林木育種與材質(zhì)改良蔡景武【摘要】綜述了現(xiàn)階段林木育種和材質(zhì)改良意義及相互關(guān)系?！酒诳Q】《黑龍江科技信息》【年(卷)，期】2012(000)016【總頁數(shù)】1頁(P209-209)【關(guān)鍵詞】林木育種;材質(zhì)改良;遺傳控制機(jī)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(biāo)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(kuò)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(shù)被稱之為木材改性工藝學(xué)。它是通過機(jī)械方法、物理方法和化學(xué)方法對伐倒后的木材，在工廠對木材進(jìn)行工藝性處理，是對木樹缺陷采用的補(bǔ)救措施。而現(xiàn)代材質(zhì)生物質(zhì)改良是通過材質(zhì)遺傳改良方法或營林培育措施培育優(yōu)質(zhì)木材。材質(zhì)遺傳改良，是利用生物技術(shù)改造或設(shè)計(jì)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(zhì)性能的木材，并且使其優(yōu)良材質(zhì)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(zhì)的最根本措施。遺傳與變異是生物界的普遍現(xiàn)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(gòu)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(biāo)的根本物質(zhì)，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(zhì)例如花紋、木材密度、細(xì)胞形態(tài)、化學(xué)組成等都具有較強(qiáng)的遺傳性，通過遺傳改良可在經(jīng)濟(jì)上產(chǎn)生迅速而較大的遺傳增益。自20世紀(jì)60年代以來，木材品質(zhì)的生物技術(shù)改良方法，通過對林木群體中木材品質(zhì)遺傳變異的利用、木材形成過程中木材品質(zhì)的遺傳調(diào)控和目的基因的識別、分離和轉(zhuǎn)移等技術(shù)，進(jìn)行木材材質(zhì)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(jìn)了木材品質(zhì)，同則還減少和降低因改進(jìn)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(shí)施和制定方案時(shí)，人們會(huì)問：〃哪些木材性質(zhì)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(zhì)性狀進(jìn)行改良。如對纖維長度、木質(zhì)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(xiàn)有的事實(shí)來看，每一木材性質(zhì)通過育種都能獲得好的反應(yīng)，但每一個(gè)性狀都有著不同的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和重要性。作為遺傳方案只能致力于少數(shù)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(zhì)，不可能對每個(gè)性狀都進(jìn)行試驗(yàn)。目前主要是針對速生用材，特別是速生工業(yè)用材樹種進(jìn)行了大量的研究，但都是通過表型性狀來推測生長與材質(zhì)性狀（包括干形性狀）的聯(lián)合改良。對于材性遺傳機(jī)制還有待于進(jìn)一步深入研究。對木材產(chǎn)品而言，木材密度是種內(nèi)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(qiáng)的遺傳模式，這些性狀的變異對最終產(chǎn)品都有顯著的影響，對于某些特殊產(chǎn)品來說，另一些木材性質(zhì)則可能更為重要，尤其是闊葉樹裝飾用材的品質(zhì)，木材的紋理或色澤可能就是至關(guān)重要的性狀。闊葉樹與針葉樹木材內(nèi)部構(gòu)造不同，著手木材質(zhì)量改良時(shí)，必須注意到闊葉樹材的復(fù)雜性和針葉樹材的相對簡單性。闊葉樹材內(nèi)部有著多種不同類型的細(xì)胞，同一細(xì)胞類型對遺傳和栽培措施的反應(yīng)有時(shí)會(huì)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(dǎo)管直徑，比一年中晚期形成的導(dǎo)管大得多，直接影響材性。散孔樹種如楊樹及按樹中，其導(dǎo)管的直徑都比較小，各階段形成的導(dǎo)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(xì)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(shí)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(nèi)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(nèi)外有關(guān)紙漿木材密度的遺傳改良的研究報(bào)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(jìn)行細(xì)致的調(diào)查、分類和全面的評價(jià)，尤其是要注意基因資源主要經(jīng)濟(jì)性狀的研究分析，包括生長、形質(zhì)、材性、適應(yīng)性等，在此基礎(chǔ)上開展不同遺傳交配設(shè)計(jì)的雜交育種工作，根據(jù)不同定向培育的方向，創(chuàng)造出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的新品種。林木選種育種可產(chǎn)生較高的遺傳增益。通過強(qiáng)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(jīng)過一個(gè)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(gè)選擇周期。目前，我國在馬尾松種源試驗(yàn)林及其優(yōu)樹選擇基礎(chǔ)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(jìn)入1/3-1/2輪伐期，根據(jù)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(chǎn)推廣。同時(shí)，開展性狀晚期相關(guān)性、早期選擇、遺傳參數(shù)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(dá)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(zhì)改良基因工程主要集中于控制木材紋理、木材力學(xué)性質(zhì)、木材比重、木材造紙和造紙廢水污染有關(guān)的控制木質(zhì)素合成等基因的分離和克隆。在控制木質(zhì)素含量的基因轉(zhuǎn)移技術(shù)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(jìn)展。如美國密歇根大學(xué)姜立泉教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組成功地克隆了控制楊樹木素合成酶的幾種關(guān)鍵基因，經(jīng)轉(zhuǎn)移到其他楊樹品種證實(shí)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化了落葉松等針葉樹，進(jìn)入田間進(jìn)行試驗(yàn)。遺傳改良的目標(biāo)是選擇優(yōu)良遺傳變異，加以固定利用，并最終獲取單位時(shí)間內(nèi)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(jì)劃必須從近期和長期兩個(gè)方面對所花費(fèi)的時(shí)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(guān)的機(jī)制，期望在幼齡時(shí)期生長或材性最好的樹木在成熟期也是最好的。根據(jù)育種材料的幼年性狀對其成年的性狀作出預(yù)測并進(jìn)行選擇（或淘汰），因此可及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和用作發(fā)展生產(chǎn)群體親本或作為育種材料。一般認(rèn)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(jìn)程的有效方法。1990年以來，國內(nèi)外學(xué)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(jìn)展。早期選擇和材質(zhì)改良涉及到生長性狀與木材材質(zhì)性狀的關(guān)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(zhì)性狀的關(guān)系一直是人們討論的熱點(diǎn)問題，目前這方面