种质资源库的类型及特点

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。至1996年, 全世界已建成了1 300余座植物种质资源库, 在我国也已建成30多座作物种质资源库。种质入库保存类型也从单一种子形式, 发展到营养器官、细胞和组织, 甚至是DNA 片段等多种形式。保护的物种也从有性繁殖植物, 扩展到无性繁殖植物及顽拗型种子植物等。因此, 近年来新建的印度国家种质库和扩建的美国国家种质库, 都属于综合型保存设施, 包括低温保存库、试管苗保存库和超低温保存库等。虽然IBPGR (International Board for Plant GeneticResources)曾推荐种质资源库的设计指南,但由于种质资源库建设是一项涉及多学科的系统工程,且目前我国还没有种质资源库设计与建 设规范,致使部分建成的种质资源库存在着一些问题。如贮藏冷库的环境参数达不到设计要求;保温层没有形成封闭的整体,出现“冷桥”; 0℃以下的贮藏冷库地坪没有采取防冻措施,地面冻胀,出现裂缝等,导致运转效率不高, 有的甚至还不能运转。目前有关讨论介绍商业冷库建造技术的文章不少,而专门讨论植物种质资源库设计与建设报道却很少。随着植物种质资源保存在我国越来越受 到重视, 一些单位正在筹备建设植物种质资源库, 以作为资源收集保存与利用的基础平台。为此,有必要就植物种质资源库的类型及特点、设计原则和技术参数要求,以及建设经验作一概述,这对建设好我国植物种 质资源库具有重要指导意义。

种质资源库的类型及特点

种质是所有携带遗传物质的活体, 对于植物来说, 不仅包括种子, 还包括植株、根、茎、胚芽和细胞等等, 甚至是DNA 片段。依据保存种质对象的不同,种质资源库又分为低温种质保存库、试管苗保存库和超低温保存库,以及 D N A 库等。

1 低温种质资源库

我国1986年建成的国家种质库和2002年建成的“国家农作物种质保存中心”的保存设施就属于该类型种质资源库,其保存对象是产生正常型种子的植物种质 资源。我国已收集3.34×105份作物种质资源存入国家种质库进行长期保存, 贮存数量居世界首位。低温种质资源库主要由保存种子的冷库和种子入库前处理操作室两部分组成。冷库部分包括种质贮藏库和机房,冷库一般是在砖混结构的建筑 内,用聚胺酯板再搭建而成,聚胺酯板起保温隔气作用。通过机房的制冷除湿机组向冷库内输送冷气,并通过库内蒸发器设备进行除霜,从而使冷库常年处于恒定的 低温低湿状态。前处理操作室包括种子接纳室、清选室、发芽室、干燥室、包装室和含水量测定室等。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(InternationalPlantGeneticRe-sourcesInstitute,IPGRI)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8%,贮藏寿命可达20年以上。中期库贮藏温度(4±2)℃, 相对湿度<65%, 贮藏寿命5~10年(FAO/IPGRI, 1994)。

2 试管苗保存库

植物体的每个细胞,在遗传上都是全能的,含有发育所必须的全部遗传信息。试管苗种质库即是依据此原理,通过利用组织培养技术,用试管保存组织或细胞培养物 方法,来有效地保存种质资源材料。试管苗保存库一般由保存库、培养库和组培操作室三部分组成。保存库用于进行试管苗中短期保存,培养库用于扩繁组培苗。组 培操作室用于对野外采集的种质材料进行灭菌脱毒等处理。保存和培养库的墙围结构需作保温处理,并通过制冷及除湿机组来维持库内温湿度的恒定,以满足种质培 养和保存的要求。此外, 对通风换气条件要求较高, 库内进口空气须是过滤无菌的。保存库作用是使组培苗处于缓慢生长状态而达到中短期保存目的,缓慢生长是指改变培养物生长的外界环境条件,使细胞生长降至最 小限度但不死亡,从而达到延长继代培养的时间。

3 超低温保存库

超低温通常指温度低于-80℃, 主要是液氮(-196℃)及液氮蒸汽。在如此低的温度下保存生物材料, 其生理代谢活动几乎处于停止状态,可降低甚至是抑制了种质的遗传变异,以保持生物材料的遗传稳定性。这在解决组织细胞继代培养和自然界积累性的突变等变 异,保存和抢救物种等方面有极其重要的作用,被公认是进行无性繁殖作物种质资源长期保存的理想途径。超低温库是采用成熟的超低温保存技术,将经过预处理的 植物离体材料,放入装有防冻保护剂的密封冻存管中,置于液态氮灌中进行长期保存。超低温保存库主要设施是液态氮罐和液氮储液塔,液氮罐是存放种质进行长期 保存的地方,液氮储液塔是储存液态氮源,通过连接管道可随时向液态氮罐提供液态氮源,从而保证液态氮罐温度恒定维持在-196℃。存放液态氮罐的房间通风 条件要好,液态氮储液塔要建造在室外 。

4 基因工程材料及DNA库

建立基因工程材料库是为生物工程技术育种提供物质基础,也为生物工程产品和中间材料的安全提供保障。DNA 库重点是保存特有、珍稀、濒危和野生的植物种质材料。基因工程材料的保存主要采用深度低温冰箱、液氮和冷冻干燥保存方法。其他一些基因工程材料如质粒、 DNA、RNA、蛋白和多肽等, 因是没有细胞结构的生物分子化合物,通常用冻干保存就能达到很好的效果。用乙醇作为保存液, DNA和RNA在低温条件下也能达到长期保存的目的。DNA 保存库的建设可采用超低温保存、-20℃的冻干保存和深度低温冰箱(-80℃)保存等方法。因此, 基因工程材料及DNA保存库需配备液态氮罐和超低温冰箱(-80℃以下), 另外可建-20℃的低温冷库。