一种水稻中长期种质资源保存装置的组建及管理

吴亚辉 陶星星 苏彬峰 罗小忠 郭樱花 叶菊华 黄愉光 巫志坚 刘国双 黄静兰

（广东省梅州市农林科学院，梅州 514071）

种质是所有携带遗传物质的载体，种质资源也称基因资源。对于植物来说，不仅包括种子，还包括植株、根、茎、叶、胚芽和细胞等，甚至是DNA 片段。植物种质资源库是指以植物种质资源为保护对象的保存设施。目前在世界范围内有1750 多个基因库，其中保存种质超过1 万份的基因库大约有130个[1]。我国最大的基因库是依托中国科学院昆明植物研究所的中国西南野生生物种质资源库[2]，包括种子库（10048 种800105 份）、植物离体库（2003 种23500 份）、DNA 库（6154 种55175 份）、植物种质圃（437 种45980 份）、微生物库（依托云南大学共建，2240 种22400 份）和动物种质资源库（依托中国科学院昆明动物研究所共建，1988 种53874 份），项目总投资1.48 亿，于2009 年11 月通过国家验收；其次是1986 年10 月建成的依托中国农业科学院作物科学研究所的国家作物种质库，长期保存350 多种作物（2386 个物种）47 万余份种质资源[3]。除了国家级的种质库，各省级农业科学院及高校也都建有大量的种质资源库，如广东省农业科学院建有国家种质资源圃5 个，农业部种质资源圃3 个，收集保存国内外种质资源近5 万份[4]，其下属的水稻研究所拥有广东水稻种质中期库和国家种质广州野生稻圃等种质资源保存设施，现已收集保存稻种资源近24000 份，其中中期库保存省内外地方品种、育成品种、国外品种18700 多份，野生稻圃保存国内外野生稻20 个种5100 多份样本，居国内各省市前列。

植物种质资源库的建设是一项涉及多学科且专业性很强的系统工程[5]，投资费用大，后期维护成本高，除专门从事种质资源收集、研究工作的机构外，一般的中小型科研机构及企业无法负担其建设、运行、维护成本，也无必要建一座专业意义上的种质资源库。目前，国内科研实力及财力较雄厚的科研机构一般都建有种子低温低湿库来保存种子，而市一级的科研院所及小型企业由于财力所限，一般只能用种子低温低湿储藏柜或者冰箱来保存种子。国内有托普云农、绿博仪器、中农科信等公司有定制的种子低温低湿样品库，但以最低10m2建设面积来算，建设成本也在20 万元以上；生产种子低温低湿储藏柜的厂家则非常多，容积从150～2000L、价格在5000～30000 元不等。低温种质资源库又分为长期库和中期库，国际植物遗传资源研究所（IPGRI，international plant genetic resources institute）的专家推荐的长期库贮藏温度为-18±2℃、相对湿度（RH）＜65%，种子贮藏含水量一般作物为5%～7%、大豆为8%，贮藏寿命可达20 年以上；中期库贮藏温度为4±2℃，相对湿度＜65%，贮藏寿命5～10 年[6]。一般的低温低湿储藏柜温度范围为0～10℃，不适合种子长期保存。此外，据了解除了专业的种质资源库外，大多数建有种子低温低湿库或者购置了种子低温低湿储藏柜的科研机构，对几克或几十克的种质资源、常用育种亲本材料、育种中间材料到几十甚至上百千克的杂交繁种制种父母本、杂交种等各种育种材料的管理比较混乱，种子通过各种大小规格的网袋、牛皮纸袋、信封袋、硫酸纸袋、铝箔自封袋、编织袋等包装后堆积，缺乏科学合理的管理方法，编码入库、检索、查找、更新种子备份都极为不便。本研究以一种商用立式双温冷冻六开门的冷柜、自行设计的推拉式栅格储物抽屉、铝箔自封袋及相应的管理方法组建成一种方便检索、查找、更新种子备份的低成本水稻种子中长期种质资源保存装置。

1 冷藏设备的选择

目前，市场上有一种型号为CZ-1600FC 的种子低温低湿储藏柜，容积为1600L，温度范围0～10℃，报价在14100～29700 元之间。该种子低温低湿储藏柜在温度4±2℃、相对湿度＜65%条件下，种子的贮藏寿命为5～10 年，能满足种质资源数量较少、能在5～10 年内将种子全部更新一遍的育种单位，但对种质资源数量多、有长期保存种子需求的育种单位来说，该种子低温低湿储藏柜无法满足需求。鉴于此，特寻找到一种与CZ-1600FC 型号种子低温低湿储藏柜外观相近的商用立式双温六门冷柜穗凌（SUILING）Q1.6L6-C，该冷柜优点是具有0～10℃和-15～0℃两种温度的两个独立温室，上方的温室（-15～0℃）可作长期库，下方的温室（0～10℃）可做中期库，不足之处在无法控制湿度。

2 包装方式

纸袋等可渗透包装会减少储存在冷库中的种子的活力，真空包装和冷藏结合更有利于保持高质量种子[7]。由于选择的冷藏设备不具备湿度控制调节功能，特选择铝箔自封袋来保存种子，铝箔自封袋能有效地隔绝种子与外界空气中的氧气、水分接触，随着保存时间的延长，缺少水分、低温、低氧气含量、高二氧化碳浓度等条件会让水稻种子进入休眠状态。每个规格为8cm×12cm 的铝箔自封袋可保存水稻种子约30g。

3 栅格抽屉的设计

为了方便查找某个编号的种子，特设计了一种不锈钢栅格抽屉。根据穗凌Q1.6L6-C 冷柜的尺寸，抽屉长宽高分别为56cm×50cm×12cm，抽屉内又分为6 个栅格，栅格规格为56cm×8cm×12cm（图1），每个栅格可通过把手独立抽出或推回，在把手上方，贴上标签纸，标签纸上标明该栅格所保存的种质资源的编号（如KC1～KC30）。标签上可贴一层透明胶，以防止吸水后编号字迹模糊。栅格抽屉如图2 所示。

图1 栅格示意图

图2 栅格抽屉示意图

4 管理方法

将所收集的水稻种质资源录入Excel 或Access数据表中，并进行分类和编号。为方便开展水稻种质资源创新和育种工作，特将水稻种质资源分为三系不育系（KA）、保持系（KB）、两系不育系（KS）、恢复系（KR）、常规稻（KC）、野生稻（KW）及未知来源或无品种名的类型（KX），各类型种质资源均从1 开始编号。根据各类种质资源的数量，适当分配抽屉及栅格，种子入库时，铝箔自封袋上用记号笔写上编号（如KC1）后按顺序放入相应栅格，栅格小抽屉上粘贴注明所保存的种质资源序号的标签纸（如KC1～KC25），同时在数据表中更新其入库时间、库存份数、种子重量等信息。特殊类型的种质资源如感光品种，可在铝箔自封袋上及种质资源数据表上备注，以免早造播种后无法抽穗，浪费人力物力。需要查找某个种子时，从种质资源数据表检索其编号，根据栅格抽屉标签上的编号，可知其所在抽屉及大致的栅格位置，即可快速查找到所需的种子。对于保存在-15～0℃的种子，快速查找到所需的种子而尽量不影响其他种子，更有利于种子的长期保存。种质资源保存装置如图3 所示。

图3 种质资源保存装置示意图

5 结论

本研究以一种商用立式双温冷冻六开门的冷柜及配套的推拉式栅格储物抽屉、铝箔自封袋组建成一种低成本、简易的水稻种子中长期种质资源保存装置。该种质资源保存装置具有独立的中期库和长期库，容积各800L，可存放水稻种质资源3000～6000 份。其组建成本可控制在2 万元左右，运行功率约为730W，运行维护成本低。通过相应的管理方法，该种质资源保存装置方便检索、查找、更新种子备份，基本能满足水稻及其他小粒型作物科研育种单位的需求。