摘要：杨树作为全球使用最为广泛的生态、能源、分子遗传木本模式植物之一，其种质资源研究改良对我国生态环境建设意义重大。综述不同目的基因（抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆境、降低木质素、促生长等）转化杨属植物的研究与应用，分析目前为止杨树分子改良研究应用发展现状、存在问题及解决途径，为杨树遗传改良的进一步发展提供参考。
关键词：杨树；遗传；种质资源；基因工程；生态环境建设；目的基因；分子改良；研究进展；存在问题；解决途径
中图分类号： S792.110.4 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2017）20-0017-07
楊树是杨柳科（Salicaceae）杨属（Populus）物种的统称，全球约有100多种，一般在北纬30°～72°范围，垂直分布多在海拔3 km以下[1]。杨树是优良的造林绿化树种、建筑用材和造纸原料，此外，杨树拥有很高的生物质产量，是重要的可再生生物质能源植物。杨属植物单倍体基因组含有19条染色体，DNA含量为1.2 pg，总遗传图距约为2 500 cM [2-3]。杨属植物因其基因组具有构成精简、物种丰富、分布广泛、童期短、生长快、遗传转化容易、再生能力强、严格的异交树种、位点组成高度杂合，已构建成较饱和的各种连锁图等这些特点，使其成为林木基因工程模式物种[4-6]。2011年7月北京林业大学的科学家以百年古树——白杨组毛白杨（Populus tomentosa）为样本，绘制完成了毛白杨的基因组序列图谱，这标志着杨树分子育种正式进入基因组时代，推动了杨树育种技术的全面进步。
杨树作为保护脆弱生境环境的生态树种，须要耐受恶劣的自然环境（如干旱、低温、盐碱、病虫害等），因此培育生长迅速、抗逆性强的杨树品种一直是全球相关科学家努力的方向之一。相对于常规育种方法费时长、效率低的缺陷，现代分子育种方法高效、靶向的优点为杨树改良品种开辟了新的途径。Fillatti等将从沙门氏菌中分离出来的AroA基因导入杨树NC-5339无性系并获得了一批抗草甘膦植株[7]，使人们对树木育种研究的认识有了重大的改变，基因工程逐渐成为树木育种研究的焦点。1991年我国首次利用抗虫基因成功转化了欧洲黑杨[8]。到目前为止，进行的转基因树木有30多个属，而研究最多、应用最广泛的为杨属，约占50%[9]。众多科学家通过分子遗传转化的方法对杨树现有品种进行了优化改良，尤其是在抗性育种（包括抗虫、抗病、抗旱、耐盐碱等）方面。对近年来杨树转基因的研究应用现状进行总结分析，以期为杨树的分子育种研究及其应用的进一步发展提供参考。
1 不同目的基因的杨树转化
1.1 抗虫基因转化
杨树的虫害十分普遍，主要类型有蛀干害虫，如光肩星天牛、桑天牛、云斑天牛等； 食叶害虫，如杨尺蠖、分月扇舟蛾、杨梢叶甲等；枝梢害虫和吸汁害虫，如杨黄卷叶螟、草履蚧等，每年给杨树的生长和生产造成巨大的损失。抗虫基因工程为解决这一问题提供了非常有效的方法，我国对抗虫转基因杨树研发处于国际前列，利用转基因技术已获得多种转基因抗虫杨树，有效降低了林木虫害的危害。
1.1.1 转单个抗虫基因 1993年田颖川等用带有35S-Ω-Bt-Nos嵌合基因的双元载体农杆菌转化欧洲黑杨的叶片外植体，获得再生植株，对杨尺蠖的毒理试验表明，5～9 d内死亡率达80%～96%，存活昆虫的生长和发育受到明显抑制[10]。大田试验结果表明，转基因欧洲黑杨田间抗虫效果明显，转基因试验林叶片损失率不超过20%，健杨林带和欧洲黑杨林带土壤中的虫蛹数分别为转基因试验林土壤中虫蛹数的4.9、4.1倍[11]。2002年转抗虫基因欧洲黑杨获得了商品化许可，2003年通过良种审定，我国成为世界上第1个商业化栽培转基因林木的国家[12]。还有其他杀虫基因也被导入杨树中，郝贵霞等将广谱抗虫基因豇豆蛋白酶抑制剂基因（cowpea trypsin inhibitor，简称CpTI）导入毛白杨雌株和毛新杨×毛白杨回交杂种，获得转基因植株，现已进入大田检测阶段[13]。伍宁丰等将昆虫特异性神经蝎毒素基因（AaIT）导入杨树杂种N-106，获得的转基因植株A5对1龄舞毒蛾幼虫的虫试7 d的死亡率达80%[14]。
1.1.2 转双抗虫基因 研究表明，昆虫易对单个基因产生耐受性，将多个不同类型的抗虫基因导入植物，转基因植株的杀虫活力增强。2000年，李明亮等用农杆菌介导2次转化的方法，将蛋白酶抑制剂基因（proteinase inhibitor，简称PI）导入含Bt基因的欧洲黑杨，含有双抗基因杨树的抗虫能力明显高于含单一Bt毒蛋白基因或单一PI基因的植株[15]。饶红宇等采用双基因共转法将经改造的Bt-Cry1Aa基因和CpTI基因转入杨树NL-80106，获得的转双价基因杨树对1龄舞毒蛾幼虫有明显的杀虫活性，转Bt基因的植株经过2～3年的抗虫测定和优良性状选择，目前已有3个无性系在我国6个省种植进行评估[16]。郑均宝等首次将Bt毒蛋白基因和ApI构建成一个双价表达载体成功导入741杨，对美国白蛾、杨扇舟蛾、杨小舟蛾、古毒蛾、舞毒蛾、盗蛾等具有较高抗虫性，幼虫总死亡率达83%～90%，这是国内外首次报道用双价抗虫基因获得的抗虫杨植株[17]。张冰玉等将BtCry3A和OCI导入银腺杂种杨基因组中，获得转双价抗蛀干害虫基因杨树，并初步筛选出抗性株系[18]。诸葛强等以南林895杨为受体，进行了Bt基因和CpTI基因的遗传转化，饲虫试验结果表明，杨小舟蛾的生长发育受到了明显抑制[19]。
1.1.3 转抗虫基因杨树的生物安全性研究 我国在抗虫转基因方面的技术体系已基本成熟，具备不断推出抗虫基因工程新品种并用于杨树人工林建设的能力，走在世界研究的前列。随着抗虫转基因杨树的环境释放及其商业化，近年来的研究多针对转抗虫基因杨树的生物、生态安全性探讨[20-23]。
