種質資源庫的類型及特點

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。至1996年, 全世界已建成了1 300余座植物種質資源庫, 在我國也已建成30多座作物種質資源庫。種質入庫保存類型也從單一種子形式, 發展到營養器官、細胞和組織, 甚至是DNA 片段等多種形式。保護的物種也從有性繁殖植物, 擴展到無性繁殖植物及頑拗型種子植物等。因此, 近年來新建的印度國家種質庫和擴建的美國國家種質庫, 都屬于綜合型保存設施, 包括低溫保存庫、試管苗保存庫和超低溫保存庫等。雖然IBPGR (International Board for Plant GeneticResources)曾推薦種質資源庫的設計指南,但由于種質資源庫建設是一項涉及多學科的系統工程,且目前我國還沒有種質資源庫設計與建 設規范,致使部分建成的種質資源庫存在著一些問題。如貯藏冷庫的環境參數達不到設計要求;保溫層沒有形成封閉的整體,出現“冷橋”; 0℃以下的貯藏冷庫地坪沒有采取防凍措施,地面凍脹,出現裂縫等,導致運轉效率不高, 有的甚至還不能運轉。目前有關討論介紹商業冷庫建造技術的文章不少,而專門討論植物種質資源庫設計與建設報道卻很少。隨著植物種質資源保存在我國越來越受 到重視, 一些單位正在籌備建設植物種質資源庫, 以作為資源收集保存與利用的基礎平臺。為此,有必要就植物種質資源庫的類型及特點、設計原則和技術參數要求,以及建設經驗作一概述,這對建設好我國植物種 質資源庫具有重要指導意義。

種質資源庫的類型及特點

種質是所有攜帶遺傳物質的活體, 對于植物來說, 不僅包括種子, 還包括植株、根、莖、胚芽和細胞等等, 甚至是DNA 片段。依據保存種質對象的不同,種質資源庫又分為低溫種質保存庫、試管苗保存庫和超低溫保存庫,以及 D N A 庫等。

1 低溫種質資源庫

我國1986年建成的國家種質庫和2002年建成的“國家農作物種質保存中心”的保存設施就屬于該類型種質資源庫,其保存對象是產生正常型種子的植物種質 資源。我國已收集3.34×105份作物種質資源存入國家種質庫進行長期保存, 貯存數量居世界首位。低溫種質資源庫主要由保存種子的冷庫和種子入庫前處理操作室兩部分組成。冷庫部分包括種質貯藏庫和機房,冷庫一般是在磚混結構的建筑 內,用聚胺酯板再搭建而成,聚胺酯板起保溫隔氣作用。通過機房的制冷除濕機組向冷庫內輸送冷氣,并通過庫內蒸發器設備進行除霜,從而使冷庫常年處于恒定的 低溫低濕狀態。前處理操作室包括種子接納室、清選室、發芽室、干燥室、包裝室和含水量測定室等。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(InternationalPlantGeneticRe-sourcesInstitute,IPGRI)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8%,貯藏壽命可達20年以上。中期庫貯藏溫度(4±2)℃, 相對濕度<65%, 貯藏壽命5~10年(FAO/IPGRI, 1994)。

2 試管苗保存庫

植物體的每個細胞,在遺傳上都是全能的,含有發育所必須的全部遺傳信息。試管苗種質庫即是依據此原理,通過利用組織培養技術,用試管保存組織或細胞培養物 方法,來有效地保存種質資源材料。試管苗保存庫一般由保存庫、培養庫和組培操作室三部分組成。保存庫用于進行試管苗中短期保存,培養庫用于擴繁組培苗。組 培操作室用于對野外采集的種質材料進行滅菌脫毒等處理。保存和培養庫的墻圍結構需作保溫處理,并通過制冷及除濕機組來維持庫內溫濕度的恒定,以滿足種質培 養和保存的要求。此外, 對通風換氣條件要求較高, 庫內進口空氣須是過濾無菌的。保存庫作用是使組培苗處于緩慢生長狀態而達到中短期保存目的,緩慢生長是指改變培養物生長的外界環境條件,使細胞生長降至最 小限度但不死亡,從而達到延長繼代培養的時間。

3 超低溫保存庫

超低溫通常指溫度低于-80℃, 主要是液氮(-196℃)及液氮蒸汽。在如此低的溫度下保存生物材料, 其生理代謝活動幾乎處于停止狀態,可降低甚至是抑制了種質的遺傳變異,以保持生物材料的遺傳穩定性。這在解決組織細胞繼代培養和自然界積累性的突變等變 異,保存和搶救物種等方面有極其重要的作用,被公認是進行無性繁殖作物種質資源長期保存的理想途徑。超低溫庫是采用成熟的超低溫保存技術,將經過預處理的 植物離體材料,放入裝有防凍保護劑的密封凍存管中,置于液態氮灌中進行長期保存。超低溫保存庫主要設施是液態氮罐和液氮儲液塔,液氮罐是存放種質進行長期 保存的地方,液氮儲液塔是儲存液態氮源,通過連接管道可隨時向液態氮罐提供液態氮源,從而保證液態氮罐溫度恒定維持在-196℃。存放液態氮罐的房間通風 條件要好,液態氮儲液塔要建造在室外 。

4 基因工程材料及DNA庫

建立基因工程材料庫是為生物工程技術育種提供物質基礎,也為生物工程產品和中間材料的安全提供保障。DNA 庫重點是保存特有、珍稀、瀕危和野生的植物種質材料。基因工程材料的保存主要采用深度低溫冰箱、液氮和冷凍干燥保存方法。其他一些基因工程材料如質粒、 DNA、RNA、蛋白和多肽等, 因是沒有細胞結構的生物分子化合物,通常用凍干保存就能達到很好的效果。用乙醇作為保存液, DNA和RNA在低溫條件下也能達到長期保存的目的。DNA 保存庫的建設可采用超低溫保存、-20℃的凍干保存和深度低溫冰箱(-80℃)保存等方法。因此, 基因工程材料及DNA保存庫需配備液態氮罐和超低溫冰箱(-80℃以下), 另外可建-20℃的低溫冷庫。