逆境生物工程技术在园林植物的应用现状及前景

易友刚,刘忠林,

(1.绥芬河市林业局,黑龙江 绥芬河 157300;2.黑龙江省七台河市园林管理局)

园林植物生长在城区内,直接面对多种类型的污染,例如汽车尾气、光、热、水、重金属盐类等,因此立地条件与植物适宜的环境有很大差距,园林植物在整个生长过程中遭受多种逆境的协同胁迫。因此利用逆境生物工程技术培育抗城市逆境胁迫的园林植物对城市园林绿化事业将起到巨大的推动作用。

1 研究现状

近一个时期以来园林绿化市场的持续升温,园林植物育种领域的研究不断得到重视,在传统育种技术的基础上,以现代生物技术、航天和离子注入诱变育种为核心的高新技术育种得到较大程度的发展。由于传统育种手段在创新种质过程中所需的育种周期长,相对难于实现人们预先设定的目标,并且优良种质的繁殖速度相对较慢,良种短期内难于实现规模化推广,极大地阻碍了种质创新和推广。随着细胞全能性理论以及分子遗传学相关原理不断被揭示,现代生物技术慢慢进入了现代生产中。以植物基因工程和细胞工程技术为核心的现代生物技术早期是在农作物中得到试验和应用,随着该领域相关技术渐趋成熟,涉及分子标记辅助选择育种、基因分离和转移、原生质体融合(体细胞杂交)、离体胚培养、花粉和花药培养等新育种技术,从20世纪80年代开始,已逐渐成为改良园林植物品种和创造新种质的捷径,并已取得令人瞩目的成就。主要涉及上百种园林植物并开展了较为广泛的研究,重点探讨了株型和花型、花色和香味、生长发育、抗衰老、抗病虫、抗逆境等。国内在利用基因工程技术开展园林植物育种的工作,虽总体水平不及欧美一些发达国家,但也已取得可喜成就。如北大植物基因工程实验室已成功地利用基因工程手段,培育出粉、白、紫三色相间的转基因花;北京林业大学利用RAPD、AFLP等分子标记,开展了丁香、菊花、梅花、牡丹等园林植物系统分类和辅助育种工作,北大、华中农大、上海植生所以及有关高等院校和科研院所在对抗虫、抗病、抗逆境、抗衰老、保鲜、荧光等基因构建方面的研究也已呈现良好的势头。但是东北地区尤其是黑龙江省开展这方面的研究较少。

目前在应用现代生物工程技术相对较多的是草本花卉、草坪,而在一些木本园林植物上应用相对少一些。这些工作在国外主要是一些企业行为,国外农业公司为了在激烈市场竞争中处于有利的地位,竟相在育种工作中应用现在生物工程技术,并取得了巨大的成就。对于木本植物而言,主要的研究热点是通过现代生物工程技术提升纸浆材的品质。而在园林植物上主要是在草坪育种工作中应用现代生物工程技术的报道较多,同时也是研究的较为深入的。

现在逆境生物工程技术在其他园林植物,尤其是木本园林植物研究报到不多,这正是大有可为之处。北方地区园林植物所遭受的主要逆境胁迫是干旱,盐害,冷害。这三种逆境可以通过转入BeDREB基因以提高其综合抗性。园林植物尤其是木本乔木的育种同林木育种没有明显的界限,近年来在黑龙江应用较为广泛的一种行道树银中杨,就是东北防护林研究所培育的防护林品种。如果应用逆境生物工程技术在选育优良林木品种的同时,选育出抗逆的绿化树种是有巨大商业价值的。总的来说,与其它农作物品种的基因工程改良研究相比,园林植物基因工程研究显得较为滞后,从事木本园林植物的研究就寥寥无几,据报道,南京林业大学已经开始木本园林植物的育种工作。

2 存在问题及前景

目前园林植物的基因工程研究存在下列问题,有待克服或解决:建立高效的再生系统,这是进行基因工程的前提。愈伤组织的的诱导和再生与基因型有关。同种植物,不同品种间诱导愈伤组织和再生植物的培养基成分可能差异很大,而且有些品种似乎很难获得再生植物。遗传转化方法尚需进一步研究。目前,主要是采用PEG诱导的原生质体直接转化或基因枪轰击法,这两种方法均有不足之处;而农杆菌介导的转化方法应用于许多木本植物已获成功,但仍有待于在更多木本植物上开展研究。尤其是发根农杆菌,利用发根农杆菌介导的转化植株,根系发达,能够有效的增加植物的抗旱性。但是我国可供利用的拥有知识产权的基因还不多,需要与分子生物学科技工作者协作攻关。

由于基因工程技术比传统的育种技术具有一些独特的优越性,如基因来源广泛,不仅可以利用植物基因,也可以利用动物、微生物等来源的基因;针对性强,可以将特定的目的基因直接转化需改良的特定品种;所需育种周期短、省时省力。将抗旱抗盐基因转化特定品种,获得改良的转基因植物,提高园林植物的抗旱性和耐盐性,用于干旱地区或盐碱地的绿化,也可以减少园林植物灌溉用水,或用含盐分高的非饮用水灌溉,节省水资源。将抗寒基因转化园林植物,培育出抗寒的品种,对于延长北方地区绿期和改善在低温下的存活有重要的意义。而这些育种工作中最有潜力的是培育具有抗除草剂基因标记的转基因草坪草,既可用除草剂灭杀杂草,减少手工拔草所费劳动力成本。又可有针对性培育抗病、抗逆的转基因草坪草,培育出抗病品种可以减少各种农药的应用,减低施用农药造成的环境污染,培育出抗旱品种更具有意义,例如大多北方城市的绿化从已草为主,改为以树为主,这里一个重要的原因就是草坪耐干旱胁迫的能力差,生长不良。而当前亟待解决的是如何利用转基因技术增强杨柳科植物对烂皮病的抗性,东北城市的行道树,以杨柳科为主,2003年就曾在黑龙江的许多城市杨柳烂皮病大发生,造成了巨大的经济损失,杨柳烂皮病,难防难治。可以通过生物工程技术提高其的抗逆性,选育出新品种,等等。基因工程为我们展现了美好的未来,这些也是以后育种研究的重中之重。

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