一種水稻中長期種質資源保存裝置的組建及管理

吳亞輝 陶星星 蘇彬峰 羅小忠 郭櫻花 葉菊華 黃愉光 巫志堅 劉國雙 黃靜蘭

（廣東省梅州市農林科學院，梅州 514071）

種質是所有攜帶遺傳物質的載體，種質資源也稱基因資源。對于植物來說，不僅包括種子，還包括植株、根、莖、葉、胚芽和細胞等，甚至是DNA 片段。植物種質資源庫是指以植物種質資源為保護對象的保存設施。目前在世界范圍內有1750 多個基因庫，其中保存種質超過1 萬份的基因庫大約有130個[1]。我國最大的基因庫是依托中國科學院昆明植物研究所的中國西南野生生物種質資源庫[2]，包括種子庫（10048 種800105 份）、植物離體庫（2003 種23500 份）、DNA 庫（6154 種55175 份）、植物種質圃（437 種45980 份）、微生物庫（依托云南大學共建，2240 種22400 份）和動物種質資源庫（依托中國科學院昆明動物研究所共建，1988 種53874 份），項目總投資1.48 億，于2009 年11 月通過國家驗收；其次是1986 年10 月建成的依托中國農業科學院作物科學研究所的國家作物種質庫，長期保存350 多種作物（2386 個物種）47 萬余份種質資源[3]。除了國家級的種質庫，各省級農業科學院及高校也都建有大量的種質資源庫，如廣東省農業科學院建有國家種質資源圃5 個，農業部種質資源圃3 個，收集保存國內外種質資源近5 萬份[4]，其下屬的水稻研究所擁有廣東水稻種質中期庫和國家種質廣州野生稻圃等種質資源保存設施，現已收集保存稻種資源近24000 份，其中中期庫保存省內外地方品種、育成品種、國外品種18700 多份，野生稻圃保存國內外野生稻20 個種5100 多份樣本，居國內各省市前列。

植物種質資源庫的建設是一項涉及多學科且專業性很強的系統工程[5]，投資費用大，后期維護成本高，除專門從事種質資源收集、研究工作的機構外，一般的中小型科研機構及企業無法負擔其建設、運行、維護成本，也無必要建一座專業意義上的種質資源庫。目前，國內科研實力及財力較雄厚的科研機構一般都建有種子低溫低濕庫來保存種子，而市一級的科研院所及小型企業由于財力所限，一般只能用種子低溫低濕儲藏柜或者冰箱來保存種子。國內有托普云農、綠博儀器、中農科信等公司有定制的種子低溫低濕樣品庫，但以最低10m2建設面積來算，建設成本也在20 萬元以上；生產種子低溫低濕儲藏柜的廠家則非常多，容積從150～2000L、價格在5000～30000 元不等。低溫種質資源庫又分為長期庫和中期庫，國際植物遺傳資源研究所（IPGRI，international plant genetic resources institute）的專家推薦的長期庫貯藏溫度為-18±2℃、相對濕度（RH）＜65%，種子貯藏含水量一般作物為5%～7%、大豆為8%，貯藏壽命可達20 年以上；中期庫貯藏溫度為4±2℃，相對濕度＜65%，貯藏壽命5～10 年[6]。一般的低溫低濕儲藏柜溫度范圍為0～10℃，不適合種子長期保存。此外，據了解除了專業的種質資源庫外，大多數建有種子低溫低濕庫或者購置了種子低溫低濕儲藏柜的科研機構，對幾克或幾十克的種質資源、常用育種親本材料、育種中間材料到幾十甚至上百千克的雜交繁種制種父母本、雜交種等各種育種材料的管理比較混亂，種子通過各種大小規格的網袋、牛皮紙袋、信封袋、硫酸紙袋、鋁箔自封袋、編織袋等包裝后堆積，缺乏科學合理的管理方法，編碼入庫、檢索、查找、更新種子備份都極為不便。本研究以一種商用立式雙溫冷凍六開門的冷柜、自行設計的推拉式柵格儲物抽屜、鋁箔自封袋及相應的管理方法組建成一種方便檢索、查找、更新種子備份的低成本水稻種子中長期種質資源保存裝置。

1 冷藏設備的選擇

目前，市場上有一種型號為CZ-1600FC 的種子低溫低濕儲藏柜，容積為1600L，溫度范圍0～10℃，報價在14100～29700 元之間。該種子低溫低濕儲藏柜在溫度4±2℃、相對濕度＜65%條件下，種子的貯藏壽命為5～10 年，能滿足種質資源數量較少、能在5～10 年內將種子全部更新一遍的育種單位，但對種質資源數量多、有長期保存種子需求的育種單位來說，該種子低溫低濕儲藏柜無法滿足需求。鑒于此，特尋找到一種與CZ-1600FC 型號種子低溫低濕儲藏柜外觀相近的商用立式雙溫六門冷柜穗凌（SUILING）Q1.6L6-C，該冷柜優點是具有0～10℃和-15～0℃兩種溫度的兩個獨立溫室，上方的溫室（-15～0℃）可作長期庫，下方的溫室（0～10℃）可做中期庫，不足之處在無法控制濕度。

2 包裝方式

紙袋等可滲透包裝會減少儲存在冷庫中的種子的活力，真空包裝和冷藏結合更有利于保持高質量種子[7]。由于選擇的冷藏設備不具備濕度控制調節功能，特選擇鋁箔自封袋來保存種子，鋁箔自封袋能有效地隔絕種子與外界空氣中的氧氣、水分接觸，隨著保存時間的延長，缺少水分、低溫、低氧氣含量、高二氧化碳濃度等條件會讓水稻種子進入休眠狀態。每個規格為8cm×12cm 的鋁箔自封袋可保存水稻種子約30g。

3 柵格抽屜的設計

為了方便查找某個編號的種子，特設計了一種不銹鋼柵格抽屜。根據穗凌Q1.6L6-C 冷柜的尺寸，抽屜長寬高分別為56cm×50cm×12cm，抽屜內又分為6 個柵格，柵格規格為56cm×8cm×12cm（圖1），每個柵格可通過把手獨立抽出或推回，在把手上方，貼上標簽紙，標簽紙上標明該柵格所保存的種質資源的編號（如KC1～KC30）。標簽上可貼一層透明膠，以防止吸水后編號字跡模糊。柵格抽屜如圖2 所示。

圖1 柵格示意圖

圖2 柵格抽屜示意圖

4 管理方法

將所收集的水稻種質資源錄入Excel 或Access數據表中，并進行分類和編號。為方便開展水稻種質資源創新和育種工作，特將水稻種質資源分為三系不育系（KA）、保持系（KB）、兩系不育系（KS）、恢復系（KR）、常規稻（KC）、野生稻（KW）及未知來源或無品種名的類型（KX），各類型種質資源均從1 開始編號。根據各類種質資源的數量，適當分配抽屜及柵格，種子入庫時，鋁箔自封袋上用記號筆寫上編號（如KC1）后按順序放入相應柵格，柵格小抽屜上粘貼注明所保存的種質資源序號的標簽紙（如KC1～KC25），同時在數據表中更新其入庫時間、庫存份數、種子重量等信息。特殊類型的種質資源如感光品種，可在鋁箔自封袋上及種質資源數據表上備注，以免早造播種后無法抽穗，浪費人力物力。需要查找某個種子時，從種質資源數據表檢索其編號，根據柵格抽屜標簽上的編號，可知其所在抽屜及大致的柵格位置，即可快速查找到所需的種子。對于保存在-15～0℃的種子，快速查找到所需的種子而盡量不影響其他種子，更有利于種子的長期保存。種質資源保存裝置如圖3 所示。

圖3 種質資源保存裝置示意圖

5 結論

本研究以一種商用立式雙溫冷凍六開門的冷柜及配套的推拉式柵格儲物抽屜、鋁箔自封袋組建成一種低成本、簡易的水稻種子中長期種質資源保存裝置。該種質資源保存裝置具有獨立的中期庫和長期庫，容積各800L，可存放水稻種質資源3000～6000 份。其組建成本可控制在2 萬元左右，運行功率約為730W，運行維護成本低。通過相應的管理方法，該種質資源保存裝置方便檢索、查找、更新種子備份，基本能滿足水稻及其他小粒型作物科研育種單位的需求。