林木的生理学与生物技术

Molecular physiology and biotechnology of trees

索书号：Q945/M718c/2019/Y

ISBN：9780128154656

藏书地点：武大外教中心

气候变化和能源安全是当今人类面临的严峻挑战，危及人类生存和发展。加快林业发展，实现森林生态系统的可持续经营，增强森林碳汇功能，已成为应对气候变化和保障能源安全的全球共识。良种是现代林业的基础，优质速生人工林单位面积产量比天然林有极大幅度的提高，不但具有显著的经济及生态效益，同时还可缓解木材及林产品需求与自然资源保护间的矛盾。因此，从机制上探讨林木优质速生的分子生物学、基因学基础，加速优质速生树种的改良，增加我国自有人工林木材供应量，对保证我国木材的供应安全具有十分重要意义; 另外，从环境建设的角度，培育优质速生的人工林作为碳排放的汇碳库，也具有不可替代的作用。林木生长周期长，要培育出具有满足现代林业生产需求的林木新品种，利用传统育种方法，很难在短期内实现育种目标。林木由于自身固有的一些生物学特性，遗传操作困难，导致林木遗传育种基础研究比较薄弱，成为林木遗传改良进程的主要限制因素。通过基因组学研究分析和阐明林木基因的功能是培育优质速生的林木新品种的重要方面。随着以 DNA 测序技术为代表的现代分子生物学研究手段的迅速发展，海量增长的生物信息为分子育种奠定了良好的信息和理论基础。通过开展功能基因组学研究，科学家正力图利用分子育种技术克服传统林木遗传育种手段的局限。

高等植物细胞壁成分中主要成分是多糖，包括纤维素、半纤维素、果胶物质; 此外还含有结构蛋白、酶类、木质素以及矿物质等。植物细胞壁在结构上由 3 层相互渗透的网组成，包括 2 层结构多糖网和 1 层结构糖蛋白网。每层网都是交联结构，如纤维素微纤丝网通过木葡聚糖交联，果胶层网通过钙盐桥与硼酸酯键交联，而结构糖蛋白网则通过酪氨酸衍生物交联成网。林木不同于草本植物的重要生物学特性是存在次生木质部。木材是维管植物生长时，由维管束形成层细胞分裂增生的木质部细胞，包括管胞、导管细胞、纤维、薄壁细胞、射线细胞。木材是森林固碳和工业利用的生物学基础。木材主要由纤维素、半纤维素和木素等构成，其中纤维素和半纤维素是多糖，这些成分是制浆造纸和乙醇转化的工业原料，而在制浆造纸和乙醇转化工艺过程中首先需要去除木素，现有工艺中木素的去除会带来大量的能量消耗和严重的工业污染。如何培育适合工业利用的林木新品种是育种学家长期以来一直努力的一个研究目标。然而迄今对细胞壁合成与代谢开展的基础研究还主要集中在拟南芥、水稻、玉米等 1 年生草本植物中，虽然这些研究的结果对了解木本植物细胞壁的合成与代谢提供了一些参考和借鉴，但要从根本上了解木材形成的遗传机制还必须以木本植物作为研究材料。最近，美国能源部橡树岭国家实验室报道的一项研究表明，杨树中控制地上部分和地下部分细胞壁成分的基因位点是差异表达的，这一结果表明可以对控制地上部分和地下部分细胞壁成分的基因位点进行分别调控，这样有可能培育出地上收获部分适合于工业利用，而地下不收获部分适合于碳固定的杨树新品种。在木材形成的分子机制方面，现在的转基因和基因敲除研究表明，以往研究结果得出的模型和结论可能是不正确的、或部分是不正确的。要取得木材品质改良的重大进展，必须对木材形成的遗传机制展开深入的研究。目前木本植物的模式物种杨树的全基因组序列已经完成测序，为在木本植物中深入开展这一方向的研究提供了良好的基础。随着现代基因组学、转录组学和代谢组学的发展，有望在提高木材的机械强度和改善木材的工业利用价值方面开拓一个新的领域。

良种是现代林业的基础，加速林木新品种培育是解决生态保护与日益增长的木材需求之间矛盾的最有效途径。但通过常规杂交育种的手段进行林木优良品种选育一般需要几十年的时间，在没有技术革新的条件下，在较短的时间内培育出高产优质的杨树新品种是不可能的。所以加强以分子育种为主攻方向的林木遗传育种基础研究，利用现代生物技术手段培育抗病、耐盐、材质好、适合集约化经营的林木新种质，是现代林业的重要研究方向，具有广阔的应用前景。

在过去的 20 年间，我国在林木分子育种基础研究方面取得了一定进展，但由于起步相对较晚，与先进国家相比尚存在一定差距。虽然目前林木分子育种在实际应用中的条件还不成熟，但作为技术储备是一个急需加强的研究领域。开展林木分子育种，首先需要深入研究木本植物特有的重要性状形成的遗传和分子基础，并建立高效的林木未知基因克隆体系，快速克隆一批有利用价值的新基因; 其次需要发展高效的分子标记育种、转基因育种和分子设计育种新技术，突破复杂性状遗传改良上的技术瓶颈。最后，林木分子育种是一个系统工程，要进一步加强分子育种研究平台、人才队伍、技术开发和产业应用的体系建设。通过包括分子标记育种、转基因育种和分子设计育种在内的分子育种技术的原始创新，构筑林木分子育种技术体系，不断促进我国林木育种技术升级和发展。

《林木的生理学与生物技术》一书于2019年由Academic Press出版社出版，作者是Francisco M. Cánovas。本书突出了植物研究的新进展并介绍了一些有趣的章节，如茎顶和形成层分生组织的活动：对环境信号的协调与响应、针叶树功能基因组学、氮的储存与循环、树木对病虫害的防御、外生菌根对树木营养的贡献、树木的植物修复、木材形成的转录调控、转基因杨树、林木基因组学等。

本书作为研究林木的生理学与生物技术的专业书记，内容专业详实，语言浅显易懂，除此之外还有以下特点：

1、本书不仅介绍了林木的生理学知识，还详细介绍了研究方法和技术，使读者能够更加全面的了解林木的生理学与生物技术。

2、索引文献丰富，证明了这本书的知识性，真实性。而且，这些索引文献绝大部分都是最新研究，让读者全面了解该领域的前沿进展。

3、在本书的最后，将出现的专业词汇都罗列出来，大大方便了大家在阅读过程中对基因的林木的生理学与生物技术相关研究专业术语的认知。

4、本书最鲜明的特点就是语言浅显易懂，对于初学者有很大的帮助。

本书目录

1. 林木基因组学

2. 组学时代针叶树的功能基因组学

3. 外生菌根对树木营养的贡献

4. 氮在树木中的储存和循环

5. 裸子植物胚胎学

6. 茎顶和形成层分生组织的活动：对环境信号的协调和响应

7. 木材挖掘：树种木材形成规律的新见解

8. 细胞壁果胶在树木生长和木材生物量利用中的应用

9. 转基因技术在杨树抗旱性研究中的应用

10. 树木的植物修复

兰天武汉大学生命科学学院博士研究生