林木育種與材質改良

林木育種與材質改良蔡景武【摘要】綜述了現階段林木育種和材質改良意義及相互關系?！酒诳Q】《黑龍江科技信息》【年(卷)，期】2012(000)016【總頁數】1頁(P209-209)【關鍵詞】林木育種;材質改良;遺傳控制機制【作者】蔡景武【作者單位】黑龍江省清河林業(yè)局,黑龍江哈爾濱150000【正文語種】中文【中圖分類】S781對于樹木生長需要來說，樹干中木材的材性指標可能是完美無缺的，但從人類利用本材角度看，還存在某些不足和缺陷之處。為了克服木材的各種天然缺陷，提高木樹的功能性，擴大木材的使用范圍，提出了木材材性改良的要求。傳統(tǒng)的木材改性技術被稱之為木材改性工藝學。它是通過機械方法、物理方法和化學方法對伐倒后的木材，在工廠對木材進行工藝性處理，是對木樹缺陷采用的補救措施。而現代材質生物質改良是通過材質遺傳改良方法或營林培育措施培育優(yōu)質木材。材質遺傳改良，是利用生物技術改造或設計出新的優(yōu)良基因。在優(yōu)良基因的控制作用下，培育出具有優(yōu)良材質性能的木材，并且使其優(yōu)良材質性能得以世代相傳，從而獲得永久性改良效果。它是林木定向培育，提高木材材質的最根本措施。遺傳與變異是生物界的普遍現象，是自然界最普遍的規(guī)律之一。遺傳性要保持生物性狀不變，而變異性則要促使生物性狀發(fā)生改變，兩者構成了一對對立統(tǒng)一的矛盾。遺傳基因是決定木材各種材性指標的根本物質，與樹木形態(tài)（如樹冠特性、樹干形狀、缺陷等）一樣，木材許多性質例如花紋、木材密度、細胞形態(tài)、化學組成等都具有較強的遺傳性，通過遺傳改良可在經濟上產生迅速而較大的遺傳增益。自20世紀60年代以來，木材品質的生物技術改良方法，通過對林木群體中木材品質遺傳變異的利用、木材形成過程中木材品質的遺傳調控和目的基因的識別、分離和轉移等技術，進行木材材質性狀的定向遺傳改良。從木材形成的源頭來避免或克服其天然缺陷，改進了木材品質，同則還減少和降低因改進木材天然缺陷所帶來的能耗和環(huán)境壓力，對于節(jié)約能源、減少環(huán)境污染等具有重要意義。林木材性遺傳改良是對遺傳基因的改良。在實施和制定方案時，人們會問：〃哪些木材性質值得改良并且有好的效果?”理論上說，材性遺傳改良可對一切材質性狀進行改良。如對纖維長度、木質素含量等的改良，通過遺傳改良，可獲得永久性改良效果。從現有的事實來看，每一木材性質通過育種都能獲得好的反應，但每一個性狀都有著不同的經濟價值和重要性。作為遺傳方案只能致力于少數性狀以及獲取最大的增益，因此必須確定最重要的木材性質，不可能對每個性狀都進行試驗。目前主要是針對速生用材，特別是速生工業(yè)用材樹種進行了大量的研究，但都是通過表型性狀來推測生長與材質性狀（包括干形性狀）的聯合改良。對于材性遺傳機制還有待于進一步深入研究。對木材產品而言，木材密度是種內最為重要的本材性狀。在某些育種方案中也涉及纖維長度或長度均具有較強的遺傳模式，這些性狀的變異對最終產品都有顯著的影響，對于某些特殊產品來說，另一些木材性質則可能更為重要，尤其是闊葉樹裝飾用材的品質，木材的紋理或色澤可能就是至關重要的性狀。闊葉樹與針葉樹木材內部構造不同，著手木材質量改良時，必須注意到闊葉樹材的復雜性和針葉樹材的相對簡單性。闊葉樹材內部有著多種不同類型的細胞，同一細胞類型對遺傳和栽培措施的反應有時會截然不同，而針葉樹材則不然。如同葉樹樹中的環(huán)孔材生長季節(jié)早期形成的導管直徑，比一年中晚期形成的導管大得多，直接影響材性。散孔樹種如楊樹及按樹中，其導管的直徑都比較小，各階段形成的導管在大小上基本是一致的。針葉樹材和闊葉樹材木材的一般原則和育種策略是相同的，但在具體細節(jié)上有明顯的不同。林木育種最初目的是針對其抗逆性（抗病、抗蟲、抗除草劑、抗寒等）和生長（樹高、胸徑、材積）等性狀開展研究與實踐的。傳統(tǒng)林木遺傳育種方法如選種育種、引種馴化、雜交育種已在國內夕卜取得了引入注目的成效，如楊樹、桉樹、相思樹和美國南方松、日本落葉松等樹種。通過有性雜交，能獲得新的優(yōu)良品種，使材性得到改良。國內外有關紙漿木材密度的遺傳改良的研究報道，大多是采用有性雜交手段。我國對選擇收集起來眾多的馬尾松基因資源進行細致的調查、分類和全面的評價，尤其是要注意基因資源主要經濟性狀的研究分析，包括生長、形質、材性、適應性等，在此基礎上開展不同遺傳交配設計的雜交育種工作，根據不同定向培育的方向，創(chuàng)造出高產優(yōu)質的新品種。林木選種育種可產生較高的遺傳增益。通過強度選種可使30年生火炬松的管胞長度提高或下降0.5mm。林木改良的效果因性狀而異，但經過一個周期的選擇后，可望獲得高潮平均值10%的增益，而這種改良效果可以持續(xù)若干個選擇周期。目前，我國在馬尾松種源試驗林及其優(yōu)樹選擇基礎上營建了大量的優(yōu)樹種自由授粉家系子代測定林，這些測定林目前大多進入1/3-1/2輪伐期，根據不同材種定向選擇優(yōu)良的基因型可用作新一代育種群體、雜交親本或生產推廣。同時，開展性狀晚期相關性、早期選擇、遺傳參數的變化的研究，尤其是研究木材性狀和生長性狀的變異規(guī)律可達到加快馬層松材性遺傳改良研究，探索改良的有效途徑和縮短育種周期的目的。木材品質改良基因工程主要集中于控制木材紋理、木材力學性質、木材比重、木材造紙和造紙廢水污染有關的控制木質素合成等基因的分離和克隆。在控制木質素含量的基因轉移技術已獲得成功。美國、匈牙利、日本等國林木育種中心在上述方面取得了較大的進展。如美國密歇根大學姜立泉教授領導的研究小組成功地克隆了控制楊樹木素合成酶的幾種關鍵基因，經轉移到其他楊樹品種證實轉基因楊樹木素的含量可降低50%，生長量可提高30%。他們還將克隆的控制木素合成的基因轉化了落葉松等針葉樹，進入田間進行試驗。遺傳改良的目標是選擇優(yōu)良遺傳變異，加以固定利用，并最終獲取單位時間內的最大遺傳增益。但由于林木生長的周期太長，林木遺傳改良計劃必須從近期和長期兩個方面對所花費的時間和可能得到的增益加以平衡。早期選擇是利用林木幼年——成年相關的機制，期望在幼齡時期生長或材性最好的樹木在成熟期也是最好的。根據育種材料的幼年性狀對其成年的性狀作出預測并進行選擇（或淘汰），因此可及時地發(fā)現和用作發(fā)展生產群體親本或作為育種材料。一般認為，早期鑒定和選擇是可行的、必要的，它是縮短林木育種周期，加快林木育種進程的有效方法。1990年以來，國內外學者在林木早期選擇方面做了大量的工作，并已取得了可喜的進展。早期選擇和材質改良涉及到生長性狀與木材材質性狀的關系，因此林木遺傳上確定早期選擇的年齡很重要。如前所述生長性狀與木材材質性狀的關系一直是人們討論的熱點問題，目前這方面