（谷振军）木质素合成关键酶基因与造纸植物转基因改良应用研究

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1、木质素合成关键酶基因与造纸植物转基因改良应用研究谷振军，张党权，章怀云*,杨丹，彭宽（中南林业科技大学林业生物技术湖南省重点实验室，湖南长沙，410004）摘要：木质素是自然界数量仅次于纤维素的自然有机物质，但在造纸工业中是主要的污染來源。木质素生物合成过程十分复杂，涉及了大量酶体系。本文综述了木质素合成途径中的关键调控酶特性及其基因调控情况，从培育低木质素、易降解木质素的造纸植物为出发点，分析了这些关键基因在转基因造纸植物应用中的潜力和存在的主要问题，并提出了应从改变植物体内木质素含量、改变木质素单体构成比例这两个方面进行转基因的研究思路

2、。关键词：木质素；转基因；基因调控；木质素单体；造纸植物中图分类号：Q754文献标志码：ATransgenicModificationonPulpPlantsbyKeyGenesRegulatingtheLigninBiosynthesisGUZheng-jun,ZHANGDang-quan*,HUANGQing-yun(1TheKeyLabofNon-woodForestProductsofStateForestryAdministration,CentralSouthUniversityofForestryandTechnology,C

3、hangsha410004)Abstract:ligninistherichnaturalorganicmatteronlysecondtocellulose,butisthepollutionresourceinpaperindustry.Thebiosynthesispathwayofligninisverycomplicatedandinvolvesmanyenzymesystems.Inthispaper,thecharacteristicofkeyregulativeenzymesandtheirgeneregulationint

4、hebiosynthesispathwayofligninwassummarized,andthepotentialandmainproblemsofthesegeneswereanalyzedaboutthetransgenicapplicationofpapermakingplantsaccordingtotheaimoflow-contentandeasily-degradedlignin.Moreover,anewconsiderationspresentedherearethatthetransgenicapplicationsh

5、ouldcombinethetwoaspectsofchangingthelignincontentandtheratioofmonolignin.Keywords:lignin;transgenic;generegulation;monolignin;papermakingplant［基金项H］：长沙市科技计划项H重点课题（K069083-22）,湖南省教育厅科学研究项忖（08C931）。［作者简介］:谷振军，男，在读博士，主要从事桜树遗传育种研究和材性改良研究。［通讯作者I：章怀云，男，1951—,教授，陣士生导师，研究方向为动物遗传与

6、育种学专业、植物分子生物学与基因工程。木质素为肉桂醇（cinnamylalcohol）等聚合而成的酚类多聚体，普遍存在于维管植物的次生增厚细胞壁中。木质素通过共价键绑定半纤维素，以增强和加固细胞壁的机械强度，可提供维管组织疏水性以提高植物体输水能力，并具有抵御病菌微生物侵害等生物学功能。木质素除了在植物正常生长发育过程中的重要作用外，也对人类生活产牛了极其重要的影响。木质素及其衍生物的应用功能较广泛，对用作石油回收助剂、吸附剂、解吸剂、分散剂、沥青乳化剂等。然而，木质素的存在增加了造纸成本，降低对纤维素的利用率和带来了严重的环境污染。木质素

7、含量仅次于纤维素，一般约占植物干重的15%〜35%,自然界屮木质素的储量每年都以500亿吨的速度再生。制浆造纸工业每年可产生约5000万吨左右的木质素，但绝大部分仍以“黑液''形式被直接排入河流，或浓缩后被焚烧处理，很少得到有效利用，同时造成严重的环境污染。因而，如何利用转基因技术降低植物木质素含量是目前全球亟需解决的关键难题。木质素的热值极高，亦是一种重要的含量及其丰富的牛•物质能源。木质素作为地球上数量仅次于纤维素的自然有机物质，以及复杂的代谢途径与迷人的分子结构，吸引着大量研究学者的目光。木质素生物合成过程十分复杂，涉及到许多酶系，主

8、要包括两大步骤，一是木质素单体（前体）即单木质醇类(monolignin)合成，即从二氧化碳到对■香豆醇(p-coumarylalcohol)松柏醇(coniferylalcoh