现代林木育种关键核心技术研究现状与展望

良种是提升人工林生产力和增强其碳汇能力的重要基础。“林业种质资源培育与质量提升”是国家“十四五”重点研发任务之一。突破制约林木育种效率和遗传增益提升的瓶颈对于保障国家木材安全和实现“双碳”目标具有十分重要的战略意义。由于传统林木育种周期长、效率低、表型选择精度差,以分子育种为代表的现代育种技术可以显著缩短林木育种周期,精准改良目标性状,成为实现高效林木遗传改良的关键途径。笔者分析了限制林木遗传改良进程的主要问题,阐述了全基因组选择育种等现代林木育种关键核心技术的发展现状及应用情况,并对这些技术未来发展方向进行了展望,为加速林木遗传改良的重大技术创新提供参考。     

林木遗传育种研究进展

林木遗传育种是研究森林遗传和林木良种选育理论与技术的科学。其因林木地理变异规律研究而萌芽,伴随着遗传学基本理论体系形成完成奠基,在不断推动遗传改良以满足人工林高效培育的良种急需中实现林木遗传育种现代理论和技术体系构建,并在进入21世纪之后开启了分子设计育种的深入发展阶段。经过近两个世纪的创新发展,林木遗传育种形成了一个适合树木生物学特点、遗传基础研究与育种创新应用紧密结合并协同发展的学科体系。其中,基于轮回选择不断推进以选择、交配、遗传测定为核心的育种循环,完成更高轮次的基本群体、育种群体、选择群体和生产群体建设,是可持续遗传改良的根本所在。在此基础上,或通过远缘杂交选育杂种优势突出的林木品种;或基于有性多倍体化开展多倍体育种,综合利用杂种优势和倍性优势,实现林木多目标性状改良;或采用转基因和基因编辑等分子育种技术,进一步改良已有林木品种或优异种质等。而林木良种生产仍然依赖传统的种子园制种和无性系制种,其中体胚发生技术实用化将是进一步实现种子繁殖树种遗传改良水平提升的有效途径。推动林木育种理论和技术创新,提高育种效率和效果,选育产量更高、品质更优、抗逆性更强、适应性更广的林木良种并应用于生产,保证用更少的人工林面积生产更多的木材及林产品,以减少对天然林的依赖,林木遗传育种在未来将发挥更大的作用。     

迎接21世纪现代林木生物技术育种的挑战

林木组织培养及其工厂化育苗技术,细菌工程种苗工厂化生产新技术,林木体细胞胚胎发生、植株再生和人工程子技术,林木原生质体培养和细菌杂交,体细胞突变体的筛选与利用和林木基因工程育种等是林业面向２１世纪的新型产业关键技术。２１世纪我国林业生物技术育种,要充分重视拥有自主知识产权的林木基因和基因工程品种培育,同时林木基因工程应从单基因生物抗性转向持久抗性,生物抗体转向非生物因子抗性;要重视优良基因型的体细胞胚胎发生工程的实用化和自动化研究,常规育种技术与现代生物技术有机结合,林木转基因植株的环境安全性评估问题也应予以重视。     

林木遗传育种实验课教学改革的探索与实践

林木遗传育种是林学专业重要的专业基础课,如何改革使之适应经济社会对林学人才的理论与动手能力培养的需求,在对林木遗传育种实验教学存在问题分析的基础上,针对过去重理论、轻实践的实验教学方式,进行改革,初步形成了以学生为中心和分层次实验教学的模式,创新了实验教学新方法和现代教育技术在林木遗传育种实验中的运用。实践证明,对于培养林学学生的学习兴趣,提高学生分析问题、解决问题的能力起到了积极的作用。     

发展生物育种技术 全力打造种业之都

近年来,围绕培育农业生物新品种、推动生物育种产业化发展,北京市科委积极开展了农业育种基础研究创新平台搭建、农业前沿技术实验室筹建、籽种产业和农业生物技术联盟建设、农业生物技术孵化器建设等系列工作,为培育生物育种战略性新兴产业提供了良好的发展环境,奠定了扎实的工作基础。在接受记者采访时,中国工程院院士、中国农业大学教授李宁表示,     

果树分子育种研究进展

我国是果树产业第一大国,具有丰富的果树品种资源。随着市场需求和自然环境的变化,我国果树产业中出现了一些新问题和新需求亟待解决。深入研究和系统分析我国果树育种现状,并探讨未来发展方向十分必要。转基因技术、分子标记技术等分子育种技术具有周期短、效率高、定向育种精确度高等优点,将其应用于果树育种可以改良果品品质并增强产业竞争力,是现代果树改良育种研究的重要手段。结合我国果树产业现阶段存在的品种单一、品质下降、病虫害危害增加等实际问题,从改善果实色泽、果型、大小、风味、质地、香味、功能物质等果实品质相关性状,以及提高抗干旱、低温、高温等非生物胁迫和抗病虫害等生物胁迫能力出发,综述了现代分子生物学技术在果树育种中的应用进展、不足以及发展建议,认为我国果树分子育种应该以满足不同人群和不同用途需求为基础,培育多样化、个性化的品种;以优质绿色安全为发展方向,培育抗性好、适合省力化栽培的品种;要充分利用果树全基因组丰富的遗传信息资源,在基因组或系统水平上全面分析基因功能,以揭示果树生长发育、环境应答互作分子网络、代谢等分子机制,为果树定向育种奠定基础;同时应综合运用现代生物学等各种先进技术,提升育种效率,逐步缩短培育新品种的周期。     

农八师石河子棉花育种工作概况

<正> “十五”以来,农八师石河子棉花育种工作在棉花早熟、抗病、丰产等方面取得了显著成效,一批抗病、早熟、丰产品种(系)应运而生,并在生产中示范、推广,目前棉花育种正在品质育种、特色棉育种(中长绒、彩色棉)上下功夫,也取得了阶段性成果。现将石河子棉花育种工作小结如下:1 加大对棉花育种单位的支持力度 棉花育种是一个永恒课题,科委一直将棉花做为重点支持项目,近几年棉花育种经费拨款在15万元以上,2002年达到19万元,另外,棉花新品种(系)地区多点试验2万元,棉花新品种示范推广3万元,合计24万元。     

林木分子育种研究的基因组学信息资源述评

分子育种是指利用与性状相关的DNA标记进行选育,也称标记辅助选择或标记辅助育种,广义上还包括基因工程育种和基因组学辅助育种。林木分子育种为早期选择和加速育种提供了极具潜力的高效手段。笔者对林木分子育种研究的基因组学信息资源进行了进展综述和前景展望。近30年来,林木分子标记技术从早期的低通量方法发展到目前基于微阵列芯片和新一代测序的高通量技术,如测序分型、转录组测序、重测序、扩增子测序和外显子组测序等,并广泛用于连锁作图、关联分析和基因组选择等林木性状相关的DNA变异检测研究。随着2006年毛果杨基因组序列的发表,已有50余个树种完成了基因组测序。基于连锁作图和关联研究检测了林木10余个属生长、材性和抗逆及非木质产品品质等性状相关的大量基因组位点,主要趋势表现为：① 表型广泛,涵盖经济性状、生理指标和代谢成分等;②标记数量成千上万甚至上百万,覆盖全基因组;③转录组和降解组等多组学的分子变异开始应用;④ 利用大群体以提高位点检测的精度;⑤ 重视环境的影响,大田试验设置多个地点,解析QTL与环境、年份的互作效应;⑥ 结合参考基因组序列和/或转录组差异表达基因进一步挖掘性状相关的候选基因,建立了桉属、松属和云杉属等主要造林树种的基因组选择模型。此外,积累了泛基因组、相关软件和算法、功能基因、基因组编辑技术及网站和数据库等其他信息资源。林木分子育种面临的挑战主要包括：① 如何获得稳定性好的性状相关基因组位点和基因组选择（GS）模型;② 缺乏自动化、无损和高通量的表型测定技术;③对大基因组的针叶树和一些多倍体树种,仍难获得高质量的基因组序列;④ 标记辅助选择增加了常规育种之外的费用,且存在不确定性;⑤多数树种的加速育种仍较困难。后基因组时代的林木分子育种将有效结合到常规育种程序中,显著促进遗传增益的提高。     

教育部-江苏省共建重点开放实验室——林木遗传与生物技术重点实验室

南京林业大学林木遗传与生物技术重点实验室,前身为1955年由我国著名的林木育种学家叶培忠教授在国内首先组建的林木遗传育种教研室。1985年更名为“林木遗传育种研究所”。1933年以林木遗传育种研究所为基础,组建“林木遗传和基因工程重点实验室”,1995年被国家林业部遴选为“林木遗传和基因工程林业部重点实验室”。     

森林遗传管理的现代基础理论与技术——林木遗传育种学

林木遗传育种学是以现代生物科学、现代林学及有关自然科学的成就为基础的一门应用科学,是森林遗传学的重要基础。森林遗传学的研究提供了树木个体或群体遗传特性的信息,确定树木之间或树种之间的遗传关系,为森林资源的保存、开发和利用提供理论基础。林木育种是营林技术的组成部分,其目的是为了提高和维护森林的生产力、再生能力和生物多样性。在国土生态环境建设和林业产业体系建设中,对森林或林木的遗传性进行有效的管理、控制和改造,是促进林业高效和可持续发展的重要技术措施。     

浙江省公益林中杉阔混交林群落组成与环境解释

【目的】分析浙江省公益林中对杉阔混交林和阔杉混交林群落组成及其分布影响最为显著的环境因子,为亚热带杉木人工林珍贵化改造和珍贵树种保护提供合理的科学依据。【方法】采用双向指示种分析(TWINSPAN)和典范对应分析(CCA)方法,针对分布于浙江省的427个杉阔混交林和阔杉混交林样地进行物种组成及群落结构分析。【结果】杉阔混交林可划分为5类群丛,阔杉混交林可划分为6类群丛。在杉阔混交林的5类群丛中与杉木伴生的树种主要为青冈(Quercus glauca)、木荷(Schima superba)、马尾松(Pinus massoniana)和黄山松(Pinus taiwanensis)等;土壤厚度、坡向和坡度等是影响杉阔混交林群丛分布的主要环境因子。在阔杉混交林的6类群丛中,与杉木伴生的树种分别为马尾松、板栗(Castanea mollissima)、青冈、木荷、毛竹(Phyllostachys edulis)等;林龄、坡度和海拔等因素是影响阔杉混交林群落分布的主要环境因子。在杉阔混交林中,小叶青冈(Cyclobalanopsis myrsinifolia)、红楠(Machilus thunbergii)、鹅掌楸(Liriodendron chinense)、甜槠(Castanopsis eyrei)和光皮桦(Betula luminifera)等珍贵树种与杉木对生境的选择较为接近;在阔杉混交林中,甜槠、天竺桂(Cinnamomum japonicum)、小叶青冈、柳杉(Cryptomeria japonica)、苦槠(Castanopsis sclerophylla)和青冈等珍贵阔叶树种与杉木对环境的选择较为接近。【结论】选择与杉木生境接近的伴生珍贵阔叶树种进行补植改造,可以有效提高造林成活率,有利于促进杉木人工林阔叶化进程。     

越南生态公益林保护与社区协调发展的评价与分析

生态公益林在越南常被称为特种用途林,发挥了显著的生态效益。越南已建立了国家特种用途林管理体系,覆盖了整个越南国土。目前,越南面临特种用途林保护和管理最大的困难是如何协调特种用途林保护与当地居民生计之间的冲突问题。为了解决以上矛盾,促进越南生态公益林保护与社区的协调发展,笔者在前期研究的基础上,经过进一步调研,以政策分析为入口,系统剖析了越南生态公益林保护与当地社区协调发展的现状,并应用专家系统的评价方法,对影响协调发展的冲突因素进行了分析。探讨了特种用途林区和当地生活社区之间存在的冲突成因,并借鉴中国公益林保护的许多经验,提出了越南特种用途林协调发展的策略与建议。     

江苏省重点公益林生态服务功能及价值评估

【目的】评估江苏省重点公益林的生态服务功能及价值。【方法 】依据《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721— 2008),利用江苏省森林资源二类调查资料,以及长江三角洲森林生态系统定位研究站长期监测数据和相关研究成果,对江苏省重点公益林生态服务功能及价值进行评估。【结果】江苏省重点公益林生态服务功能总价值为400.63亿元/a,是每年投入的257倍。各项生态服务功能价值大小次序为:涵养水源价值>固碳释氧价值>生物多样性保护价值>森林游憩价值>积累营养物质价值>净化大气环境价值>森林防护价值>保育土壤价值。针叶类树种以及梨、柿、板栗、杜仲、油桐等经济树种生态服务功能较高,其他硬阔及杨树面积大,但其单位面积生态服务功能价值均较低。【结论】公益林分布区应适当将杨树、其他硬阔树种等更新为针叶类,或者梨、柿、板栗、杜仲、油桐等经济树种,以提高江苏省重点公益林的生态服务功能价值。     

热带亚热带喀斯特森林树种的水分生理研究进展

热带亚热带喀斯特地区具有丰富且独特的自然资源,是我国重要的生态功能区,但也面临严重的石漠化问题。水分是影响该地区天然林结构功能和石漠化植被修复的关键环境因素。基于树木水分生理的研究有助于深入地了解喀斯特树种干旱适应策略,可为气候变化背景下喀斯特地区森林(天然林和人工林)的可持续发展提供理论依据。本文从水分来源、木质部水力结构以及蒸腾耗水等方面总结了近年来该区域喀斯特天然林树种在水分适应策略方面的研究进展,发现典型喀斯特树种能够稳定地利用岩溶水,其蒸腾耗水量的季节动态较小,且其茎木质部的抗栓塞能力强,在极端干旱时期可通过脆弱性分割维持水力安全。另外,基于树木水分生理的研究还能够为石漠化生态恢复适宜树种的筛选和人工林的经营管理提供科学依据。部分抗性强、耗水少的珍贵用材树种兼顾生态和经济效益,可用于石漠化地区的植被修复。建议今后的研究结合控制实验平台,长期监测树种生长和水分动态变化,基于多重机制系统阐明喀斯特森林树种的生态适应策略。     

我国林木良种繁育基地建设发展形势及可持续发展策略

1964年,福建省洋口国有林场杉木 (Cunninghamia lanceolata) 种子园、广东省台山红岭湿地松(Pinus eliottii)种子园、黑龙江省林口县青山林场兴安落叶松(Larix gmelinii)、日本落叶松(L. olgensis)、樟子松(P. sylvestris var. mongolica)种子园的建立,标志着规模化树木改良和林木良种繁育基地建设在我国的开始。经过半个多世纪的发展,我国已建立:国家林木种质资源库99个;国家重点林木良种基地294个,生产林木种子1.7亿kg,苗木2 800多亿株;审定认定林木良种3 224个, 造林树种良种使用率提高到65%。其中,浙江省杉木无性系种子园第1代、1.5代、第2代的6年生子代测定结果表明材积遗传增益分别为16.97%、22.58%、26.42%;而种源种子园和双无性系种子园遗传增益更高,分别达到32.82%和37.93%。福建省第3代杉木无性系种子园材积遗传增益达76%。进入21世纪,我国对林木良种繁育基地建设的树种结构进行了调整。由于我国树种资源非常丰富(乔木树种就有2 000多种,其中不少树种具有特殊用途和特异性功能),我国良种繁育基地经营和树种改良方向更加多元化。除开展一般工业用材树种如松属(Pinus)、杉木属 (Cunninghamia)、落叶松属(Larix)等树种选育外,同时开展遗传改良的树种还包括:特殊用材树种如降香黄檀(Dalbergia odorifera)、楠木(Phoebe bournei)、水曲柳(Fraxinus mandahurica)等;抗逆性生态树种如梭梭(Haloxylon ammodensron)、沙棘(Hippophae rhamnoide)、胡杨(Populus euphratica)等; 园林景观树种如亚美马褂木(又称杂交马褂木或杂交鹅掌楸)(Liriodendron sino-americanum)、玉兰(Magnolia denudata)、金钱松(Pseudolarix amabilis)等; 油料香料树种如油茶(Camellia oleifera)、油桐 ( Vernicia fordii)、八角(Illicium verum )等;干果树种如山核桃(Carya cathayensis)、香榧(Torreya grandis)、枣子(Ziziphus jujuba)等;药用树种如杜仲(Eucommia ulmoides)、厚朴(Magnolia officinalis)、山茱萸(Cornus officinalis)等。笔者认为,我国林木良种繁育基地建设是实现我国林业现代化的一项基础性工程,是林木种子工程建设的重点内容,今后我国林木良种繁育基地建设可持续发展策略性措施包括下列6项内容:①稳定长期经济补贴投资机制,确保良种繁育基地长期正常运转;②加强行政管理监督,制定和修订技术标准、法规;③加强科学技术支撑力度,健全“三结合”协作机制;④制定长期良种基地规划和育种计划,确保基地建设长期持续前行;⑤成立良种基地管理指导委员会,建立科学决策机制;⑥定期举办良种基地与林木育种研讨班,商讨关键科学技术和经营管理重大问题。     

生态营林桉树人工林林木生长动态分析

为阐明轮伐期内不同类型桉树(Eucalyptus spp.)人工混交林的生长动态特征及变化规律,选择于2012年在中国林业科学研究院热带林业实验中心青山实验场采用生态营林制度营造的桉树×降香黄檀混交林(Eucalyptus×Dalbergia odorifera,MED)、桉树×望天树混交林(Eucalyptus×Parashorea chinensis,MEP)、桉树×红锥混交林(Eucalyptus×Castanopsis hystrix,MEC)和桉树纯林(PEU)为研究对象,设置固定监测样地,基于桉树第一轮伐期内的3次林分调查(2014、2016、2018年),分析不同混交林桉树和珍贵树种的胸径、树高、单株材积和林分蓄积量动态变化特征。结果表明,监测期内,4种林分类型林木胸径、树高、单株材积和林分蓄积量均随林龄显著增加;混交林中降香黄檀、红锥及望天树均可显著促进桉树胸径、树高、单株材积及林分蓄积量的生长,促进作用大小表现为MED>MEC>MEP;不同混交类型中珍贵树种的胸径、树高、单株材积及林分蓄积量均表现为MEC>MEP>MED,林分总蓄积量表现为ME...     

乔木林丧失的时空变化及驱动力分析

【目的】乔木林是森林生态系统的主体,对调节气候、保持水土等生态功能起着决定性作用。本研究的主要目的是了解乔木林丧失时空变化趋势,并探索乔木林丧失驱动因子。【方法】以我国30省市自治区为研究对象,基于Sen+Mann-Kendall显著性检验法和标准差椭圆法(SDE),从时间和空间两个维度分析2005—2018年乔木林丧失的动态变化;借助探索性回归分析法筛选乔木林(树高>5 m)丧失的主要驱动因子,在此基础上,利用地理加权回归(GWR)模型探讨乔木林丧失驱动因子作用的时空分异格局。【结果】①2005—2018年全国乔木林丧失面积呈现上升趋势,丧失量年均增加412.451 km²;②2005—2018年乔木林丧失重心迁移路径不规则变化且丧失严重区域向南部集聚;③乔木林丧失率与人均GDP主要呈负相关关系;与城镇居民人均可支配收入正相关区域明显扩大但影响降低;与城镇化率主要表现为正相关关系且影响程度有所下降;与道路密度则主要表现为负相关关系,其对乔木林丧失的负面影响并不明显。【结论】在我国森林资源整体持续向好的背景下,乔木林的丧失存在明显的区域差异特征,东北林区及三北防护林工程实施区域的乔木丧失量较小并呈现显著减弱趋势,而东南林区,如湖南、江西、广东、广西等省区的乔木林丧失量较大且仍然呈现较显著增加的趋势。     

湘西地区林木资源及其文化与应用

根据实际调查结合文献记载,整理出湘西共有林木资源101科、321属及891种(含栽培8科、29属及76种),大致可分为用材、园林、经济林及薪材等4大类.杉木在湘西林木资源中占有重要的地位,共有3科、6属约10种被统称为"杉木",不仅被誉为"万能之木",而且具有特定的文化含义.林木资源对湘西社会经济发展意义体现在林业经济、生态维护和林木文化3个方面.     

基于分类精度和相关性的随机森林算法改进研究

为了提升传统随机森林算法的分类精度,本文首先对传统随机森林模型中的决策树根据分类性能评价指标AUC值进行降序排列,从中选取出AUC值高的决策树,计算这些决策树之间的相似度并生成相似度矩阵,然后根据相似度矩阵对这些决策树进行聚类,从每一类中选出一棵AUC最大的决策树组成新的随机森林模型,从而达到提升传统随机森林算法分类精度的目的。通过UCI数据集的实验表明,改进后的随机森林算法分类精度上最大提高了2.91%。