转基因使欧洲山杨 ×美洲山杨中的 GA
过量表达 ,提高了生长速率和生物产量。
Franke 等[65 ]认为林木中过量表达 F5H 是对木质素生物合成进行修饰的有效代谢基因工
程策略。Jouanin 等[60 ]通过转 COMT基因 ,6 月龄的转基因欧洲山杨 ×银白杨的木质素含量下
降 17 % ,木质素的结构得到显著改变 ,几乎没有紫丁香基型木质素 ,纤维素含量提高 ,使木质
素更容易被工业降解。
Claudia 等[66 ]研究了 3 年生的转 rolC 基因欧洲山杨 ×美洲山杨的木材形成及结构特点。
该转基因植株具有明显的茎生长减少和芽的萌发提前等特点 ,芽的萌发和叶片形成后并不立
即开始形成木材 ,而对照却开始形成木材 ;转基因杨树和对照的木材结构没有明显的区别 ,转
基因植株的矮化可能是细胞数的减少所导致的。转 rolC 基因的杨树可以作为研究木材形成
机制的一种有用的模式。
我国已利用 PCR 快速分离了我国林木品种的相应基因 ,如从杨树 ( P. spp . ) 品种中分离了
PAL、COMT、CCR 的基因序列 ,从落叶松 ( L . spp . ) 中分离了 4CL 的编码基因等。另外 ,正在对
杨树进行与降低木质素有关基因的遗传转化研究。
2 　转基因林木应用情况
国外转基因林木除了抗病毒的番木瓜 ( Carica papaya L. ) 已商品化外[67 ] ,其它转基因林木
均处于小规模的田间试验阶段 (表 1) 。我国的转 Bt 基因抗虫欧洲黑杨经农业部生物基因工
程安全委员会批准后 ,已在北京、吉林、河南、山东、新疆、陕西、江苏 7 省 8 个基点大田释放 ,是
世界上释放面积最大的转基因林木。目前扩繁的转基因苗木可供造林 347 hm2。河北农业大
学的双抗转基因 ( Btryl Ac + A PI基因)毛白杨 741 已于 2001 年 9 月 4 日经林业生物基因工程安
全委员会批准在 14 个环境释放点进行环境释放。
表 1 　已进入田间试验的转基因林木[ 68]
树种 品系数 　　　　　　基因
杨树 51 uidA ; npt II; bar; gox ; cry IIA ; sterility ; lignin ; cellulose ; aphIV
胶皮枫香树 6 npt II ; herbcide 　resistance
松树 5 uidA ; npt II
桉树 3 uidA ; npt II ; lignin ; pat
云杉 3 Marker genes
3 　存在问题及展望
目前 ,多数林木的外植体再生频率低 ,严重影响了林木的遗传转化研究。另外 ,林木自身
存在的许多优良基因尚未得到有效的利用。今后 ,应加强林木中有益基因资源的鉴定和分离 ,
并对其功能进行深入的研究 ,为用基因工程手段改良林木奠定基础。
林木基因工程研究中对抗除草剂、抗病、抗食叶虫等方面的研究较多 ,但对抗非生物逆境
的研究相对薄弱。而随着生态环境的恶化 ,对林木的抗逆境能力的要求不断增加。用基因工
99第 1 期 苏晓华等 :转基因林木研究进展
程手段培育高抗型 (抗干旱、耐盐碱等)林木必将成为今后的研究热点。
由于林木生长周期长 ,其产生的有毒基因产物的累积会对周围的生物如土壤中的有益细
菌/ 真菌造成毒害 ,影响林木的生长发育甚至造成其死亡 ,因此 ,转基因林木的稳定性和生态安
全性问题就更加突出。为此 ,应加强对转基因特异表达的研究 ,同时要发掘林木内的基因资源
来进行转化。对由于病虫抗性的增加而丧失的转基因抗性 ,可采用各种方法加以克服 ,如构建
伤害诱导型启动子、在转基因林分中引入异质性、采取多基因转化等。另外 ,James 等[69 ]通过
对已获得的转 Cry ⅢA、Cry ⅢB 和 Cry ⅧB 基因的转基因杨树对鞘翅目 (Coleoptera) 害虫抗性的
研究表明 ,来自于美国 3 个州的该鞘翅目害虫对 Cry ⅢA 的敏感性不同 ,说明该鞘翅目害虫中
某些群体对 Bt 的抗性在其进化过程中就已经存在。因此 ,应该寻找新的抗性基因 ,创造新品
系。
总之 ,应用基因工程进行林木育种不仅可以缩短育种周期 ,又可在基因水平上改造林木抗
性遗传物质 ,提高了育种的目的性和可操作性。所以 ,只要加大研究投入 ,并有效地与常规的
林业技术措施相配合 ,必将培育出更多更有价值的林木基因工程新品种。
参考文献 :
[ 1 ] Parsons T J , Sinkar V P , Stettler R F , et al . Transformation of Poplar by Agrobacterium tumefaciens [J ] . Biotechnology , 1986 , 4 (6) :
533 　536
[2 ] McNabb H S. Genetic transformation and its application to future forests[J ] . Trends Biotechnol , 1987 , 5 (4) :155 　159
[3 ] McCown B H , McCabe D E , Russell D R , et al . Stable transformation of Pupulus and incorporation of pest resistance by electric dis2
charge particle acceleration[J ] . Plant Cell Reports , 1991 , 9 :590 　594
[4 ] Shin D I , Podila G K, Huang Y H , et al . Transgenic larch expressing genes for herbicide and insect resistance [J ] . Can J for Res ,
1994 ,24 :2059 　5067
[5 ] Dandekar A M , McGranahan G H , Vail P V , et al . High levels of expression of full2length cry IA (c) gene from Bacillus thuringiensis
in transgenic somatic walnut embryos[J ] . Plant Science Limerick , 1998 , 131 (2) :181 　193
[6 ] 伍宁丰 ,范云六. Bt 杀虫晶体蛋白基因导入杨树获得再生的转基因植株[ A] . 见 :中国遗传学会. 植物遗传理论与应用
研讨会文集[ C] . 南京 :南京林业出版社 ,1990. 43 　47
[7 ] 许农 ,黄敏仁 ,陈道明. 杨树基因工程进展[J ] . 南京林业大学学报 ,1993 , 17 (4) :80 　81
[8 ] 田颖川 ,李太元 ,莽克强 ,等. 抗虫转基因欧州黑杨的培育[J ] . 生物工程学报 ,1993 ,9 (4) :291 　297
[9 ] 郑均宝 ,张玉满 ,杨文芝 ,等. 741 杨离体叶片再生及抗虫基因转化[J ] . 河北农业大学学报 ,1995 ,18 (3) :20 　25
[ 10 ] Wang GJ , Stefano C , Chen Y, et al . Poplar ( Populus nigra L. ) plants transformed with a Bacillus thuringensis toxin gene : insectici2
dal activity and genome analysis[J ] . Transgenic Research , 1996 , 5 :289 　301
[11 ] 郝贵霞 ,朱祯 ,朱之悌. 毛白杨遗传转化系统优化的研究[J ] . 植物学报 ,1999 ,41 (7) :936 　940
[12 ] 伍宁丰 ,孙芹 ,姚斌 ,等. 抗虫的转 AaIT基因杨树的获得[J ] . 生物工程学报 ,2000 ,16 (2) :129 　133
[13 ] 郑均宝 ,梁海永 ,高宝嘉 ,等. 转双抗虫基因 741 毛白杨的选择及抗虫性[J ] . 林业科学 ,2000 ,36 (2) :13 　19
[14 ] 李明亮 ,张辉 ,胡建军 ,等. 转 Bt 基因和蛋白酶抑制剂基因杨树抗虫性的研究[J ] . 林业科学 ,2000 ,36 (2) :93 　97
[15 ] 林善枝 ,肖基浒 ,张志毅. 杨树抗性基因工程研究进展[J ] . 北京林业大学学报 ,2000 ,22 (6) :85 　88
[16 ] 李玮 ,陈颖 ,李玲 ,等. 抗菌肽 LcI 基因转化杨树的阶段研究[J ] . 林业科学研究 ,1996 ,9 (6) :646 　649
[17 ] Nicolescu C , Sandre C , Jouanin L , et al . Genetic engineering of phenolic metabolism in poplar in relation with resistance against
pathogens[J ] . Acta Bot Gallica , 1996 , 143 : 539 　546
[18 ] 赵世民 ,祖国诚 ,刘根齐 ,等. 通过农杆菌介导法将兔防御素 NP21 基因导入毛白杨 ( Populus tomentosa) [J ] . 遗传学报 ,
1999 ,26 (6) :711 　714
[19 ] Seabra R , Pais M S. Genetic transformation of European chestnut ( Castanea sativa Mill . ) [J ] . Swilva Lusitana , 1999 , 7 (2) :199 　
001　 林 　业 　科 　学 　研 　究 第 16 卷
232
[20 ] Moffat A. Moving forest trees into the modern genetics era[J ] . Science , 1996 , 271 :760 　761
[21 ] Walter C , Grace L J , Donaldson S S , et al . An efficient Biolistic R transformation protocol for Picea abies embryogenic tissue and re2
generation of transgenic plants[J ] . Can J For Res , 1999 ,29 (10) :1539 　1546
[ 22 ] Brukhin V , Clapham D , Elfstrand M , et al . Basta tolerance as a selectable and screening marker for transgenic plants of Norway spruce
[J ] . Plant Cell Reports , 2000 , 19 :899 　903
[23 ] Bishop2Hurley S L , Zabkiewicz R J , Grace L ,et al . Conifer genetic engineering : transgenic Pinus radiation (D. Don) and Picea a2
bies ( Karst) plants are resistant to the herbicide Buster[J ] . Plant Cell Reports , 2001 , 20 :235 　243
[24 ] De Block M. Factors influencing the tissue culture and the Agrobacterium tumefaciens2mediated transformation of hybrid aspen and
poplar clones[J ] . Plant Physiol , 1990 , 93 :1110 　1116
[25 ] Devillard C. Transformation in vitro du tremble ( Populus tremula ×Populus alba) par Agrobacterium rhizogenes et regeneration de
plantles tolerantes au Basta[J ] . C R Acad Sci Paris Ser , 1992 , 314 :291 　298
[26 ] Fillatti J J , Sellmer J , McCown B , et al . Agrobacterium2mediated transformation and regeneration of Populus [J ] . Mol Gen Genet ,
1987 , 206 :192 　199
[27 ] Donahue R A , Davis T D , Michler C H , et al . Growth , photosynthesis , and herbicide tolerance of genetically modified hybrid poplar
[J ] . Can J For Res , 1994 , 24 :2377 　2383
[28 ] Brasileiro A C M , Tourneur C , Leple J C , et al . Expression of the mutant Arabidopsis thaliana acetolactate synthase gene confers
chlorsulfuron resistance to transgenic poplar plants[J ] . Transgenic Res , 1992 , 1 :133 　141
[29 ] Chupeau M C , Pautot V , Chupeau Y. Recovery of transgenic trees after electroporation of poplar protoplasts [J ] . Transgenic Res ,
1994 , 3 : 13 　19
[ 30 ] Gullner G, Komives T , Rennenberg H. Enhanced tolerance of transgenic poplar overexpressing gamma2glutamylcystenine synthetase to2
wards choroacetanilide herbicide[J ] . J Exp Bot , 2001 , 52 : 971 　979
[31 ] Confalonieri M , Belenghi B , Balestrazzi A , et al . Transformation of elite white poplar ( Populus alba L. cv. ’Villafranca’) and evalu2
ation of herbicide resistance[J ] . Plant Cell Reports , 2000 ,19 :978 　982
[32 ] Harcourt R L , Kyozuka J , Floyd R B , et al . Insect2and herbicide2resistant transgenic eucalypts [J ] . Molecular Breeding , 2000 , 6
(3) :307 　315
[33 ] David F K, Banalata S , Junghee K, et al . Engineering reproductive sterility in forest trees[A] . In : Bista M S , Joshi R B , Amatya S
M , et al . Proceedings of the 8th International workshop of BIO2REFOR[ C] . Nepal : BIO2REFOR , 1999. 7 　11
[34 ] 李玲 ,齐力旺 ,韩一凡 ,等. TA2292BARNASE基因导致抗虫转基因欧洲黑杨雄性不育的研究[J ] . 林业科学 ,2000 ,37 (1) :
28 　32
[35 ] Kurioka M. Transformation of Acropa belladonna [J ] . Plant Cell Reports , 1992 , 12 :1 　6
[36 ] Weigel B L , Nilsson H G. Modification of reproductive development of Populus tremula ×P. tremuloides [J ] . Nature , 1995 , 377 :495
　500
[37 ] Fourre J L , Niquet L , Walter C. Genetic transformation and modification of reproductive development in conifers[ R] . In proceedings
of international congress“applications of biotechnology to forest genetics”, Vitoria2Gasteiz :Biofor299 , 1999. 339 　345
[38 ] Southerton S G, Marshall H , Mouradov A , et al . Eucalyptus MADS2box genes expressed in developing flowers[J ] . Plant physiology ,
1998 , 118 (2) :365 　372
[39 ] Rugh C L , Senecoff J E , Meagher R B , et al . Development of transgenic yellow poplar for mercury phytoremediation [J ] . Nature
Biotechnol , 1998 ,16 :925 　928
[40 ] 黄永芬 ,付桂荣 ,赵晓祥 ,等. 美洲拟鲽抗冻蛋白基因导入番茄的研究[J ] . 生物化学杂志 ,1997 (4) :418 　419
[41 ] Cutler A J , Saleem M , Kendan E , et al . Winter flounder antifreeze protein improves the cold hardiness of plant tissues[J ] . Plant
Physiol , 1998 , 118 (2) :351 　354
[42 ] Hightower R , Saleem M , Cutler A J . Design and cloning of a synthetic gene for the flounder antifreeze protein and its expression in
plant cells[J ] . Gene , 1990 ,91 :159 　165
[ 43 ] Wallis J G, Wang H , Guerra D J . Expression of a synthetic antifreeze protein in potato reduces electrolyte release at freezing tempera2
101第 1 期 苏晓华等 :转基因林木研究进展
ture[J ] . Plant Mol Biol , 1997 , 35 :323 　330
[44 ] Cakmak I , Marschner H. Magnesium deficiency and high light intensity enhance activities of superoxide dismutase , ascorbate peroxi2
dase , and glutathione reductase in bean leaves[J ] . Plant Physiol , 1995 , 109 (4) : 1222 　1227
[45 ] Hausladen A , Madmanchi N R , Fellows S , et al . Seasonal changes in antioxidants in red spruce as affected by O3[J ] . New Phytolo2
gist , 1990 , 115 :447 　458
[46 ] Brwler C , van Montagu M , Inze D. Superoxide dimutase and stress tolerance[J ] , Annu Rev Plant Physiol , 1992 , 100 (1) : 83 　116
[ 47 ] Sakamoto A , Okumura T , Ohsuga H , et al . Genomic structure of the gene for copper2zinc2superoxide dimutase in rice[J ] . FEBSLett ,
1992 ,301 :185 　189
[ 48 ] Lin C T , Lin Mt , Chen Y T , et al . The gene structure of Cu/ Zn2superoxide dimutase from sweet potato[J ] , Plant Physiol ,1995 , 109
(3) :827 　828
[49 ] Sakamoto A , Okumura T , Kaminaka H , et al . Molecular cloning of the gene (SodCc1) that encodes a cytosolic Copper/ Zinc2superox2
ide dimutase from rice ( Oryza sativa L. ) [J ] . Plant Physiol , 1995 ,109 (2) :651 　652
[50 ] Akkapeddi A S , Shin D I , Stanek D F , et al . cDNA and derived amino acid sequence of the chloroplastic copper/ zinc2superoxide dis2
mutase from Aspen ( Populus trmuuloides) [J ] . Plant Physiol , 1994 , 106 (3) :1231 　1232
[51 ] Bowler C , Slooten L , Vandenbranden S , et al . The induction of manganest superoxide dismutase in response to stress in Nicotoana
plumbaginifolia[J ] . EMBOJ , 1989 , 8 :31 　38
[52 ] Gupta S A , Heinen J L , Holaday A S , et al . Increased resistance to oxidative stress in transgenic plants that overexpress chloroplastic
Cu/ Zn superoxide dimutase[J ] . Proc Natl Acad Sci USA , 1993 ,90 :1629 　1633
[53 ] Arisi A C , Cornic G, Jouanin L , et al . Over2expression of Fe2SOD in transformed poplar modifies the regulation of photo synthesis at
low CO2 partial pressures or following exposure to the prooxidant hebicide methyl viologen[J ] . Plant Phiysiol , 1998 , 117 (2) :565 　
574
[54 ] Gallardo F , Fu J M , Canton F R et al . Expression of a conifer glutamine synthetase gene in transgenic poplar[J ] . Planta , 1999 , 210
(1) :19 　26
[55 ] 卢善发 ,宋艳茹. 维管组织分化的分子生物学研究[J ] . 植物学通报 ,1999 ,16 (3) :219 　227
[56 ] Hu W J , Harding S A , Lung J , et al . Repression of lignin biosynthesis promotes cellulose accumulation and growth in transgenic trees
[J ] . Nat Biotechnol , 1999 ,17 :808 　812
[57 ] Lapierre C , Pollet B , Petit2Conil M , et al . Structural alteration of lignins in transgenic poplars with depressed cinnamy alcohol dehy2
drogenase or caffeic acid 02methy2transferase activity have an opposite impact on the efficiency of industrial kraft pulping[J ] . Plant
Physiol , 1999 , 119 (1) :153 　163
[58 ] Zeliha I , Tijien O , Ahu A , et al . Reduced leaf peroxidase activity is associated with reduced lignin content in transgenic Poplar[J ] .
Plant Biotech , 1999 ,16 (5) :381 　387
[59 ] Mackay J , Presenell T , Jameel H , et al . Modified lignin and delignification with a CAD2deficient loblolly pine [J ] . Holzforschung ,
1999 ,53 (4) :403 　410
[60 ] Jouanin L , Goujin T , Nadai V , et al . Lignification in transgenic poplar with extremely reduced caffeic acid 02methyltransferase activity
[J ] . Plant Physiol , 2000 ,123 (4) :1363 　1373
[ 61 ] Maunders MJ , Carter D , Richardson P , et al . Genetic transformation of eucalyptus species towards the modification of fibre character2
istics[A] . In : Proceedings of the Second International Wood Biotechnology Symposium [ C ] . Canberra , Australia : BIO2REFOR ,
1997. 253 　259
[62 ] Tzfira T , Vainstein A , Altman A. Rol2gene expression in transgenic aspen ( Populus tremula) plants results in accelerated growth and
improved stem production index[J ] . Trees , 1999 ,14 :49 　54
[63 ] Gallardo F , Fu J M , Canton F R ,et al , Expression of a conifer glutamine synthetase gene in transgenic poplar[J ] . Planta , 1999 , 210
(1) :19 　26
[64 ] Eriksson M E , Israelsson M , Olsson O , et al . Increased gibberellin biosynthesis in transgenic trees promoters growth , biomass produc2
tion and xylem fiber length[J ] . Nature Biotechnology , 2000 ,18 (7) :784 　788
[ 65 ] Franke R , McMichael C M , Meyer K, et al . Modified lignin in tobacco and poplar plants over2expressing the Arabidopsis gene encod2
201　 林 　业 　科 　学 　研 　究 第 16 卷
ing ferulate 52hydroxylase[J ] . Plant J , 2000 ,22 (3) :223 　234
[66 ] Claudia G, Frank D , Dieter E. Wood formation in rolC transgenic aspen trees[J ] . Trees , 2000 , 14 :297 　304
[67 ] Gonsalves D. Control of Papaya Ringspot Virus in Papaya : A Case Study[J ] . Annu Rev Phytopathol , 1998 , 36 : 415 　437
[68 ] Walter C. Genetic transformation of forest tree species. state of the art and future challenges[ A ] . In : Proceedings of international
congress“applications of biotechnology to forest genetics”[ C] , Vitoria2Gasteiz : Biofor , 1999. 331 　338
[69 ] James R R , Croft B A , Strauss S H. Susceptibility of the cottonwood leaf beetle ( Coleoptera chrysomelidae) to different strains and
transgenic toxins of Bacillus thuringiensis [J ] . Environmental Entomology , 1999 ,28 (1) :108 　115
Genetic Engineering of Forest Trees
SU Xiao2hua , ZHANG Bing2yu , HUANG Lie2jian , HUANG Qin2jun , ZHANG Xiang2hua
(Research Institute of Forestry , CAF , Beijing 　100091 , China)
Abstract : This review summarizes the research advance in genetic transformation of forest trees , includ2
ing the following aspects : insect2resistance , disease2resistance , herbicide2resistance , modification of re2
productive development , abiotic2stresses , wood2property improvement and the status of release and appli2
cation of transgenic trees. Meanwhile , the general situation of basic research in transgenic forest trees are
also reviewed. The problems and future prospects in genetic transformation of forest trees are discussed.
key words : forest tree ; genetic engineering ; research progress
301第 1 期 苏晓华等 :转基因林木研究进展