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种质资源库利用仪器设备控制贮藏环境,长期贮存作物种质的仓库。又称基因库。发掘和收集各种农作物品种种子,科学地加以贮藏,使种质在几十年、甚至数百年之后仍具有原有的遗传特性和很高的发芽力,对于品种改良,培育高产、优质、抗逆性强的新品种,并为生物学的理论研究提供丰富的种质和研究材料具有重要意义(见作物种质资源)。中国最早贮藏种子的方法是将晾晒干燥后的种子,装在纸袋或布袋内,放入带盖的小口缸或瓦罐里,加入适量的生石灰作为吸湿剂,置于阴凉处保存。印度、埃及等国也采用过类似的方法。20世纪50年代以来,美国、日本、苏联等国相继建造了用空调设备控制温、湿度环境的贮藏室。中国从1975年起筹建种质资源库,广西农业科学院种质资源库于1981年、中国农业科学院作物品种资源研究所国家种质库于1984年相继建成,均已先后投入使用。一些国家的农业科学工作者正致力于采用超低温(-196℃的液态氮)冷冻植物细胞和组织的新技术,以期达到长期贮藏种质的目的。
贮藏环境(主要指温度和湿度)对种子的寿命影响很大。根据库内温、湿度环境的不同,种子贮藏建筑可分为5类:超长期贮藏库,温度-18℃,相对湿度40%左右,贮藏期为50年。长期贮藏库,温度-10℃以下,相对湿度30~40%,贮藏期为30年以上;中期贮藏库,温度0~5℃,相对湿度30~40%,贮藏期为15年左右;短期贮藏库,温度10~15℃,相对湿度50~60%,贮藏期为1~3年;普通种子库,采用自然或机械通风调节库内温度,种子贮藏期为3~6个月。超长期贮藏库、长期贮藏库、中期贮藏库和短期贮藏库都需配备制冷除湿设备。
蔬菜种质资源搜集与保存是整个蔬菜种质资源工作的基础,只有通过广泛的收集与科学的保存,拥有相当数量的种质资源,才能更好地开展种质资源的评价和利用。
蔬菜种质资源的搜集方式主要有:一是通过国家行政部门或主管科研单位组织相对应的地方部门或种质资源研究单位,采用行政的(政府部门有组织的)手段对各地的蔬菜主产区、育种中心地区,进行广泛的收集;二是通过科研协作的形式,根据征集的目的和要求,进行经常性的征集;三是有关部门或单位组织人员对蔬菜作物起源中心地区、沙漠和沿海等边远地区,进行野生、野生近缘种质资源的考察和搜集;四是通过各种方式的国际交流,进行国外引种工作。在上述种质资源的征集过程中,对征集工作有统一的要求,对征集来的种质资源填写统一的表格,并将征集到的种子(苗)上交主管单位(方智远、李锡香,2004)。
世界各国都十分重视蔬菜种质资源的考察搜集工作。1920年始,苏联植物分类家瓦维洛夫(Н.И.Вавилов)组织考察队到60多个国家,进行了近200次考察,搜集到包括蔬菜在内的各种栽培植物15万份。由他创建的全苏植物栽培研究所到1985年共搜集保存农作物种质材料35万份左右,其中蔬菜(包括瓜、豆、块根类)种质材料6万份以上。美国从建国开始,至今已有200多年的历史,已经建立了一套完善的种质资源收集、研究、保存、利用的体制、机构和管理制度。美国原有的农作物种质资源贫乏,19世纪中叶开始组织出国考察搜集栽培植物种质材料,现已拥有世界各地栽培植物种质材料43万份以上,其中包括马铃薯、菜豆、豌豆等多种蔬菜作物。日本原有的蔬菜资源有限,许多蔬菜从古代起陆续由中国等国家和地区传入,近代则进一步搜集了世界各蔬菜起源地区的种质材料。除上述国家外,1974年成立的国际植物遗传资源委员会在促进世界各国考察搜集和保存栽培植物种质材料等方面做了许多工作。1974—1984年10年间建立并推动世界栽培植物种质搜集网搜集了各种栽培植物种质材料10万份以上(刘红,1990)。
目前,美国、俄罗斯、日本等国家投入大量人力、物力和财力进行蔬菜种质资源的收集和保存。
表1-4列出了世界各国代表性蔬菜种质资源搜集份数(含重复),包括长期保存和未获长期保存的种质。
表1-5列出了美国种质信息网络(GRIN)中常见的蔬菜种质份数(方智远、李锡香,2004)。
表1-6列出俄罗斯的情况。
表1-4 全世界代表性蔬菜的种资源质搜集份数
表1-5 美国GRIN数据库中主要蔬菜种质份数
表1-6 俄罗斯VIR收集保存的蔬菜种质资源
总的来说,俄罗斯收集和保存的豆类作物种质资源约有42000余份,包括15个属,160种。蔬菜和瓜类作物种质资源49000余份,包括282种。
中国对蔬菜种质资源的搜集保存工作十分重视。20世纪50年代中期至60年代初,开展了全国各省(直辖市、自治区)蔬菜地方品种的调查搜集工作。据1965年的不完全统计,共搜集到88种蔬菜1.73万份种子,但因“文化大革命”而几乎全部丢失。1979年,农业部和国家科委联合发出《关于开展农作物品种资源补充征集的通知》,1980年开始再次进行补充调查征集,至1985年底,全国已征集蔬菜地方品种125种,16187份。并从1982年开始,由当时的中国农业科学院蔬菜研究所牵头,组织全国各省(直辖市、自治区)编写《全国蔬菜地方品种资源目录》。在全国蔬菜品种资源调查、征集基础上,吉林、天津、安徽、山东、江苏、四川、河南、陕西等省(市)先后编制了本省(市)蔬菜品种资源目录。甘肃、吉林、江西、四川、湖南等省编写出本省蔬菜品种志。1986年开始,国家把种质资源工作列入国家重点科研计划,由中国农业科学院蔬菜花卉研究所组织全国各省(直辖市、自治区)蔬菜科研单位进一步进行了蔬菜种质资源的全面搜集、整理。并对云南省、西藏自治区、湖北神农架地区和海南省等地进行了蔬菜种质资源考察搜集,首次发现了一些有开发利用价值的蔬菜植物新变种、新类型和野生近缘种。如1979—1980年对云南省13个地(州、市)的31个市、县进行了考察,共收集种质材料400余份,制蜡叶标本100余份。鉴定出国内外尚无报道的苦茄、西双版纳黄瓜、涮辣、大树辣、辣椒瓜和红茄等。考察查明了云南省辣椒、黄瓜和瓜类的种类、类型、品种及其分布地区、不同海拔高度和生态环境。1981—1984年,中国农业科学院蔬菜花卉研究所参加了由该院品种资源研究所和西藏自治区农牧科学院主持组织的西藏作物品种考察队蔬菜考察组。共考察访问了39个县、市,搜集蔬菜种质材料655份,蔬菜种子285份(含根茎类),分属栽培蔬菜20个科60多个种,野生蔬菜种质资源23个科32个种,基本摸清了西藏自治区蔬菜种质资源的家底。其后,又于1986—1990年进行了神农架地区蔬菜种质资源考察,涉及鄂西和川东地区22个县(市、林区),收集蔬菜种质资源3497份,分属38个科159个种、亚种或变种。并对葱、蒜、菜豆、胡萝卜、辣椒、菠菜等蔬菜进行了重点考察,尤其对多种野生蔬菜进行了收集和研究(杜武峰、刘富中等,1991)。此后,在“九五”期间,四川、重庆等省(市)的蔬菜科研单位,还进行了三峡库区的蔬菜种质资源考察,收集到蔬菜种质资源959份,鉴定编目710份,初步筛选出25份优异种质资源(滕有德等,2002)。在此期间中国农业科学院蔬菜花卉研究所继续组织全国有关科研单位收集保存主要蔬菜地方品种、国外种质和野生蔬菜种质,共计达2005份。“十五”期间,依托国家基础性工作项目“蔬菜种质资源的收集和保存”,国家基础性工作项目“无性繁殖蔬菜种质资源的收集整理与利用”等,繁殖入库有性繁殖蔬菜种质538份,无性繁殖和多年生蔬菜种质资源计70种776份。
国外引种也是搜集种质资源的一种重要途径。随着对外开放政策的落实和国际交往的日益频繁,通过多种途径由国外引进了大批蔬菜种质资源,据不完全统计迄今总计已引入20000余份。在引入的种质资源中,如芦笋、青花菜、结球莴苣、黄秋葵、菜蓟、辣根等,作为新、特、稀蔬菜已在生产上推广应用,有效地丰富了国内栽培的蔬菜种类。又如番茄品种强力米寿、特罗皮克,西芹品种冬芹、夏芹,菜豆品种供给者、优胜者等从国外引入试种后表现优良,已直接用于生产;在直接引入的种质资源中,有的则是重要的育种材料,如抗烟草花叶病毒的番茄材料玛纳佩尔Tm-2,已用作亲本并育成了中蔬4号、西粉3号、苏抗9号等多个番茄优良新品种或一代杂种,成为生产上的主栽品种之一(尚庆茂等,1999)。
到目前为止,中国已收集的蔬菜种质资源共35580份,涉及214个种(包括变种,除去库圃重复收集的种类)。进入国家农作物种质资源库保存的计31417份,涉及21个科70属132个种(变种)。其中以菜豆、豇豆、辣椒、番茄、茄子、萝卜、大白菜、白菜、叶用芥菜、黄瓜、南瓜居多。无性繁殖的水生蔬菜计1538份,分属11个科12个属28个种和3个变种。其他以营养器官繁殖的蔬菜如葱蒜类、薯芋类和多年生蔬菜种质资源776份,分属70个种(李锡香,2006)。
表1-7 中国入库保存的蔬菜种类和种质份数
表1-7 中国入库保存的蔬菜种类和种质份数(续)-1
入圃水生蔬菜
入圃水生蔬菜(续)-1
如上所述,经过广大蔬菜种质资源工作者几十年的努力,基本上已把全国各地现存的较易收集保存的蔬菜种质进行了整理、繁殖入库和入圃。
关于种质资源的保护工作,国内外都十分重视。目前,国际上植物种质资源保护的方式有以下几种:一是原地保存,就是在自然生态环境下,就地保存野生植物群落或农田中的栽培植物居群,任其自我繁殖更新,如森林、草原、荒漠、湿地等各种类型的自然保护区。世界上第一个自然保护区是美国建立的黄石公园。近年来,自然保护区的发展很快,日本天然公园和自然保护区有700多个,总面积560万km以上,占国土面积的15%以上,为亚洲第一;美国的天然公园和自然保护区占国土面积的10%左右;中国至1982年底已建立自然保护区106个,面积390万km2,占国土面积的0.4%,保护了大量的野生动植物资源(李锡香,2004)。二是异地保存,是指将种子或植物体保存于该植物原产地以外的地方,主要形式有植物园、种质圃、种质库及试管苗库,还有超低温保存的营养体、花粉、细胞等等形式。
中国对蔬菜种质资源的保存主要有以下几种方式,一是低温种子库保存。国家在中国农业科学院原品种资源研究所建立了温度在-18℃的国家低温长期种子保存库和青海省的复份库,进行种子的长期保存,蔬菜种子也入库保存;在国家级的中国农业科学院蔬菜花卉研究所建立了温度在0℃左右的中期库,进行蔬菜种子的中期保存,并供国内外交流应用,在北京、上海、广东等地有条件的蔬菜(园艺)研究所(中心)也建有中期库。二是种质圃。主要保存不能用种子繁殖方式保存的水生蔬菜、营养繁殖蔬菜等。在水生蔬菜的保存方面,中国“国家种质武汉水生蔬菜资源圃”在湖北省武汉市蔬菜研究所建成,保存了来自全国二十多个省(市、区)百余县的水生蔬菜种质资源1700余份(含重复),它们分属于14个科30个种或变种(孔庆东,2005)。在河北省廊坊市中国农业科学院国际农业高新技术产业园建立了保存葱蒜类蔬菜、薯蓣类蔬菜、野生蔬菜和多年生蔬菜种质的“无性繁殖蔬菜种质资源圃”已保存了70余种蔬菜700余份种质。三是离体保存。中国农业科学院蔬菜花卉研究所新建了一个25m的组培操作间及培养室,2个约30m的离体保存库,库温分别为1~3℃和16~18℃。对收集的大蒜、生姜、百合等种质进行了复份保存。还探讨了大蒜和百合种质资源的超低温保存技术,并获得了成功。大蒜茎尖液氮冻存后最高成活率可达100%,再生植株遗传性稳定。不同基因型大蒜种质茎尖的冻存后成活率有一定差异。大蒜分化芽冻存后最高成活率为50%。百合组培苗茎尖液氮冻存后最高成活率可达52.6%。相关技术已经用于有关种质的保存实践(张玉芹等,2004;王艳军等,2005;李锡香等,2006)。
(一)橘红心大白菜
北京橘红心是北京市农林科学院蔬菜研究中心培育的晚熟大白菜一代杂种。株型半直立,株高37.3cm,开展度61.7cm。外叶和叶柄绿色,叶球中桩叠抱,球高27.8cm,球宽15.4cm,球形指数1.8。结球紧实,单株重2.2kg,净菜率82%,品质优良。抗病毒病、霜霉病和软腐病。生长期85d左右。
北京橘红心的最大特点是球叶橘黄色,叶球切开在阳光下晒几分钟颜色会变深,呈橘红色。经该中心对45份大白菜材料测定结果表明,北京橘红心含水量、中性洗涤纤维含量较低,分别为92.51%和0.44%,有机和无机营养元素含量绝大多数超过平均值,其中维生素C和β胡萝卜素含量排第一位,每100g分别为30.6和0.26mg,钾、磷、铁、锰等含量也排第一位。其球叶色泽艳丽、口感脆嫩,特别适合于生食凉拌,可生熟兼用。采收后经贮藏可以一直供应到次年2~3月份(图4-16)。
图4-16 橘红心
(二)黄心大白菜
黄心大白菜新品系02-61和02-64由西北农林科技大学选育。叶球呈现鲜黄色和橙黄色,色泽和外观漂亮,质地脆嫩,粗纤维较少,适口性极佳,可生熟兼用,特别适宜于生食和凉拌。新品系还富含胡萝卜素、维生素C、维生素B和钙、锰、铁等微量元素,具有很好的营养保健功能。
(三)四倍体大白菜
河北省农林科学院蔬菜花卉研究所利用秋水仙素处理,获得了大白菜四倍体材料,通过二倍体材料同诱变四倍体材料进行杂交,培育了新四倍体大白菜:翠绿、翠宝、多育2号等。它们克服了一般同源四倍体稔性低、生度速度慢的缺点,而且抗多种病害,品质优良(内含物及口感均优于一般的二倍体大白菜)。四倍体大白菜品种的显著特点是:口感清新,质地脆嫩,蛋白质、维生素C等各项营养指标均高于其他对照品种10~17个百分点。
山东省农业科学院蔬菜研究所王志峰等(1998)通过大白菜2n配子材料1053和四倍体94-78杂交,以053为母本连续回交,选育成四倍体大白菜T-6,并最终育成四倍体大白菜新品种翠白1号。其性状观察结果表明,开花期T-6较053抽薹晚,花茎粗,植株高大;结球期叶片宽大、肥厚,株高、单球重小于1053,但外叶数少,净叶率高,叶球充心快,较1053早熟。
(四)综合性状特优大白菜
根据“九五”国家攻关子专题“蔬菜优良种质评价和利用研究”的要求,从国家种子库中提取经“八五”初评的优良大白菜品种材料78份,自1997年开始,于每年秋季进行田间种植;调查各品种的农艺性状、抗逆性、抗病性(主要是霜霉病、病毒病的抗病力),1998年评选出优良大白菜品种46份。1999年对评选出的大白菜优良品种进行更新、繁种,并进行再次田间种植,调查其农艺性状、抗逆性、抗病性,最后筛选出3份综合性状特优大白菜种质——李楼中纹、河北石特1号、山东福山包头,其中河北石特1号由农业部科技教育司组织评定为农作物优异种质1级。
1.河北石特1号白菜
由中国农业科学院蔬菜花卉研究所和山东省农业科学院蔬菜研究所在“七五”和“八五”期间鉴定筛选。
株高33~37cm,开展度70cm左右。外叶深绿色,10~11片,长40cm左右,叶柄长25cm,宽70cm,叶面皱缩,浅绿色。叶球倒圆形,叠抱,球心包心,横径30cm左右,高28~30cm,单球重2~3.5kg,球叶数30~40片。抗病性强,品质好。品质分析:含干物质8%,粗纤维0.66%,维生素C 34.54mg/hg,可溶性糖3.53%。高抗病毒病,病毒病病情指数6.95%~13.87%,平均10.4%;抗霜霉病,霜霉病病情指数15.28%~50.90%,平均33.09%;无不良农艺性状,可在生产中直接利用或用作育种亲本材料(图4-17)。
图4-17 石特1号
2.李楼中纹白菜
由中国农业科学院蔬菜花卉研究所和山东省农业科学院蔬菜研究所在“七五”和“八五”期间鉴定筛选。
株高65~70cm,开展度65~70cm。外叶深绿色,12片,宽25~33cm,叶面皱缩。叶球长筒形、拧抱,球心拧心,叶球高55~60cm,横径13~17cm,球叶数平均35片左右,单球重2.6~4.2kg。田间表现高抗病毒病和霜霉病。在陕西省杨凌种植,1997—1998年有的重复发病率为0%,病情指数3.67%~13.33%。无不良园艺性状,品质较好。品质分析:含干物质7%,粗纤维0.58%,维生素C 27.42mg/hg,可溶性糖3.13%,可在生产中直接利用。在山东各地推广,表现高抗三大病害,单产11.25万~15万kg/km。
3.福山大包头白菜
经中国农业科学院蔬菜花卉研究所和山东省农业科学院蔬菜研究所在“七五”和“八五”期间鉴定筛选。
株高43~35cm,开展度95.8cm。外叶绿色,外叶数8~9片,长41cm,宽25cm,叶面皱缩,幼叶有刺毛;叶柄长25cm,宽7cm,浅绿色。叶球短筒形,合抱,球心舒心,叶球横径15~20cm,高30~35cm,球叶数30片左右,单球重4500~5000g。较抗霜霉病,品质好。品质分析:含干物质5.5%,粗纤维含量0.47%,维生素C含量21.64mg/hg,可溶性糖含量3.12%。霜霉病病情指数29.99%~33.78%,病毒病病情指数28.33%~31.39%。由于该品种结球性好,品质优良,又属合抱型品种,颇受日本、韩国、荷兰等亚、欧国家的欢迎。国内外一些生产和育种单位,有的已直接用于生产,有的则用作亲本材料进行新品种培育(图4-18)。
图4-18 福山大包头
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