林木育种与材质改良

林木育种与材质改良蔡景武【摘要】综述了现阶段林木育种和材质改良意义及相互关系。【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷)，期】2012(000)016【总页数】1页(P209-209)【关键词】林木育种;材质改良;遗传控制机制【作者】蔡景武【作者单位】黑龙江省清河林业局,黑龙江哈尔滨150000【正文语种】中文【中图分类】S781对于树木生长需要来说，树干中木材的材性指标可能是完美无缺的，但从人类利用本材角度看，还存在某些不足和缺陷之处。为了克服木材的各种天然缺陷，提高木树的功能性，扩大木材的使用范围，提出了木材材性改良的要求。传统的木材改性技术被称之为木材改性工艺学。它是通过机械方法、物理方法和化学方法对伐倒后的木材，在工厂对木材进行工艺性处理，是对木树缺陷采用的补救措施。而现代材质生物质改良是通过材质遗传改良方法或营林培育措施培育优质木材。材质遗传改良，是利用生物技术改造或设计出新的优良基因。在优良基因的控制作用下，培育出具有优良材质性能的木材，并且使其优良材质性能得以世代相传，从而获得永久性改良效果。它是林木定向培育，提高木材材质的最根本措施。遗传与变异是生物界的普遍现象，是自然界最普遍的规律之一。遗传性要保持生物性状不变，而变异性则要促使生物性状发生改变，两者构成了一对对立统一的矛盾。遗传基因是决定木材各种材性指标的根本物质，与树木形态（如树冠特性、树干形状、缺陷等）一样，木材许多性质例如花纹、木材密度、细胞形态、化学组成等都具有较强的遗传性，通过遗传改良可在经济上产生迅速而较大的遗传增益。自20世纪60年代以来，木材品质的生物技术改良方法，通过对林木群体中木材品质遗传变异的利用、木材形成过程中木材品质的遗传调控和目的基因的识别、分离和转移等技术，进行木材材质性状的定向遗传改良。从木材形成的源头来避免或克服其天然缺陷，改进了木材品质，同则还减少和降低因改进木材天然缺陷所带来的能耗和环境压力，对于节约能源、减少环境污染等具有重要意义。林木材性遗传改良是对遗传基因的改良。在实施和制定方案时，人们会问：〃哪些木材性质值得改良并且有好的效果?”理论上说，材性遗传改良可对一切材质性状进行改良。如对纤维长度、木质素含量等的改良，通过遗传改良，可获得永久性改良效果。从现有的事实来看，每一木材性质通过育种都能获得好的反应，但每一个性状都有着不同的经济价值和重要性。作为遗传方案只能致力于少数性状以及获取最大的增益，因此必须确定最重要的木材性质，不可能对每个性状都进行试验。目前主要是针对速生用材，特别是速生工业用材树种进行了大量的研究，但都是通过表型性状来推测生长与材质性状（包括干形性状）的联合改良。对于材性遗传机制还有待于进一步深入研究。对木材产品而言，木材密度是种内最为重要的本材性状。在某些育种方案中也涉及纤维长度或长度均具有较强的遗传模式，这些性状的变异对最终产品都有显著的影响，对于某些特殊产品来说，另一些木材性质则可能更为重要，尤其是阔叶树装饰用材的品质，木材的纹理或色泽可能就是至关重要的性状。阔叶树与针叶树木材内部构造不同，着手木材质量改良时，必须注意到阔叶树材的复杂性和针叶树材的相对简单性。阔叶树材内部有着多种不同类型的细胞，同一细胞类型对遗传和栽培措施的反应有时会截然不同，而针叶树材则不然。如同叶树树中的环孔材生长季节早期形成的导管直径，比一年中晚期形成的导管大得多，直接影响材性。散孔树种如杨树及按树中，其导管的直径都比较小，各阶段形成的导管在大小上基本是一致的。针叶树材和阔叶树材木材的一般原则和育种策略是相同的，但在具体细节上有明显的不同。林木育种最初目的是针对其抗逆性（抗病、抗虫、抗除草剂、抗寒等）和生长（树高、胸径、材积）等性状开展研究与实践的。传统林木遗传育种方法如选种育种、引种驯化、杂交育种已在国内夕卜取得了引入注目的成效，如杨树、桉树、相思树和美国南方松、日本落叶松等树种。通过有性杂交，能获得新的优良品种，使材性得到改良。国内外有关纸浆木材密度的遗传改良的研究报道，大多是采用有性杂交手段。我国对选择收集起来众多的马尾松基因资源进行细致的调查、分类和全面的评价，尤其是要注意基因资源主要经济性状的研究分析，包括生长、形质、材性、适应性等，在此基础上开展不同遗传交配设计的杂交育种工作，根据不同定向培育的方向，创造出高产优质的新品种。林木选种育种可产生较高的遗传增益。通过强度选种可使30年生火炬松的管胞长度提高或下降0.5mm。林木改良的效果因性状而异，但经过一个周期的选择后，可望获得高潮平均值10%的增益，而这种改良效果可以持续若干个选择周期。目前，我国在马尾松种源试验林及其优树选择基础上营建了大量的优树种自由授粉家系子代测定林，这些测定林目前大多进入1/3-1/2轮伐期，根据不同材种定向选择优良的基因型可用作新一代育种群体、杂交亲本或生产推广。同时，开展性状晚期相关性、早期选择、遗传参数的变化的研究，尤其是研究木材性状和生长性状的变异规律可达到加快马层松材性遗传改良研究，探索改良的有效途径和缩短育种周期的目的。木材品质改良基因工程主要集中于控制木材纹理、木材力学性质、木材比重、木材造纸和造纸废水污染有关的控制木质素合成等基因的分离和克隆。在控制木质素含量的基因转移技术已获得成功。美国、匈牙利、日本等国林木育种中心在上述方面取得了较大的进展。如美国密歇根大学姜立泉教授领导的研究小组成功地克隆了控制杨树木素合成酶的几种关键基因，经转移到其他杨树品种证实转基因杨树木素的含量可降低50%，生长量可提高30%。他们还将克隆的控制木素合成的基因转化了落叶松等针叶树，进入田间进行试验。遗传改良的目标是选择优良遗传变异，加以固定利用，并最终获取单位时间内的最大遗传增益。但由于林木生长的周期太长，林木遗传改良计划必须从近期和长期两个方面对所花费的时间和可能得到的增益加以平衡。早期选择是利用林木幼年——成年相关的机制，期望在幼龄时期生长或材性最好的树木在成熟期也是最好的。根据育种材料的幼年性状对其成年的性状作出预测并进行选择（或淘汰），因此可及时地发现和用作发展生产群体亲本或作为育种材料。一般认为，早期鉴定和选择是可行的、必要的，它是缩短林木育种周期，加快林木育种进程的有效方法。1990年以来，国内外学者在林木早期选择方面做了大量的工作，并已取得了可喜的进展。早期选择和材质改良涉及到生长性状与木材材质性状的关系，因此林木遗传上确定早期选择的年龄很重要。如前所述生长性状与木材材质性状的关系一直是人们讨论的热点问题，目前这方面