生物技术在林业上研究和应用的概况及展望＊史忠礼1，高智慧1，俞世群2，江志标2（1.浙江省林业科学研究院杭州310023；2.浙江省桐庐县林业局）摘要：本文综述了树木种苗快速繁殖，优良树种选育，部分林产品的深精加工，以及林产品中特有物质的开发利用等方面生物技术研究和应用的概况及展望。

关键词：生物技术；植物组织培养；植物人工种子；精深加工发达的林业是国家富足、民族繁荣、社会文明的重要标志之一，这已成为全社会的共识。

今后林业的持续发展，林业科技必须在科学认识的基础上，吸收利用生物技术的新成果、新成就，发展完善传统技术，把两者结合起来，去迎接新世纪的挑战。

生物技术是指利用生物体系，应用先进的生物学和工程技术，通过加工或不加工底物原料，为人类提供所需各种产品或达到某种目的的一门新型跨学科技术。

生物技术自七十年代崛起以来，发展异常迅猛，现已成为新技术革命的重要组成部分，必将对人类经济发展及生产生活产生在影响，在农业上将导致一场新的“绿色革命”，并已渗透到林业科技与生产的许多领域，在某些方面开始形成新的产业。

生物技术在林业上的研究与应用，早已引起林学界的重视，并取得一定进展，如1993年就在北京林业大学召开了有关生物技术的国际学术会议。

现搜集有关这方面的文献资料，作一概述，并提出今后研究和应用的展望，以供讨论。

1 生物技术研究与应用概况1.1 植物组织培养植物组织培养虽然在林业研究应用比农业起步较迟，但在有关科研院校等部门的努力下，已取得许多研究应用成果，约有几十个树种能够借助组织培养的手段，进行快速繁殖。

一些具有重要价值的用材、经济树种和花木等实现了工业化、商业化生产，有的建成“植物微型繁殖中心”等。

如桉树是我国南方一些省、区植树造林的重要优良树种，经选用“雷林1号”优良桉树，以组织培养和常规营养繁殖相结合的方式，种苗生产规模已达到年产百万苗的水平，取得显著的经济效益。

华北地区通过工厂化培育毛白杨优良种苗的生产也达到年产百万株的水平，对当地造林绿化事业做出了积极的贡献。

* 2001年“浙江省生物技术及产业化发展研讨会”入选论文。

药用树种由于资源短缺，如三尖杉、红豆杉、枸杞、罗汉果等，亦应用植物组织培养技术进行研究，获得不少进展，如西北大学植物研究所研究了红豆杉愈伤组织的诱导，培养及愈伤组织中紫杉醇的产生，结果表明，在以1/2MS培养基为基本培养基的条件下，在一个较宽的生长素浓度范围内，均可诱导发生红豆杉的愈伤组织；不同类型的植物生长素IAA、IBA，NAA及2，4－D和6－BA的组合均可使红豆杉外植体30天的愈伤组织发生率达60％以上。

利用茎尖培养结合快速繁殖获得脱病毒苗，已得到脱毒苗的树种有枣树、苹果、柑桔、葡萄、香蕉等。

例如利用脱毒后的组织培养技术生产出大批的脱毒枣树苗，解决了枣树病毒世世代代传下去影响产量的难题。

脱毒的名贵花木，花朵又大又鲜艳，大大增强了在国际市场上的竞争力。

1.2 植物人工种子植物人工种子是近年来生物技术中发展迅速的领域之一。

它在快速繁殖优良品种与无性系，固定杂种优势，简化育种程序，与基因工程、脱病技术等相结合方面，具有诱人的前景。

虽然在松树、云杉、桉树、杨树、桑树、刺五加、葡萄等树种人工种子研究上取得较大进展，但对木本植物的大多数重要性状如抗病性、生长速度、果实味感等方面，还要经过较长时间才能作出鉴定，在实践应用上还有许多环节需要解决，所以木本植物人工种子的研究和应用，还应深入下去。

1.3 林木遗传育种生物技术打破了传统的遗传育种手段，对林木遗传改良具有深远的意义，近几年来，应用植物原生质体培养研究的树种中，已有毛白杨、小叶杨、泡桐、悬铃木、桑树、猕猴桃、苹果及柑桔等的再生植株获得成功。

桉树在基因工程、遗传图谱及数量性状基因定位、DNA指纹图谱等方面的研究也进展显著，有力地推动了育种进程。

在植物体细胞杂交方面，已有由粗柠檬叶肉原生质体与哈姆林甜橙胚性悬浮细胞原生质体经PEG诱导融合，培养出的杂种植株生长旺盛，根系发达，叶片和植株形态介于双亲之间，表明是属柑桔种间体细胞杂种。

继而又培养出金柑属与柑桔属的属间体细胞杂种。

1.4 利用转基因生物技术获得转基因树种有报道应用根癌农杆菌介导的转化法的研究，获得杨树转基因植株。

例如毒蛋白基因在杨树的转入，使害虫在植株上取食后会出现厌食症状而死亡。

不过当前以木质素遗传的研究应用最受世人瞩目。

因为木材所含的木质素在制浆过程中，要耗费大量的能源与化学药品才能被降解移除。

木质素遗传工程的主要研究目标是将树木的木质素含量或结构改变，以期减少制浆造纸的成本。

据报道，台湾的学者已从林木选殖出木质素生物合成专一基因6个，例如将其中一个反转式OMT（O－methyl transferase）核酸构造，先后分别被转殖到杂交杨、颤杨、甜枫等树种中，转殖苗木的木质部却由白色转为红褐色，这由于醛基含量显著增加所导致的现象，也因为醛基含量的增加，使得木材所含的木质素在制浆时非常容易被降解移除，木材的颜色也很容易被还原成白色，明显提高了制浆速率。

这一研究引起企业界重视。

根据研究报道，用基因组DNA对孝顺竹、凤尾竹、绿竹、白绿竹，以及板栗主栽品种（无性系），还有南方红豆杉，都先后进行了RAPD随机或多次扩增的DNA多态性分析。

这些竹种和树种的RAPD指纹谱有助于对它们的分子生物研究，可直接提供遗传变异等方面的分子鉴定方法，亦为这些竹种、树种及板栗无性系基因工程的研究和应用提供了分子标记基础。

1.5 林产品的深精加工和特有物质物的开发利用应用生物技术进行部分林产品的深精加工和特有物质（如天然药物等）的开发利用等方面起着越来越大的作用，对其研究和应用也引起科技界和企业界的重视。

例如对天然色素研究与开发受到关注，这是因为化学合成色素大多数种类对人体有毒害作用而逐渐被天然色素所代替。

据报道现已开发研究的色素树种有几十种，并取得可喜的成绩。

木本药用植物较多，如银杏、杜仲、厚朴、喜树、三尖杉和南方红豆杉等都是重要的药用树种。

其中有的经精深加工已投入工业化、商品化生产，产品行销国内外。

又有报道从竹叶中提取竹叶黄酮作为中间体生产的医药保健品也已投入生产。

喜树、三尖杉、红豆杉等又都是抗癌药物的原料，其中红豆杉的紫杉醇被美国癌症研究所誉为近10多年来发现最有效的抗癌药物。

由于红豆杉资源有限，该树种又生长缓慢，因此，可经不断采割的再生枝叶引起了科技界和企业界的瞩目。

我国在“八五”、“九五”和“863”计划中连续拨款投入工业化培养红豆杉细胞生产抗肿瘤药物紫杉醇的研究，已达到60mg/L的世界先进水平，预计在新世纪将会生产应用。

2 生物技术在林业上研究和应用的几点建议和展望2.1 继续深入研究植物组织培养，特别对珍稀濒危树种的植物组织培养，以保存和扩大这些树种的种资质源。

建议对含特有物质的树种，应进行选优，运用组织培养手段快速繁殖以扩大资源。

据研究报道，浙江有分布的南方红豆杉，其针叶中紫杉醇类的含量除DB（10-deacetyl baccatin Ⅲ），都比枝条的含量高约2倍以上。

而且这些成分主要的变异来源多来自不同的种源和单株间。

以最重要的3种成分而言，针叶中紫杉醇、DB和BC（baccatin Ⅲ）*含量在最高种源的平均含量分别为：275、2444、142ppm，最低种源则为：6、68.0ppm；最高单株为：368、3605、142ppm，最低单株几乎不含此3种成分。

因此要增加浙江南方红豆杉枝叶紫杉醇的产量，最好的方法就是选择高含量种源内的单株进行组织培养快速繁殖，或细胞培养。

这应引起科技界和企业界的重视，建议科技界与企业界联手研究开发，其前途远大。

树木人工种子的研究和应用，还有许多难题需要攻关，以争取应用于实践，产生经济效益。

为了加速利用原生质体培养，应结合体细胞杂交和遗传转化等生物技术，有效地改良树种，进行深入研究以取得更大的成果。

2.2 今后遗传工程在林业上研究和应用有以下几点建议：(1)木质素遗传工程及木材形成的研究；(2)林木受损伤反应相关基因表现及抗病虫基因的林木遗传工程研究；(3)林木发育与成熟的分子生物学研究。

2.3 应用生物技术对林产品的精深加工和林产品中特有物质的开发利用等方面大有前途，应引起科技界和企业界的重视。

在社会市场要求下，更应加强对林产品中特有物质种类及化学成分、结构的研究探索，以发现开发新的产品。

例如在世界性中医药热的影响下，许多国家都对天然药物越来越感兴趣，这为我国中成药、保健食品等进入国际市场创造了有利条件。

特别是加入WTO以后，竞争更加急烈，要使林产品打入国际市场须加倍努力。

天然植物色素研究和应用前景非常广阔，而且现在正掀起一股色素研究开发的热潮，应抓住机遇，应用现代生物技术，不断开发新的天然色素，新的产品，提高产品质量，扩大色素资源，并使天然色素资源得到充分利用，增强我国食品工业的国际竞争力。

2.4 新世纪所面临的最大难题及困境可能是能源。

随着地球上化石燃料能源的不断耗尽，寻找再生能源及提高其利用率就显得格外重要。

植物界中有许多能产“石油”的植物。

这些植物大多是橡胶树的近缘，所含的汁液不仅丰富，而且有较高比例的碳氢化合物，如对这些液汁适当加工后，可与石油混合作为动力机的燃料。

因此许多国家*紫杉醇前驱物DB和BC与紫杉醇是紫杉醇类化合物中最重要的3种成分。

的科学家都在寻找和选育“石油”树。

如美国发现的兰桉，菲律宾和马来西亚的银合欢，巴西发现名叫可比巴的“石油树”等。

我们也应着手这方面的研究与开发，迎接新世纪的挑战。

2.5 森林的废物木屑、纤维素、半纤维素、木质素等，以往经酸碱水解，转化成微生物可利用的糖类，再供微生物发酵生产乙醇燃料。

但存在不少问题：酸解条件苛刻，对设备有很强的腐蚀作用，需要耐酸碱的设备，还会产生有毒的分解产物如糖醛、酚类物质，而且成本高。

建议加强微生物混合发酵及纤维素酶基因克隆与表达的研究。

以期不远的将来，可能解决直接利用纤维素发酵乙醇所存在的问题，从而摆脱石油缺乏的困境。

参考文献[1]铁铮等，用绿色迎接21世纪。

北京：中国林业出版社，1995[2]宋思杨，楼士林主编，生物技术概论。

北京：科学出版社，1999[3]陈振荣，浅谈森林生物技术之研究与发展。

台湾省林业试验所，1997，单行本014号[4]何政坤等，台湾红豆杉天然母树枝叶紫杉醇类含量的变异与选种价值。

台湾省林业试验所专讯，1999，6（1）：4-5[5]赵长琦等，抗肿瘤植物药及其有效成份。

北京：中国中医药出版社，1995[6]王桃云等，我国天然植物色素研究与开发初探。

浙江林业科技，2001，21（4）[7]李琴等，浙江省竹子产业发展现状与急需解决的问题。

浙江林业科技，2001，21（3）[8]史忠礼，植物组织培养在林业上的应用。