“树木育种的分子基础研究”项目———我国林业科研系统第一个973课题。“通过
遗传改良能够提高主要用材树种的木材材性以及抗逆性，通过大量营造人工林缓解西部地区生态环境的恶劣程度”可以说是这个项目的“终极目标”。
常言说：“十年树木。”这项树木育种研究已经进行了五年，取得的成就并不能让他们停住脚步，“开展树木性状分子基础研究还需要大量的基础工作的积累。”项目首席如是说。
记者：作为我国林业科研系统第一个973项目，开展这项研究的意义何在？
卢孟柱：资源、环境和能源是国家发展重大需求的关键因素，森林及木本植物（树木）在其中起着不可替代的重要作用，为国家经济建设和社会发展提供木材、能源和改善环境。然而，森林资源由此日益枯竭、木材供应紧张、生态平衡失调，土壤的盐渍化和土壤的荒漠化加剧，因此提高林木的抗逆性，提高木材的利用率越来越重要。近年来随着以基因工程为核心的生物技术的发展和渗透，使上述定向目标培育和多性状组合的分子改良树木性状成为可能，为树木分子育种开辟了一条全新而有效的途径。通过遗传改良能够提高主要用材树种的木材材性以及抗逆性，通过大量营造人工林缓解西部地区生态环境的恶劣程度。
记者：2000年项目申报之时，预期目标是什么？
卢孟柱：我们希望通过项目研究，在揭示木材材性形成、树木抗逆、抗虫的分子机理研究上有所突破，在树木形成层的活动、木质部细胞的分化与发育，相关基因的表达与调控等林木研究热点领域达到国际先进水平。同时通过鉴定上述过程中起关键作用的基因，应用基因工程手段，为定向改良我国人工林建设急需树种做出贡献。
记者：相比较其他植物学研究来说，林业研究具有怎样的特点？
卢孟柱：一般的农作物，生长周期短，有些一年能长好几茬儿，研究起来相对容易获得研究所需资料。然而对于林业来说，我们常说“十年树木”，其实10年都是比较快的了。杨树为什么能成为林业研究中的模式树种？原因之一就是它生长周期比较短，一般7年可以成才，而像松树，则需要二三十年的时间。
记者：项目为什么要强调“树木育种”？木材科学与之关系如何？
卢孟柱：树木育种关系到人工林的成败，没有好的品种，营造优良、高效人工林无从谈起。我国以往的木材科学研究只是停留在木材结构、组成及各种物理、力学等特性的研究，没有将木材科学与林木培育有机结合起来。我们将木材物理力学性质与其微细结构和化学组分的研究紧密联系起来，探讨木材性质形成机理，可以为定向培育材质改良的树木新品种提供量化指标。
我们还首次采用神经网络模型方法，建立了基于木材结构参数可预测其物理力学性质的模型（总体模型、不同树龄模型和关键变量模型），在此基础上，首次提出了一种“基于木材结构参数确定木材物理、力学特性的神经网络模型”，该模型提供了对木材性质形成机理的成因分析，描述了木材这一类复杂生命体内部结构与其物理、力学间的相互关系，其准确度可达95%%以上。它将为木材性质研究、木材性质及形成机理、材质的定向培育、木材材质改良、木材新品种培育等领域提供科学的依据及方法。
记者：从大众能够理解的角度上来说，如何获得我们想要的木材性质也是这项973项目的目的之一？
卢孟柱：是的。项目中有一个课题就是专门研究“木材材性形成的分子基础及调控机制”的。我们的目的就是要找到其中决定木材某些特殊材性的基因，但参与木材形成的基因有几千个，如何找到其中那些我们需要的、比较关键的基因？这其实也是学界一直想解决的问题。
我们通过5年的研究，建立了独特的研究系统即次生维管再生系统，在1个月时间内，能够模拟形成层的发生、细胞分化及木质化过程，并具有时间连续性。这比以往研究直接取材获取发育中的材料进行基因表达分析更有针对性，可以追踪发育过程，比较基因的表达。这就缩小了筛选候选基因的范围，针对性更强。鉴定出的基因为认识木材形成的分子机理奠定了基础。
记者：您刚才提到了抗逆性，那什么是“抗逆性”？项目主要研究哪方面的抗逆性？
卢孟柱：抗逆性就是树木抵抗逆境的能力，比如说抗旱、耐盐、抗寒等等。国内抗旱、耐盐分子生物学研究主要集中在模式植物拟南芥和小麦、大豆、水稻和玉米等重要作物上。我们的研究是选用具有特色的耐盐树木柽柳、抗旱树木梭梭等一些抗逆性强的植物为研究对象。梭梭是沙漠地区有的植物，在西北地区的沙漠化防治中占有非常重要的作用，然而在非沙漠地区不易成活，课题组经过多方面的尝试，能够初步繁殖成功。为研究植物的抗旱机理提供了试验材料。
我们通过基因工程技术发现，在已知功能的基因中，树木和模式植物及作物在抗盐和抗旱的分子机制中存在着很大的相似性，但即使与拟南芥全基因组序列比较，树木中仍存在着大量未知的新基因，这进一步说明了开展树木抗逆分子生物学研究的重要性。应该说我们的研究为更加充分了解植物抗逆分子机制及途径提供了一些依据。
记者：除了抗旱、抗盐，项目还希望树木具有哪些能力？
卢孟柱：我们另外研究的抗性还有抗虫性。我国人工杨树林面临的最大威胁是天牛的危害，每年因它们造成的直接经济损失高达上亿元。为了找到杀天牛的基因，我们从分离杀天牛的苏云金芽孢杆菌入手，经过筛选大量的苏云金芽孢杆菌，分离出了含有毒蛋白基因的菌株。虫试实验表明，该毒蛋白基因可以使天牛达到75％以上的致死率，抑制其幼虫生长发育的活性达100％。
我们现在已经通过基因工程的方法把该基因转入人工种植的杨树林中，经过一段时间的实地虫试，结果表明，该基因在杨树中的确具有灭杀天牛的活性。3周后的校正死亡率可以达到60％以上，4周后的校正死亡率达到近80％。这为我们培育抗天牛的转基因杨树奠定了基础，目前这一成果已获得专利。
记者：转基因杨树能够抵抗天牛，但是会不会因此使它具有了生长优势，或通过基因飘移到天然杨树中去，从而影响了其他林木的生长，危害了生物多样性呢？
卢孟柱：对这一方面我们也予以了充分考虑。课题组首次在国内进行转基因杨树的大规模田间试验，研究转基因树木的基因扩散和基因污染，建立转基因林木安全性监测和评价标准及技术体系，对转基因林木的遗传稳定性、后代遗传特性、表达规律及对昆虫的群落多样性进行了详细和深入的研究。还利用抗虫转基因欧洲黑杨试验林对转基因花粉和种子基因漂移进行研究。实验数据初步表明，转基因花粉能够授粉并产生转基因种子的距离小于600m，并不像过去认为的能够长距离授粉。转基因种子在北方这种干旱、半干旱地区没有人工灌溉也不能萌发形成杨树幼苗并存活。这些结果表明了转基因杨树的生态环境安全性，为其大规模应用提供了理论依据。
记者：通过5年的研究，课题组获得了哪些
学术成绩？
卢孟柱：我们在国内外核心期刊发表
论文126篇。申请专利16项，出版专著3部。在Genbank上注册EST序列30023个，获得木材形成相关的全长基因6个，抗逆相关的全长基因25个。
记者：在此项目研究中，您认为还有哪些不足之处？
卢孟柱：与模式植物和重要农作物相比，树木分子生物学研究基础薄弱、起点低，积累的数据非常有限。即使新的分子生物学技术大部分能够在树木研究上应用，但由于缺乏大量的分子生物学研究背景，因此开展树木性状分子基础研究还需要大量的基础工作的积累。
例如，虽然杨树已成为研究木材形成机理的木本模式植物，分子生物学背景相对好一些。但在抗盐、抗旱研究中还没有比较理想的木本模式植物，通过本项目以柽柳、梭梭这两种比较有代表性的抗盐碱、抗旱的灌木为材料对其抗逆分子基础进行了初步研究，但是否适合作为抗逆研究的模式木本模式植物还需要进一步研究。
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