稻种资源收集、保存和更新中存在的问题及对策

江 川,朱业宝,张 丹,郑苹立,王金英

(福建省农业科学院 水稻研究所，福建 福州 350018)

稻种资源是长期自然演化、人工选择、创造的珍贵活体遗产，是水稻育种、遗传工程和基础理论研究不可或缺的物质基础，更是人类赖以生存和发展的最重要的物质基础。稻种资源的发掘、创新和合理利用在水稻科研育种中发挥了巨大作用[1]。全球水稻生产的第1次重大突破就是源于对籼稻半矮秆基因sd-1的利用促成了矮化水稻的成功培育，使水稻单产提高了20%。水稻生产的第2次飞跃则依赖于雄性不育野生稻的发现和杂种优势的利用，使水稻的单产又增加了20%。由此可见水稻生产的重大突破，都与新稻种资源的发现与利用有着密切的联系[2]。野生稻是栽培稻的祖先，作为另一种重要的水稻资源，其蕴藏着抗病、抗虫、抗逆、高产等可用于栽培稻品种改良的优异基因及水稻育种的关键性基因[3]。野生稻的优异基因在水稻的两次绿色革命和育种变革中都做出了重大贡献，使我国的水稻育种工作走在了世界前列。稻种资源的收集、更新和保存既是稻种资源研究的基础，也是水稻育种可持续发展的重要物质保障，对促进我国水稻生产持续性发展和新突破将发挥积极作用[4]。

稻种资源收集、保存和更新对水稻生产意义重大，在稻种资源遗传多样性保护中三者相辅相成缺一不可，收集是基础，更新是途径，保存是目的。目前稻种资源收集、更新和保存过程中存在较多问题，直接影响水稻生产的发展。本文就稻种资源收集、更新和保存过程与现实中面临的一些问题提出了一些相应对策，为补充和丰富我国稻种资源提供参考。

1 稻种资源的收集

我国分别于1956～1957年、1979～1983年对稻种资源进行了2次普查，收集了全国各地的水稻地方品种、育成品种和野生稻资源。近30多年来，气候、自然环境、种植结构和土地经营方式等因素的变化，导致了水稻生产上大量的地方稻种迅速消失，野生稻资源也因其赖以生存繁衍地遭受破坏而急剧减少。因此加快稻种资源的再次普查，收集和保护携带重要基因的稻种资源显得十分迫切。

1.1 稻种资源收集中存在的问题

当前水稻生产上主要是推广杂交水稻，其具有优质、高产、抗性好及对自然和生态环境高度的适应性，极大地满足了当地农民生产生活的需求，因而对那些产量低、高秆易倒伏、抗性和适应性差的地方品种的种植产生了极大冲击，从而导致许多地方稻种已经消失。而由其他国家或地区引入的外来水稻资源虽能反映原产地区的自然条件和生产特点，但对本地的生态条件适应性和稳定性差，这也对稻农选择种植品种具有一定的影响。因此，地方稻种和外来稻种的收集难度很大。

由于水稻生产的商业化和经济化发展，水稻育种者的品种权保护意识不断增强，导致育种工作者新育成的品种及其亲本不愿意提供给种质资源工作者进行保存和创新利用。新的水稻资源分散在各育种者手里，得不到流通和再次利用，一旦这些品种不在生产上应用或是育成者退休，这批资源就会丢失殆尽。当前开展新的稻种资源的收集工作困难重重，除了第一次和第二次全国农作物种质资源普查与收集行动中收集到的一些稻种资源保存在国家种子库和各省市地方种子库里，很难再收集到新育成的稻种资源。

野生稻作为另一种稻种资源，一般多生长在人迹罕至的沼泽、池塘、滩涂等交通不便的地方，近年来由于受工业化、城镇化和农村土地的流失等人为因素的干扰，野生稻原始居群大量消失[5]。目前原生态环境中野生稻资源存在数量越来越少，收集难度也越来越大。据调查，我国在20世纪80年代初调查记载的野生稻分布点已经消失了近80%的居群[3,6]。广西壮族自治区1981年有野生稻分布点1342个，目前仅剩325个[7]。广东省原有普通野生稻分布点1083个，目前仅剩106个，已经完全消失的野生稻分布点有977个，分布点丧失率高达90.55%，已现严重濒危的趋势[8]。福建省漳浦野生稻原来有2个原始自然居群，其中一个自然居群因受农事活动等人为因素的影响没有得到及时保护，于20世纪末就已经完全消失。近30年来未再开展野生稻种质资源的普查，致使我国野生稻资源本底不清，丧失严重。

1.2 稻种资源收集的对策

1.2.1 建立稻种资源收集与水稻育种的合作平台 稻种资源的收集工作要协调好育种者与资源工作者之间的关系，设立可以相互沟通的交流平台，育种工作者不仅可以从资源保存者手里交流到所需的稻种资源，也可以得到该水稻品种的农艺性状和遗传特性等方面的数据，指导水稻育种和水稻生物技术研究，实现种子实物及农艺性状数据的资源共享。育种单位也要同时提供相应的种质，包括育种过程中通过各种手段创制的一批已稳定的具有某些特异性状的遗传资源和中间材料，交给种质资源研究单位保存，以防止资源流失。这样既保护了育种单位和育种者的权利和义务，同时也确保了稻种资源的收集、保存和可持续性发展。

1.2.2 制定合理的稻种资源收集方法和步骤 首先，水稻地方品种和野生稻种质资源的收集需要有切实可行方法，通过走访、询问、调查等方式对当地古老、珍稀、特有、名优的水稻地方品种和野生稻种质资源的营养品质、食味性、抗病虫性、抗逆性、对气候变化的适应性等方面进行详细了解，明确其可利用性及推广潜力。其次，收集资源中必须带好如种子袋、标签、标本夹等必备物资材料，同时对收集到的每份资源都要仔细填写种质资源收集表，每份资源样本对应一个采集号。最后对采集点进行定位、图像信息处理，将收集的资源及其收集表信息整理好，及时提交省级农科院，由省级农科院妥善保存并按照相关要求开展资源的鉴定评价和入库(圃)保存等工作。

野生稻种质资源的收集必须以居群遗传学和居群生物学为指导进行科学合理的取样，对一定群体范围内的野生稻个体进行取样时，所取样本应尽可能多地包含该范围内野生稻的遗传变异[9-10]。一般在不知道某一物种生物学特性和遗传背景的情况下，采用随机取样方式对某一居群进行取样并且数量在30个左右比较能代表该居群的遗传变异[11]。Xie等在进行遗传多样性研究和异位保护研究后认为对每个居群普通野生稻取样数应多于25株，相邻取样个体间的距离应大于12 m[12]。野生稻在自然界部分是靠种茎无性繁殖，居群内的遗传变异有可能呈斑块状分布。这时应该采用分层随机取样。普通野生稻由于生存环境的特性及其本身的生长特性，在原生境进行种子收集的难度很大，一般采用的方法是对异地保护的群体植株进行套袋留种。

2 稻种资源的保存

我国进行了2次全国性大规模的农作物种质资源收集及多次专项考察收集，挽救了一大批濒临灭绝的地方稻种和野生稻资源。目前已建立了国家农作物种质资源保存的长期库、中期库、种质圃、原生境保护点和国家基因库相结合的种质资源保护体系。中国农业科学院作物所韩龙植研究员统计得到：截止2010年我国共整理编目稻种资源82386份，其中包括野生稻种、地方稻种、选育稻种、国外引进稻种、杂交稻资源、遗传材料等稻种资源[13]；国家种质库卢新雄研究员统计得出：从1998年开始，中国农业科学院作物所、云南省农科院、山西省农科院等十几个单位的地方水稻种子库因保存条件差或人员变动，保存的种子丧失发芽率或丢失导致绝种，重新申请从国家种子库取出他们早期存入国家库的种子进行繁种更新，补足曾经缺失的资源。2000年左右，国家中期库中保存的约有4万份各类稻种资源，由于所保存的每份种质资源数量少，且经过20几年长时间保存种子发芽率逐渐降低，因此在科技部基础性工作和农业部作物种质资源保护项目的资助下，2001年开始重新组织广东、广西、福建等十几个省农科院在原产地开展了国家中期库稻种资源的繁种更新，2001～2004年3年间共繁殖更新19412份稻种资源，其中福建地方稻种就有1950份左右重新种植更新送入国家中期库保存。

福建省农业科学院水稻研究所种质资源室科技人员为了了解贮藏在本所0～5 ℃短期库内水稻种子的活力情况，于2010年分别对2001～2008年田间种植更新贮藏到冷库的种子随机分别取20份做发芽实验，结果表明：经过2～10年不同时间的贮藏，平均发芽率只有81%，发芽率均有不同程度的下降。

2.1 稻种资源保存中存在的问题

栽培稻种质资源多以种子形式保存于种质库中，装入纸袋，保存于温度10 ℃、湿度50%的短期库中的种子可保存5～10年；装入密封容器，保存于温度0～5 ℃、湿度40%～50%的中期库的种子可保存20～50年；装入真空包装，保存于温度-15～-10 ℃、湿度<35%的长期库的种子可保存70～100年。但在保存过程中种子的活力会有所下降，这是由于染色体畸变的累积引起的[14-16]。另有研究发现，低活力种子繁殖的后代中有基因突变现象，主要表现为隐性突变[16-17]，偶尔也有显性突变[18]。此外，低活力的种子还会丧失种质资源的遗传完整性[14,19]。

野生稻资源有原生境保存和异位保存2种方法。原生境保存可以保存其完整的遗传多样性和固有的遗传进化途径，因此被认为是最佳的保存方法[20-22]。异位保存包括种质库保存和种质圃保存。异位保存因野生稻种质自然进化终止，遗传多样性的发展受阻，还可能由于遗传漂移和重组致使有潜在利用价值的基因受到破坏或丢失。

2.2 稻种资源保存中问题的对策

国际水稻研究所主要采用种子复份异地保存法，该方法有利于种子的安全贮藏和利用，但由于野生稻种子的遗传异质性和杂合性，其有性继代样本会产生分离，这种保存法无法代表原生境种质的遗传组成。而日本国立遗传所则主要采用种质库和种质圃相结合的保存法。我国政府非常重视作物资源的保存、保护工作，先后在北京和青海建立了2个国家长期种质库，1个国家中期库和20多个地方或专业作物中期库以及32个多年生种质资源保存圃。我国各省(市)科研院所的栽培稻资源主要以种子的方式保存在地方中短期库内。野生稻资源保存有异地保存和原生境保护2种方式，异地保存有种子库保存和野生稻种茎保存2种方式。农业部从2001年开始正式启动野生稻原生境保护工作，已在广东、广西、海南、云南、江西、湖南和福建等有野生稻资源的7个省份建立了野生稻原生境保护点[23]，并在广东、广西建立了两个野生稻资源国家异位保存圃，同时有野生稻的省(市)也在当地建立了野生稻异位保存圃。

3 稻种资源的更新

针对不同的种质资源类型，制定科学规范的保存及更新方法，对水稻资源遗传多样性的完整、持久及安全保存，对水稻遗传育种具有十分重要的意义，然而在收集、保存及更新过程中，由于遗传漂移、遗传漂变、适合度选择和污染(花粉、种子等)而造成种质资源完整性的丧失已被广泛认识[24-27]，因此，对种质资源更新策略的研究是非常必要的。

对栽培稻而言，可定期对种质资源进行繁殖更新，以降低贮藏种子基因突变和田间选择对种质资源遗传完整性的影响，材料多时可进行轮换种植。我国农作物种质资源长期库以发芽率下降到60%作为自花授粉作物繁殖更新的临时执行标准；而对于地方种，更新标准为起始发芽率的85%。野生稻也必须定期收集更新，前苏联植物育种学家和遗传学家瓦维洛夫认为野生资源在自然环境下每隔15～20年会出现新的遗传变异，因此每隔一定时间必须对野生稻进行重新收集、考察、鉴定评价[23]。

3.1 稻种资源更新中存在的问题

栽培稻的天然异交率为0.2%～4%，最高可达5%[27]；野生稻的天然异交率(t)变化范围在0.2777～0.889之间[28-31]，且分蘖力强，会过分消耗其周围的水分及营养；种子的落粒性强，易出苗，造成混杂。因此在种植更新过程中要考虑的问题就是避免相邻小区间因天然异交而引起种质资源样本遗传特性的变化。

3.2 稻种资源繁殖更新中问题的对策

合理的种植方式及适宜的收种方式可以保存种质资源遗传的完整性。就种植规模来说，一般来说50～172个单株可以保持群体中频率不低于0.05的稀有类型基因[18,22,24,32]。为保证繁殖样本的遗传特性，每一繁殖小区要淘汰两个边行[33]。种子收获时主要采用混合法，即混合收获全部植株的种子，随机取样形成下一轮保存样本。该法田间操作容易，又可降低种质资源保存过程中基因突变的累积效应[34]。

野生稻的异交率很高，在种茎更新保存过程中，应适时割叶留茬，在生长旺季必须每月割叶1次，在生长淡季每2～3月割叶1次，这样既可抑制野生稻开花，又可防止串粉异交及种子落粒出苗造成混乱，从而保持野生稻遗传的完整性和种质的存活率。需要留种时，要在野生稻已经抽穗却尚未开花时适时给每穗套上牛皮纸袋，以防串粉异交[11]。由于光照对种子的质量有重要影响，所以，要待野生稻稻穗开花结束闭颖后，以网袋代替牛皮纸袋[35]。野生稻分蘖力强，生长旺盛，对周围的养分消耗很大，随着养分的消耗，生长会减缓甚至停滞，因此最好每年的4、5月份进行种茎移栽更新，盆栽的野生稻要重新换盆换土，以保证其正常生长对养分的需要。

4 展望

稻种资源收集、保存和更新是一项长期性基础工作，责任重大、任务繁重、工作量大，必须有一支稳定的从事种质资源研究的科研队伍，并能持久地开展种质资源的收集、更新、保存与鉴定工作。今后种质资源研究的重点是继续全面普查收集稻种资源，引进起源中心和多样性中心的优异种质资源，并对新收集的资源进行更新、编目、入库(圃)保存。在更新和保存过程中，要保证稻种资源遗传多样性和完整性，减少遗传漂移和漂变，对于抗虫、抗病、抗逆以及不以显性性状出现的变异需要采用DNA手段与常规技术相结合的方法进行及时检测。在广泛收集、妥善更新和保存的同时继续深入挖掘和开拓利用新的稻种资源，建立稻种资源精准鉴定评价体系，对稻种资源进行规模化和精准化鉴定评价，发掘能满足现代育种需求的优异资源和关键基因[36]。通过对水稻资源进行深入评价、积极创新，形成规范的资源获取和利益共享机制，为水稻优质、高产、高抗、广适性育种创造和提供可有效利用的优异稻种资源。