逆境生物工程技術在園林植物的應用現狀及前景

易友剛,劉忠林,

(1.綏芬河市林業局,黑龍江 綏芬河 157300;2.黑龍江省七臺河市園林管理局)

園林植物生長在城區內,直接面對多種類型的污染,例如汽車尾氣、光、熱、水、重金屬鹽類等,因此立地條件與植物適宜的環境有很大差距,園林植物在整個生長過程中遭受多種逆境的協同脅迫。因此利用逆境生物工程技術培育抗城市逆境脅迫的園林植物對城市園林綠化事業將起到巨大的推動作用。

1 研究現狀

近一個時期以來園林綠化市場的持續升溫,園林植物育種領域的研究不斷得到重視,在傳統育種技術的基礎上,以現代生物技術、航天和離子注入誘變育種為核心的高新技術育種得到較大程度的發展。由于傳統育種手段在創新種質過程中所需的育種周期長,相對難于實現人們預先設定的目標,并且優良種質的繁殖速度相對較慢,良種短期內難于實現規模化推廣,極大地阻礙了種質創新和推廣。隨著細胞全能性理論以及分子遺傳學相關原理不斷被揭示,現代生物技術慢慢進入了現代生產中。以植物基因工程和細胞工程技術為核心的現代生物技術早期是在農作物中得到試驗和應用,隨著該領域相關技術漸趨成熟,涉及分子標記輔助選擇育種、基因分離和轉移、原生質體融合(體細胞雜交)、離體胚培養、花粉和花藥培養等新育種技術,從20世紀80年代開始,已逐漸成為改良園林植物品種和創造新種質的捷徑,并已取得令人矚目的成就。主要涉及上百種園林植物并開展了較為廣泛的研究,重點探討了株型和花型、花色和香味、生長發育、抗衰老、抗病蟲、抗逆境等。國內在利用基因工程技術開展園林植物育種的工作,雖總體水平不及歐美一些發達國家,但也已取得可喜成就。如北大植物基因工程實驗室已成功地利用基因工程手段,培育出粉、白、紫三色相間的轉基因花;北京林業大學利用RAPD、AFLP等分子標記,開展了丁香、菊花、梅花、牡丹等園林植物系統分類和輔助育種工作,北大、華中農大、上海植生所以及有關高等院校和科研院所在對抗蟲、抗病、抗逆境、抗衰老、保鮮、熒光等基因構建方面的研究也已呈現良好的勢頭。但是東北地區尤其是黑龍江省開展這方面的研究較少。

目前在應用現代生物工程技術相對較多的是草本花卉、草坪,而在一些木本園林植物上應用相對少一些。這些工作在國外主要是一些企業行為,國外農業公司為了在激烈市場競爭中處于有利的地位,竟相在育種工作中應用現在生物工程技術,并取得了巨大的成就。對于木本植物而言,主要的研究熱點是通過現代生物工程技術提升紙漿材的品質。而在園林植物上主要是在草坪育種工作中應用現代生物工程技術的報道較多,同時也是研究的較為深入的。

現在逆境生物工程技術在其他園林植物,尤其是木本園林植物研究報到不多,這正是大有可為之處。北方地區園林植物所遭受的主要逆境脅迫是干旱,鹽害,冷害。這三種逆境可以通過轉入BeDREB基因以提高其綜合抗性。園林植物尤其是木本喬木的育種同林木育種沒有明顯的界限,近年來在黑龍江應用較為廣泛的一種行道樹銀中楊,就是東北防護林研究所培育的防護林品種。如果應用逆境生物工程技術在選育優良林木品種的同時,選育出抗逆的綠化樹種是有巨大商業價值的。總的來說,與其它農作物品種的基因工程改良研究相比,園林植物基因工程研究顯得較為滯后,從事木本園林植物的研究就寥寥無幾,據報道,南京林業大學已經開始木本園林植物的育種工作。

2 存在問題及前景

目前園林植物的基因工程研究存在下列問題,有待克服或解決:建立高效的再生系統,這是進行基因工程的前提。愈傷組織的的誘導和再生與基因型有關。同種植物,不同品種間誘導愈傷組織和再生植物的培養基成分可能差異很大,而且有些品種似乎很難獲得再生植物。遺傳轉化方法尚需進一步研究。目前,主要是采用PEG誘導的原生質體直接轉化或基因槍轟擊法,這兩種方法均有不足之處;而農桿菌介導的轉化方法應用于許多木本植物已獲成功,但仍有待于在更多木本植物上開展研究。尤其是發根農桿菌,利用發根農桿菌介導的轉化植株,根系發達,能夠有效的增加植物的抗旱性。但是我國可供利用的擁有知識產權的基因還不多,需要與分子生物學科技工作者協作攻關。

由于基因工程技術比傳統的育種技術具有一些獨特的優越性,如基因來源廣泛,不僅可以利用植物基因,也可以利用動物、微生物等來源的基因;針對性強,可以將特定的目的基因直接轉化需改良的特定品種;所需育種周期短、省時省力。將抗旱抗鹽基因轉化特定品種,獲得改良的轉基因植物,提高園林植物的抗旱性和耐鹽性,用于干旱地區或鹽堿地的綠化,也可以減少園林植物灌溉用水,或用含鹽分高的非飲用水灌溉,節省水資源。將抗寒基因轉化園林植物,培育出抗寒的品種,對于延長北方地區綠期和改善在低溫下的存活有重要的意義。而這些育種工作中最有潛力的是培育具有抗除草劑基因標記的轉基因草坪草,既可用除草劑滅殺雜草,減少手工拔草所費勞動力成本。又可有針對性培育抗病、抗逆的轉基因草坪草,培育出抗病品種可以減少各種農藥的應用,減低施用農藥造成的環境污染,培育出抗旱品種更具有意義,例如大多北方城市的綠化從已草為主,改為以樹為主,這里一個重要的原因就是草坪耐干旱脅迫的能力差,生長不良。而當前亟待解決的是如何利用轉基因技術增強楊柳科植物對爛皮病的抗性,東北城市的行道樹,以楊柳科為主,2003年就曾在黑龍江的許多城市楊柳爛皮病大發生,造成了巨大的經濟損失,楊柳爛皮病,難防難治。可以通過生物工程技術提高其的抗逆性,選育出新品種,等等。基因工程為我們展現了美好的未來,這些也是以后育種研究的重中之重。

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