全 文 ：第 v|卷 第 x期
u s s v年 | 月
林 业 科 学
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我国林木基因工程研究进展及关键领域
苏晓华 张冰玉 黄秦军 黄烈健 张香华
k中国林业科学研究院林业研究所 北京 tsss|tl
摘 要 } 概述了国外林木基因工程研究现状及发展趋势 ~综述了我国十多年来在林木抗虫 !抗病 !抗逆境 !品
质改良 !育性等基因工程的基础研究与应用研究方面取得的一些进展 ∀根据我国生态环境建设和木材工业的
实际需求 o对我国今后林木基因工程研究中的关键领域提出了一些建议 ∀
关键词 } 林木 o基因工程 o研究进展 o关键领域
收稿日期 }ussu p sy p ts ∀
Α∆ς ΑΝΧΕΣ ΑΝ∆ ΚΕΨ ΡΕΣΕΑΡΧΗ ΦΙΕΛ∆Σ ΙΝ ΤΗΕ ΓΕΝΕΤΙΧ ΕΝΓΙΝΕΕΡΙΝΓ
ΟΦ ΦΟΡΕΣΤ ΤΡΕΕ ΙΝ ΧΗΙΝΑ
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kΤηε Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Φορεστρψo ΧΑΦ Βειϕινγtsss|tl
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Κεψ ωορδσ} ƒ²µ¨¶··µ¨¨o Š¨ ±¨·¬¦ ±¨ª¬±¨ µ¨¬±ªo• ¶¨¨¤µ¦«¤§√¤±¦¨ oŽ¨¼©¬¨ §¯
t 国外研究概况
转基因林木的研究始于 us世纪 {s年代 o首例转基因林木于 t|{y年在杨树上获得成功 ∀十几年
来 o转基因这一生物技术在提高林木抗性 !改良品质等方面的应用发展十分迅速 o技术上日趋完善 ∀
目前 o转基因林木的研究已取得一定的成就 ∀就转化技术而言 o农杆菌介导的遗传转化占主导地
位 o应用最为广泛 ∀针叶树就有 y|种树种进行了农杆菌介导法转化研究k‹∏¤±ª ετ αλqot||{l ∀也尝试
了电穿孔法 !°∞Š诱导法和基因枪等转化方法 ∀目前 o对 us个针叶树种进行了基因枪法转化研究 o对 |
个针叶树种进行了电穿孔法和 °∞Š诱导法转化的研究k‹∏¤±ª ετ αλqot||{l ∀由于基因枪法转化具有不
受转化受体的限制 !操作简单 !可调节等优点 o因此其在林木上的应用研究还会更加广泛 ∀
林木转化的再生频率较低 o影响了林木基因工程的广泛应用 ∀因此 o研究者们逐步建立了适应各种
林木树种的基因工程转化体系 ∀ ‹∏°¤µ¤等kt|||¤~t|||¥l认为 o在转化中高的死亡率与转化受体受到细
菌的侵染时所产生的过敏性反应有关 ∀ ‹∏°¤µ¤等kt|||¦l对意大利松k Πινυσ πινεαl的子叶采用改良的双
元载体进行转化研究表明 o应用该方法可以减少农杆菌在对子叶进行侵染时的致死率 ∀ ²±·²µ²等
kusssl通过调整培养基中的 ≤¤≤¯ u 的浓度 o降低农杆菌的毒性 o从而提高了转化效率 ∀
在转基因植物中外源基因不能正常表达 o呈失活状态的现象称为基因沉默 ∀造成基因沉默的因素
主要有插入位置 !重复序列和甲基化 ∀基因沉默一般可以归为转录水平和转录后水平上 ∀外源基因沉
默阻碍了植物转基因技术在生产上的广泛应用 o根据对大量转基因植物的分析和研究 o人们提出了造成
基因沉默的可能机制 o如 • §• °¦• ‘„模型 !• ‘„阈值模型以及 • §⁄ 模型等 ∀深入了解外源基因沉默的
机制以提高基因表达效率 o是顺利开展植物基因工程的迫切需要 ∀外源基因能否稳定表达也一直是转
化研究中很受关注的问题 ∀最近有研究表明 ≥„• k¶¦¤©©²¯§¤·¤¦«°¨ ±·µ¨ª¬²±l序列可以增强外源基因的稳
定性 o但 ¨√¨ ¨等kt|||l对白松k Πινυσστροβυσl进行的 ª©³基因转化研究却表明 o≥„• 序列并不能显著增
强 Š˜≥的活性 ∀基因组中外源基因的稳定性和正确的整合与目的基因两侧的序列有关 ~ƒ¯ ¤§∏±ªkt|||l
通过对导入 vx≥2µ²¯≤基因的杂种杨k Ποπυλυστρεµυλα ≅ Πqτρεµυλοιδεσl的测序结果分析表明 ow个转基因系
的目的基因两侧序列无差异 o证实了这一观点 ∀
在成功地建立了多种林木遗传转化系统的同时 o一些基因已在杨树 !桉树 !火炬松k Πινυσταεδαl !欧
洲落叶松kΛαριξ δεχιδυαl !白云杉k Πιχεα γλαυχαl !北美黄杉k Πσευδοτσυγα µενζιεσιιl !核桃等 us多个树种上
取得了成功转移 o获得了一批转基因林木 ∀转化研究的领域有抗虫 !抗病 !抗除草剂 !耐盐 !耐旱 !耐冻 !
耐高温等方面 ∀有些树种如杨树 !松树 !核桃 !桉树 !云杉等转基因植株已经进入田间试验阶段k • ¤¯·¨µ
ετ αλqot|||l ∀美国是转基因树木进入田间试验最多的国家k¦¯ ¤¨± ετ αλqousssl o而其它国家则很少 o如
加拿大仅允许带有标记基因杨树和抗除草剂杨树进入了田间试验 ∀美国也是转基因林木进入商品化最
早的国家 ∀t||{年美国批准了转抗病毒基因的番木瓜k Χαριχα παπαψαl品种商品化kŠ²±¶¤¯√¨ ¶ot||{l ∀
由于在林木基因转化中大多数目的基因来自于其它生物 o与其亲合性差而影响转化育种的成功 o目
前 o国际上越来越注重从林木自身克隆目的基因 ∀
近几年国外对林木的抗旱和耐盐机制做了大量研究 o认为抗旱和耐盐受几个或几十个基因控制 o有
主效基因和主要调控机制的存在 ∀ ¤¼±¨ 等kt||zl利用北美短叶松k Πινυσ βανκσιαναl幼苗筛选出干旱诱
导基因 ϑΠ∆ty和 ϑΠ∆t{ ∀°¤§°¤±¤¥«¤±等kt||zl从火炬松中克隆出干旱诱导基因 λπv ∀
木质素生物合成基因工程对造纸工业将具有很大的贡献 o因为制浆的经济效益几乎完全依赖于去
除木材纤维的木质素的效率 ∀人们已从林木中克隆出与木质素生物合成有关的基因 o如咖啡酰辅酶 „
p甲基转移酶k≤≤²„’×lk¤¬ª¨±ª ετ αλqot||| ~ •∏¬´¬±ousssl !咖啡酸 ’ p甲基转移酶k≤’×lk≤«∏±ª2∏¬
ετ αλqot||{ ~‹∏ª² ετ αλqousssl等 ∀这些基因的克隆为降低木质素含量 o改变木质素组成创造了条件 ∀
近年来 o随着大气污染的加重 o大气中的光化学氧化剂k如臭氧 ’vl含量逐年增加 ∀研究表明 o臭氧
能抑制林木正常生长发育 o并导致林木的大面积死亡 ∀抗氧化物如超氧化物歧化酶k≥’⁄l和谷胱甘肽
kŠ≥‹l具有清除超氧化自由基 o保护植物体的作用 ∀另外 o许多实验证明 o植物长期处于逆境下细胞内
会产生大量的活性氧 o引起细胞膜损伤 o对植物具有很强的毒害作用 ∀因此 o提高林木体内 ≥’⁄活性及
Š≥‹含量是提高林木抗逆性的重要途径之一 ∀目前已鉴定出了 v种类型的 ≥’⁄}≤∏Н±2≥’⁄!ƒ 2¨≥’⁄和
±2≥’⁄∀在杨树中 o„®®¤³¨ §§¬等kt||wl克隆了美洲山杨k Ποπυλυσ τρεµυλοιδεσl叶绿体中 ≤∏Н±2≥’⁄的
¦⁄‘„ ∀t|||年 o„®®¤³¨ §§¬等kt|||l又获得了细胞质 ≤∏Н±2≥’⁄的 ¦⁄‘„克隆和基因组克隆 ∀
许多树种生殖阶段发生的相对较晚 ∀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 ∀目前 o已从林木中分离出了 „⁄≥2¥²¬ 基因家族的基因 ∀如 ≥²∏·«¨µ·²± 等 kt||{l从由巨桉
k Ευχαλψπτυσ γρανδισl的幼花建立的 ¦⁄‘„文库中鉴定出了 v个 „⁄≥2¥²¬基因k ª¨°t ∗ vl ∀ ≤¶¨®¨ 等又从
美洲山杨中分离出了 u个  „⁄≥2¥²¬基因 ) ) ) °·„Šw和 °·ƒ„Šwk私人通讯l ∀另外 o¤³²¬±·¨等kusstl
从杂种杨树k Ποπυλυστρεµυλα ≅ Πq αλβαl中克隆了林木 p病原互作的信号转导途径中有关的 w个全长以
及 u个部分 tw2v2v ¦⁄‘„¶∀ «¤±ª等kusssl从火炬松中克隆了 y个编码细胞壁相关蛋白的 ¦⁄‘„片段 }v
个编码 ¤µ¤¥¬±²ª¤¯¤¦·¤±蛋白 ot个富含脯氨酸蛋白 ou个富含甘氨酸蛋白 ∀•¬¦«¤µ§等kt|||l在白云杉中分
离克隆到受伤和干旱胁迫诱导的 ¦⁄‘„克隆 ) ) ) °ª• ‘° o为一富含甘氨酸的 • ‘„结合蛋白 ∀ •¬¦«¤µ§等
kusssl还在白云杉中分离克隆到受伤 !干旱以及冻害胁迫诱导的 §¨«¼§µ¬±基因 ¦⁄‘„克隆 ) ) ) °ª⁄«±t ∀
≤¯ ¤∏§²·等kt|||l从核桃叶片中克隆了 u个 ¦«¤¯¦²±¨ ¶¼±·«¤¶¨ k≤‹≥l全长 ¦⁄‘„ ∀ ≤‹≥酶活性与类黄酮的
积累有关 ∀ ¨§¨¶°¤等kusssl克隆了橄榄树花粉的过敏基因家族中 ≤¤un 结合蛋白成员之一的基因 ∀
²µ¬ª∏¦«¬等kt||{l从柑桔k Χιτρυσ υνσηιυl中克隆了 ≤¬·×vy !≤¬·×wx两个与果实发育有关的 × ·¼³¨ 基
因 ∀ Ž¬·¤等kusstl从柑桔中克隆了 ³«¼·²¨ ±¨ §¨¶¤·∏µ¤¶¨ k°⁄≥l的¦⁄‘„ o该基因诱导成熟 ∀ Ž∏¶¤¥¤等kusstl
从富士苹果中克隆了 ª¬¥¥¨µ¨¯¯¬± kŠ„l us p ²¬¬§¤¶¨ 基因 o该基因在苹果种子发育中与 Š„的生物合成有
关 ∀这些研究为进一步克隆新的和更有效的基因奠定了基础 ∀
utt 林 业 科 学 v|卷
u国内研究取得的进展
我国从 us世纪 {s年代末期 o就开始了林木转基因研究 ∀ts多年来 o我国已掌握了杨树 !桦树 !桉
树 !落叶松 !核桃 !苹果 !柑桔 !猕猴桃等多树种组织培养技术和外源基因转化技术 o成功建立了多树种组
织培养和遗传转化系统k卢善发等 ot||| ~方宏筠等 ousss ~汤浩茹等 ousst ~洪勇等 ousss ~达克东等 ousst ~
郭卫东等 ot|||l ∀利用叶盘和基因枪等转化方法将抗虫 Βτ基因 !耐盐基因 !干旱基因 !不育基因 !反义
„≤≤合成酶和氧化酶基因成功转化到杨树等基因组中 o获得了转基因植株及品种 ∀
211 抗虫基因工程取得可喜进展
u1t1t 抗食叶害虫转 Βτ基因欧洲黑杨获得国家商品化许可 我国于 t|{|年开始欧洲黑杨k Ποπυλυσ
νιγραl的转 Βτ基因研究 ot||w年转基因植株进入田间试验 ∀经 w ¤的大田抗虫测试 o欧洲黑杨转基因植
株具有显著的抗虫效果 o不仅降低了林分害虫虫口密度和土壤中的虫蛹密度 o而且对种植在同一林地中
的其它非转基因植株具有保护作用 ∀此研究成果于 t||{年获得国家科技进步三等奖 ∀t||{年得到农
业部生物工程安全委员会批准在新疆玛纳斯进行环境释放 ot|||年又获准在北京 !吉林 !山东 !江苏 !河
南 !陕西等 y个省市进行环境释放 ∀试验证明 o抗虫转基因欧洲黑杨生长表现良好 o对其目标昆虫具有
明显的抗性 ∀ussu年获得国家林业局基因安全委员会审定批准商品化 ∀目前欧洲黑杨抗虫转基因新
品种已扩繁 tss多万株 o建立转基因对比林 yy «°u ∀
u1t1u 转双抗虫基因白杨杂种 zwt杨获得环境释放许可 研究人员于 t||y年开始 o用部分改造 Βτ
ΧρψtΑχ基因与慈菇蛋白酶抑制剂 k„°Œl基因构建了双抗虫基因表达载体 o通过农杆菌介导法转化了
zwt白杨杂种≈ Ποπυλυσ αλβα ≅ k Πq δαϖιδιανα n Πq σιµονιιl ≅ Πq τοµεντοσα  ∀分子生物学检测证明 o被
选择植株k无性系l的基因已转入 o且生长发育正常 o占参试饲虫试验植株的 v{1t h k郑均宝等 ousssl ∀
历经 x ¤的研究 o转双抗虫基因 zwt杨 y个无性系已于 usst年获得林业生物基因工程安全委员会审定
批准环境释放 ∀目前转基因 zwt杨苗木已繁育 ws多万株 o建立了配套育苗体系 o建立环境释放试验林
t1x «°u ∀将为华北 !西北及东北等地提供在生长速度 !材质及抗性上均优于毛白杨k Ποπυλυστοµεντοσαl
的抗虫优良新品种 ∀
u1t1v 获得抗蛀干害虫k天牛l转基因杨树植株 研究人员分别将抗菌肽k ΛχΙl基因 !抗鞘翅目
k≤²¯ ²¨³·¨µ¤l Βτ基因导入杨树中 o经人工接光肩星天牛kΑνοπλοπηορα γλαβριπεννισl成虫 o获得抗虫系号达 vs
多个 o部分植株进入了苗木繁殖和田间试验阶段 o希望从中培育出适合我国三北地区生长的杨树抗天牛
新品种k李玮 ot||yl ∀
我国不仅将抗虫 Βτ基因成功地转入了杨树 !落叶松 !核桃等树种 o也成功地将广谱抗虫基因豇豆胰
蛋白酶抑制剂k≤³×Œl基因 !水稻巯基蛋白酶抑制剂 k’≤2Œl基因及 „¤Œ×基因等引入多个杨树品种中k李
明亮等 ousss ~伍宁丰等 ousssl ∀对白桦k Βετυλα πλατψπηψλλαl 也进行了抗虫基因转化的初步研究k詹亚光
等 ousstl ∀
212 抗旱 !耐盐碱基因工程已开始尝试
目前林木抗旱 !耐盐碱基因工程研究报道较少 o主要原因是植物对干旱 !盐碱的反应均是一个复杂
的多元反应系统 o受多基因控制的生理过程也不是很清楚 ∀我国开始了这方面研究的尝试 ∀用农杆菌
介导法进行了果聚糖合成酶基因k Σαχ…l和大麦胚胎后期丰富蛋白基因k ΗςΑtl的杨树遗传转化 o获得了
转基因再生植株 ∀以小黑杨k Ποπυλυσ σιµονιι ≅ Πqνιγραl无菌苗叶片为转化受体材料 o通过根癌农杆菌
kΑγροβαχτεριυµ τυµεφαχιενσl介导法将外源基因 …¨ ·2„k编码胆碱脱氢酶 o催化胆碱生成甘氨酸甜菜碱 l导
入小黑杨 o≥²∏·«¨µ±印迹杂交分析 o证实外源基因已整合到小黑杨基因组中k杨传平等 ousstl ∀另外 o通
过转化甜菜碱脱氢酶k…„⁄‹l !磷酸山梨醇脱氢酶kŠ˜×⁄l基因获得耐盐杨树的研究及落叶松耐旱基因
kλπv !λπxl转化目前正在进行之中 ∀
213 抗病基因工程有一定进展
虽然林木病害的许多病原菌尚未分离鉴定 o严重阻碍了林木抗病基因工程的研究 o但是我国研究人
vtt 第 x期 苏晓华等 }我国林木基因工程研究进展及关键领域
员仍然对此进行了一些有意义的尝试 ∀赵世明等kt|||l将免防御素 ‘°2t基因用农杆菌介导法转化毛
白杨k Ποπυλυστοµεντοσαl o≥²∏·«¨µ±杂交检测到该基因整合在转基因植株中 o体外抑菌实验也证实转基因
杨树对枯草杆菌k Βαχιλλυσσυβτιλισl !农杆菌和立枯病原菌等多种微生物有明显的抑制作用 ∀还采用农杆
菌介导法将 °• ≥×外壳蛋白基因 !病毒 • ‘„复制酶 ‘¬¥基因 !人 Α2干扰素 u¥基因及核酶基因分别转入
番木瓜 o均获得了成功k赵志英等 ot||{ ~周鹏等 ot||x¤~t||x¥l ∀
214 品质改良基因工程已经起步
研究人员利用反义 • ‘„ 技术控制乙烯生物合成以防止林木的衰老 ∀李明亮等kt|||l将番茄
kΛψχοπερσιχον εσχυλεντυµl的 t p 氨基环丙烷 k„≤≤l氧化酶基因的反义片段转化美洲黑杨 k Ποπυλυσ
δελτοιδεσl o≥²∏·«¨µ±分析结果显示该基因单拷贝整合在转基因杨树的基因组中 ∀测定表明转基因杨树的
乙烯生物合成受到抑制 o其幼苗的乙烯释放量比对照低 u{ h ∀国内正在对杨树和落叶松进行与降低木
质素有关基因的遗传转化研究 o目前杨树已获得了小批转基因株系 ∀
215 育性基因工程有一些进展
研究人员在防止转基因林木的逃逸方面进行了尝试研究 ∀李玲等kusssl将 ׄu|2…„• ‘„≥∞嵌合基
因导入抗虫转基因欧洲黑杨中 o经 °≤• !≥²∏·«¨µ± …¯²·! ⁄²·…¯²·分析证实了该基因已经整合到基因组中 ∀
216 田间试验已达一定规模
国外转基因林木除了抗病毒的番木瓜已商品化外 o其它转基因林木均处于小规模的田间试验阶段 ∀
而我国转 Βτ基因抗虫欧洲黑杨已在北京 !吉林 !河南 !山东 !新疆 !陕西 !江苏 z省 {个基点大田释放 {s
«°u o可以说我国已拥有世界上释放面积最大的转基因林 ∀
217 在安全评价方面已储备了一定的技术和研究基础
我国在国际上率先开展了抗虫转基因林木生物安全性评价研究 ∀在转 Βτ基因欧洲黑杨对非目标
昆虫 !土壤微生物 !哺乳动物及人类等影响的研究方面 o已取得阶段性成果 ∀目前 o正在进一步对其 Βτ
基因扩散等环境安全性问题进行跟踪研究 ∀这些研究结果对于国内外林木转基因的应用具有重要意
义 o同时为制定转基因林木安全评价体系和标准提供依据 ∀
218 基因克隆等基础性研究有所进步
研究人员为了获得具有我国自主知识产权的基因 o在基因克隆方面做了许多研究 ∀已从沙漠耐旱
植物白柠条k Χαραγανα κορσηινσκιιlk灌木l中获得 „…• ∞…°类抗旱转录因子的基因组全长序列 o现正在克
隆其 ¦⁄‘„全长 ∀从大肠杆菌k Εσχηεριχηια χολιl中克隆了 t p磷酸甘露醇脱氢酶k µτλ2⁄l耐盐基因 o该基
因插入植物双元载体中 o经农杆菌介导导入八里庄杨k Ποπυλυσ ≅ Ξιαο Ζηαννιχα ¦√ q/ …¤¯¬½«∏¤±ª¼¤±ª0l o在
附加 s1y h ‘¤≤¯ 的培养基中生长良好 o对转化植株进行的 °≤• 检测 !‘²µ·«¨µ±杂交 o说明外源基因已整
合到染色体上并且有转录k刘凤华等 ousssl ∀从杨树品种中分离 !克隆了木质素生物合成途径中甲基化
酶 ≤’×k咖啡酸甲基转移酶l基因k魏建华等 ousstl ∀正在克隆 ≤≤²„’× !°„和 ≤≤• 基因等 ∀从自然
死亡的天牛虫尸及苏云金芽孢杆菌k Βαχιλλυστηυρινγιενσισl菌种资源库中分离出对天牛害虫有毒杀效果
的苏云金芽孢杆菌 o虫试杀虫率达 xs h ∀通过所设计 Βτ基因特异兼并引物 o用 °≤• 从中扩增出了相应
杀虫基因片段 o经测序验证表明是 Βτ类抗天牛基因 o已克隆了全长基因 o正进一步构建到表达载体中 o
以转化杨树等 ∀
我国虽然克隆了一些功能基因 o但多数基因都是根据报道基因的已知序列在不同材料中克隆出的
同源序列基因 o缺少原始创新性的自主知识产权基因克隆研究 ∀
v 我国林木基因工程研究的关键领域
我国虽然在近 us ¤选育和引种中过分注重了树种的速生性而忽略材质的改良 o导致人工林经营成
本高 o木材的加工和利用受到很大程度的限制 ~忽视在西部生态脆弱区特定环境下林木对生物和非生物
虫害抗性的要求 o导致造林成活率低和天牛 !杨尺蠖kΑποχηειµα χινεραριυσl !舞毒蛾kΛψµαντρια δισπαρl和舟
蛾类等毁灭性灾害频繁发生 o致使大范围人工用材林和生态防护林丧失经营目的 ∀林木转基因研究刻
wtt 林 业 科 学 v|卷
不容缓 ∀
我国是发展中国家 o政府财力有限 o但转基因研究以其独有的快速改良 !目标鲜明及某些改良方面
常规育种不可及性都证明其额外投资的必要性 ∀当然如何合理利用有限资金最大限度开展林木转基因
研究也是应认真考虑的问题 o所选择的树种 !草种一定要有针对性 !代表性 o要乔木和灌木 o阔叶树 !针叶
树 !草类植物因经济发展所需综合考虑 o合理搭配 o在实施中则要以点促面 o带动整个林木转基因研究领
域高效快速发展 ∀杨树 !落叶松分别是针 !阔叶树种遗传改良的典型代表种 o栽培面积大 !早期速生和经
营回报率快 o而且基础研究好 !遗传资源丰富 !组培系统完善 !无性繁殖技术成熟 ∀因此以这 u个树种为
主体开展林木转基因研究 o带动其他乔灌植物是合理而又切实可行的抉择 ∀
针对我国自然和气候的特异性以及气候变暖将带来的新的病虫害和自然灾害威胁 o我们暂提出近
期必须纳入科研计划的如下关键领域 ∀
311 抗蛀干害虫(光肩星天牛 !松褐天牛)
在我国林木转基因研究中 o基础最好 !进展最快的要属抗虫转基因研究 ∀但是 o目前的抗虫转基因
研究均局限在抗鳞翅目k¨³¬§²³·¨µ¤l食叶害虫的研究方面 o对于危害树种多 !面积大 !造成经济损失最大
的蛀干害虫天牛研究的较少 ∀
天牛寄主范围广 !杂 o对杨树 !柳树 !榆树 !槭树 !槐树和桑树等树种均造成危害 o其中杨树和松树最
为严重 ∀众所周知的松材线虫k Βυρσαπηελενχηυσ ξψλοπηιλυσl对松树造成毁灭性危害 o其危害面积达 zw sss
«°u o而其松材线虫的携带者即是松褐天牛k Μονοχηαµυσ αλτερνατυσl ∀举世瞩目的/三北0防护林工程 o覆
盖 xss多个县 o目前已有 vss多个县发生了天牛k以星光天牛为主l的危害 o其面积达 uy{ sss «°u o被毁
林木超过 t zss万 °v o造成约 xs亿元以上的直接经济损失 o而且有向天然林蔓延的趋势 ∀
天牛的蛀干习性给防治带来极大困难 ∀寻找并获得杀天牛基因是当今研究的重要内容 ∀苏云金芽
孢杆菌是国际上公认的一类对人 !畜无害 o不污染环境 o保护天敌的病原微生物 ∀从中分离 !筛选杀天牛
基因 o并对基因的功能 !结构进行探讨及改造 o开展培育抗天牛转基因林木树种的研究 o以达到防治天牛
危害的最终目的 ∀
目前抗虫基因工程中常用单基因编码的蛋白质 o随着昆虫及植物的进化 o转基因植株对目标昆虫渐
渐失去它应有的作用 ∀研究表明 o外源基因一般作为一个显性基因传递给后代 o与昆虫产生抗性有关的
基因是隐性基因 ∀因此 o如果在一个昆虫群体中有足够多的敏感昆虫存在 o那么昆虫抗性基因控制的性
状出现的频率将会很小 ∀由此 o产生了几种控制昆虫产生抗体的对策 }/高剂量 避难所0 策略 !转多基
因策略以及基因启动子及基因表达策略 ∀所以 o一方面需要不断地寻找新的抗虫基因 o利用更新 !更强
的启动子及强特异性启动子调节抗虫基因的表达 ~另一方面 o抗虫基因的引入与昆虫抗性管理工作应同
时开展 ∀该项研究的成功必将产生良好的社会效益和巨大的经济效益 ∀
312 抗病害(锈病 !溃疡病)
据不完全统计 o中国森林病虫害的发生面积 us世纪 xs年代为 tss万 «°u oys年代为 tws万 «°u o到
了 |s年代上升至 t tss万 «°u o平均年递增 ux h o每年因森林病虫害造成的经济损失达 xs多亿元 ∀全
国森林病虫害的发生面积占总森林面积的 {1u h o占人工林面积的 uv1z h o已成为制约中国林业可持续
发展的重要因素之一 ∀在这些病害中 o林木溃疡病和锈病是危害最为严重的病害 ∀发生病害的林木 o用
材林材质下降 o经济林产量降低 o造成严重的危害和经济损失 ∀
杨树溃疡病k Βοτρψοσπηαερια ριβισl是杨树严重的枝干病害 o主要由真菌侵染所致 ∀东北 !华北 !华东和
西北等地区均有发生 o是中国人工林重大病害之一 ∀发生严重地区林木的发病率可高达 |y1t h ∗
tss h o感病指数为 y{1z ∗ |x1{ ∀杨树锈病也是当前危害林木十分严重的病害之一 ∀如杨叶锈病
k Μελαµπσοραλαριχι2ποπυλινα l危害青杨派 !黑杨派及其杂交种的多种杨树 o是杨树病害中分布最广 !危害
最大的一种 ∀该病危害杨树幼苗 !幼树 o并造成材积损失 o严重影响杨树用材林及防护林的发展 ∀
由于抗病基因是受多基因控制 o且往往与一些不良基因连锁在一起 o通过有性杂交进行林木的抗病
育种存在着一定的局限性 ∀基因工程育种则可以通过外源基因的导入 o针对目标性状进行改良 o具有快
xtt 第 x期 苏晓华等 }我国林木基因工程研究进展及关键领域
速性和定向性 ∀因此 o基因工程育种成为今后我国林木抗病育种的主要发展方向 ∀
抗真菌病害的目的基因来自植物内 !外源的病原菌的颉抗蛋白和毒蛋白基因 !病原菌特异激发子的
编码基因 !病原蛋白酶抑制剂基因以及病原和寄主中过敏反应的控制基因等 ∀但是 o目前对杨树溃疡病
和锈病有效的抗病基因还没有克隆出来 o因此 o基因工程育种研究工作的重点首先应该是进行抗病基因
的克隆 ∀抗真菌性病害方面已克隆出的基因有几丁质酶基因和角质酶基因 o已构建了能在杨树细胞中
表达的几丁质酶基因的表达系统 ∀目前 o国外抗杨树叶锈病 !南方松梭形锈病k Χροναρτιυµ θυερχυυµl等
转基因林木正在试验中 ∀我国应在这方面投入资金进行研究 ∀
313 抗逆境(干旱 !盐碱 !寒害)
盐碱 !旱涝 !不适温度 !强光 !农药残留等环境逆境在一定程度上限制了林木栽植范围 !木材产率及
材质 ∀为了更充分地利用现有土地 !扩展林木的栽培范围 !提高木材产率及品质 o林木的抗环境胁迫育
种越来越受到广泛关注 ∀但由于抗源少 !抗性机理不明 o其研究进展还不够理想 ∀现代生物技术的发展
为改变这一局面提供了新的机遇 ∀
在林木中 o抗寒抗冻基因工程育种相对滞后 o国内外尚无获得抗寒转基因植株的成功报道 ∀有关导
入转录因子的转基因植物的研究近 u ¤来得到极大的重视 o因转录因子能诱导多种冷诱导基因和逆境
胁迫诱导基因的表达 o极大地增强植物抗寒性和抗逆性 o具有广泛的应用价值 ∀目前 o研究人员对杨树
进行转录因子的转化研究 o以增强速生优质杨树的抗寒能力 o扩展杨树的栽培区域 ∀目前利用转基因手
段进行林木抗寒遗传改良尚属起步阶段 o亟待加强这方面的研究力度 ∀
抗旱 !耐盐基因工程育种研究起步较晚 o但在环境问题日益突出的今天 o其发展极为迅速 ∀虽然抗
旱 !耐盐基因工程育种已经获得了一些转基因植株 o但均是导入单个基因提高林木抗旱 !耐盐性的报道 o
还没有得到真正意义上的抗旱 !耐盐林木新品种 ∀这是因为植物的抗旱 !耐盐机制十分复杂 o涉及到一
系列形态和代谢过程的变化 o转移单个基因往往只能获得部分抗性 o要获得可以在干旱地区 !海滩种植
及可用海水浇灌的林木 o一是需要进行多基因的转化研究 ~二要采用先进的转基因技术 o如叶绿体转化 o
以增加外源基因的表达效率 ~三是尝试进行转录调控因子基因的转化 o如从烟草和拟南芥中克隆的
ΕΡΕΒΠ类抗逆调控基因以及从番茄中克隆的 ϑΕΡΦ¶基因等 ∀转录调控因子通过相应的顺式作用元件
的介导作用 o能诱导多个抗逆相关基因的表达 o能显著提高植物的抗旱 !耐盐 !耐低温的能力 ∀转抗旱 !
耐盐基因林木在我国有着广阔的应用前景 o但其研究在我国还比较薄弱 o有待进一步加强 ∀
314 材质改良(降低木质素)
木质素生物合成基因工程是当前树木材质改良的热点 o木质素生物合成是涉及到林木结构组成重
要成分的最具有特色的生物学过程 o木质素基因操纵主要是操纵编码木质素专一途径的基因 ∀由于多
数材性性状是受多基因控制的 o常规育种途径改良需要的时间长 o利用转基因手段是目前期望值最高的
方法 ∀我国应加大研究力度 o为长江 !黄河流域建立大面积的商品林k纸浆林l提供速生优质的林木新品
种 ∀
315 安全性监控
随着生物技术的发展 o转基因林木不断增加 o在对人类做出巨大贡献的同时 o其安全性问题也越来
越引起了人们的重视 ∀这些问题包括 }转基因林木对生态环境的影响 ~产生/杂草化0林木的可能 ~种植
抗虫转基因林木后可能使害虫产生免疫并遗传 o从而产生更加难以消除的/超级害虫0 ~外源基因向非目
标生物漂移的可能性 ~其它生物吃了转基因食物是否会产生畸变或灭绝 ~转基因生物是否会破坏生物的
多样性等 ∀转基因林木的安全田间释放是其商业化生产前必须明确的问题 ∀由于林木分布区域较农作
物更加广泛 o生长周期更长 o因此对转基因林木的安全性评价时间更长 o任务更艰巨 o意义更重大 ∀
目前 o我国转 Βτ基因抗虫欧洲黑杨已在 z省 {个基点大田释放 o是世界上释放面积最大的转基因
林木 ∀因此 o开展转基因林木安全评价研究 o对国内外林木转基因应用具有重要意义 o同时为制定转基
因林木安全评价标准提供依据 ∀自 usss年以来 o在转基因欧洲黑杨田间测试的基础上 o对其杀虫稳定
性 !对目标和非目标昆虫的影响 !Βτ基因扩散等环境安全性问题进行了研究 o并取得阶段性成果 ∀但转
ytt 林 业 科 学 v|卷
基因林木的安全性研究是一个长期而复杂的课题 o在此方面应加强国家的支持力度 ∀
另外 o应该加强培育雄性不育转基因林木的研究工作 ∀研究表明 o在条件适宜的情况下 o作物和野
生或杂草化亲缘种之间会通过花粉传播发生基因交换 ∀目前这种作物 p杂草杂交对生态学或进化的影
响还没有形成一致的意见 o从而转基因品种在大规模商品化释放过程中潜藏着巨大的风险 o存在着工程
基因从改良作物向栽培地附近野生或杂草化亲缘种逃逸的极大可能 ∀基因漂流可能把工程作物适应性
的优点传递给野生亲缘种 o促使其/杂草化0 ∀培育不育的林木不但可以减低转基因花粉引起的基因逃
逸的危险 o还能够显著提高林木的营养生长量 o在不以收获果实和种子为目的的林业生产中更具有广泛
的应用前景 ∀同时 o培育完全或雄性不育的林木还可以大大减少过敏花粉的产生 o加速杂交育种进程 ∀
总之 o基因工程为林木育种开辟了一条诱人的新途径 ∀林木生长周期长 o见效慢 o而且可操作性差 ∀
应用基因工程进行林木育种可以大大地缩短育种周期 o又可在基因水平上改造林木抗性遗传物质 o更具
科学性和精确性 o提高了育种的目的性和可操作性 ∀此外 o还扩大了育种的范围 o打破物种之间的生殖
障碍 o实现基因的共同性 ∀随着各种转化体系的建立和逐步完善 o以及林木基因工程基础研究的深入 o
今后对林木进行有目的 !有针对性的遗传改良会更加容易 ∀所以 o只要面对存在的问题 o加大研究投入
力度 o并有效地与常规的林业技术措施相配合 o必将会培育出更多更有价值的林木基因工程新品种 ∀
参 考 文 献
达克东 o崔德才 o张 松等 q超强表达豇豆胰蛋白酶抑制剂基因k≤³×Œl转化苹果的研究 q园艺学报 ousst oktl }xz p x{
方宏筠 o王关林 q黑核桃体细胞胚状体发生及其基因转化系统的建立 q园艺学报 ousss okyl }wsy p wtt
郭卫东 o沈 向 o李嘉瑞等 q利用 ©¼ ¦⁄‘„转化猕猴桃的研究 q园艺学报 ot||| okul }tty p ttz
洪 勇 o何永睿 o陈善春等 q柑桔栽培品种高效基因转化新技术研究 q热带作物学报 ousss okul }vz p wt
李 玲 o齐力旺 o韩一凡等 qׄ2u|2…„• ‘„≥∞基因导致抗虫转基因欧洲黑杨雄性不育的研究 q林业科学 ousss ovzktl }u{ p vu
李明亮 o韩一凡 o李 玲等 q„≤≤氧化酶 ¦⁄‘„克隆及其对美洲黑杨体内乙烯产生的反义抑制 q林业科学研究 ot||| okvl }uuv p uu{
李明亮 o张 辉 o胡建军等 q转 Βτ基因和蛋白酶抑制剂基因杨树抗虫性的研究 q林业科学 ousss ovykul }|v p |z
李 玮 q抗菌肽 ΛχΙ基因转化杨树的阶段研究 q林业科学研究 ot||y ok|l }ywy p yw|
刘凤华 o孙仲序 o崔德才等 q细菌 µτλ2⁄基因的克隆及在转基因八里庄杨中的表达 q遗传学报 ousss okxl }wu{ p wvv
卢善发 o宋艳茹 q维管组织分化的分子生物学研究 q植物学通报 ot||| okyl }ut| p uuz
汤浩茹 o• ¤¯ ¥¯µ¤∏±  o任正隆等 q通过农杆菌介导法将哈兹木霉几丁质酶 ׫∞±2wu基因导入核桃 q园艺学报 ousst oktl }tu p t{
魏建华 o赵华燕 o卢善发等 q毛白杨 χοµτ基因 ¦⁄‘„的克隆 !序列与特异性表达分析k英文l q植物学报 ousst okvl }vuy p vu{
伍宁丰 o孙 芹 o姚 斌等 q抗虫的转 ΑαΙΤ基因杨树的获得 q生物工程学报 ousss otykul }tu| p tvv
杨传平 o刘桂丰 o梁宏伟等 q耐盐基因 Βετ2Α转化小黑杨的研究 q林业科学 ousst ovzkyl }vw p v{
赵世民 o祖国诚 o刘根齐等 q通过农杆菌介导法将兔防御素 ΝΠ2t基因导入毛白杨k Ποπυλυστοµεντοσαl q遗传学报 ot||| ouykyl }ztt p ztw
赵志英 o周 鹏 o曾宪松等 q核酶基因转化番木瓜的研究 q热带作物学报 ot||{ okul }us p uy
詹亚光 o刘志华 o王玉成等 q白桦抗虫基因转化的初步研究 q东北林业大学学报 ousst okyl }w p y
郑均宝 o梁海永 o高宝嘉等 q转双抗虫基因 zwt毛白杨的选择及抗虫性 q林业科学 ousss ovykul }tv p t|
周 鹏 o郑学勤 q°• ≥∂2外壳蛋白基因在转基因番木瓜中的表达 q热带作物学报 ot||x¤o≥t }vy p v|
周 鹏 o郑学勤 q病毒 • ‘„复制酶 ) ‘¬¥基因转化番木瓜的研究 q热带作物学报 ot||x¥o≥t }ws p wv
周 鹏 o赵志英 o郑学勤 q人 Αp干扰素 u¥基因转化番茄 !番木瓜的研究k ´ l ) ) ) 人 Αp干扰素 u¥基因植物表达载体构建方法的研究 q
热带作物学报 ot||{ oktl }xu p xz
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