板栗種質(zhì)資源工作現(xiàn)狀與展望

張力思，陳新，徐麗，魏海蓉，劉慶忠

(山東省果樹研究所/山東省果樹生物技術(shù)育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271000)

栗屬(CastaneaMill)植物原產(chǎn)于亞洲、歐洲、非洲和美洲的北溫帶地區(qū)，約有10個(gè)種，中國(guó)栽培歷史悠久，分布地域遼闊。有著豐富的遺傳多樣性，且是世界抗性育種的重要基因來源。世界經(jīng)濟(jì)栽培的食用栗中，以中國(guó)板栗(CastaneamollissimaBl)、歐洲栗(C.sativaMill)、日本栗(C.crenataSieb. et Zucc)、美洲栗(C.dentataBorkh)為主。中國(guó)栗屬(Castanea)的原生種有板栗(C.mollissimaBl)、錐栗[C.henryi(Skan) Rehd.et Wils]和茅栗(C.seguiniiDode)[1]。

1 板栗種質(zhì)資源的收集與保存

1.1 資源圃的建立

中國(guó)板栗種質(zhì)資源圃的建立和成長(zhǎng)經(jīng)歷了長(zhǎng)期過程。1953～1957年，全國(guó)多個(gè)研究單位、大學(xué)和生產(chǎn)單位對(duì)種質(zhì)資源進(jìn)行了全國(guó)范圍的普查[2,3]。在此基礎(chǔ)上，許多研究機(jī)構(gòu)收集、保存并建立了自己的資源圃[4]。1985年，中國(guó)農(nóng)牧漁業(yè)部、國(guó)家科委發(fā)布農(nóng)(科)字第21號(hào)附件3“全國(guó)農(nóng)作物品種資源科研工作協(xié)調(diào)方案”，明確了各單位種質(zhì)工作的重點(diǎn)。1989年首批16個(gè)國(guó)家級(jí)資源圃通過農(nóng)業(yè)部組織的專家驗(yàn)收，其中包括在山東省果樹研究所建立的國(guó)家果樹種質(zhì)泰安核桃、板栗資源圃，并列入國(guó)家“七五”重點(diǎn)科技計(jì)劃[2,3,5]。

1.2 資源的收集與保存

2005年，出版了《中國(guó)果樹志─板栗 榛子卷》一書，記載了317份板栗品種(系)[1]。經(jīng)過諸多科研人員和種質(zhì)資源工作者幾十年的不懈努力，自中國(guó)24個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)收集、保存了376份資源，其中中國(guó)板栗資源317份、錐栗資源7份、茅栗資源10份；野板栗2份；34份日本栗資源、3份歐洲栗資源、3份美洲栗資源 (表1)。目前，板栗種質(zhì)資源圃占地5hm2，每份資源保存3株。

表1 國(guó)家板栗種質(zhì)資源圃板栗資源保存情況

2 鑒定評(píng)價(jià)

“七五”以來，在國(guó)家科技部和農(nóng)業(yè)部項(xiàng)目的資助下，國(guó)家板栗資源圃對(duì)所保存的資源開展了鑒定評(píng)價(jià)工作。主要對(duì)376份資源進(jìn)行了植物學(xué)、生物學(xué)特性以及品質(zhì)特性等主要農(nóng)藝學(xué)性狀的鑒定評(píng)價(jià)[1]；對(duì)育種特性、抗病、抗凍害性狀進(jìn)行了初步鑒定評(píng)價(jià)；篩選出了優(yōu)異種質(zhì)資源用于科研與生產(chǎn)[6-8]。

在這些板栗種質(zhì)資源中，紅栗、垂枝栗、無花栗、無刺栗等是中國(guó)特異、珍稀資源。紅栗芽體紅褐色，枝條紅褐色，嫩梢紫紅色，幼葉、葉柄陽(yáng)面、總苞外觀、刺束均為紅色，堅(jiān)果外皮紅褐色，有光澤，品質(zhì)細(xì)膩甜糯，豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。垂枝栗樹干旋曲盤生，枝條下垂，既是栽培良種，又可作庭院觀賞樹種(圖1)。無花栗花期較晚，雄花序總量較少，早期萎蔫凋落，節(jié)省營(yíng)養(yǎng)，可作育種材料。無刺栗總苞較小，退化刺極短，似貼于苞皮上，近似無刺，雖不豐產(chǎn)，但為寶貴的種質(zhì)資源。同時(shí)，篩選出一組特色優(yōu)異資源：紅栗1號(hào)、2號(hào)，幼葉、枝條、刺束均為紅色，抗逆性強(qiáng)；燕紅、燕豐等品質(zhì)優(yōu)，宜炒食，耐貯藏；華豐、華光早果、豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，抗逆性強(qiáng)，適應(yīng)性廣；九家種、處暑紅等優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)、果個(gè)大，適應(yīng)性廣，為菜食用栗[9]。這些資源都被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)。多個(gè)品種已經(jīng)通過國(guó)家或省級(jí)審(認(rèn))定(表2)[10-26]。

圖1 紅栗、垂枝栗的植株和結(jié)果狀

近年來，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，分子標(biāo)記技術(shù)如SSR、ISSR和AFLP，已廣泛應(yīng)用于板栗資源分類及起源的鑒定。艾呈祥等[27-30]以17個(gè)板栗群體為試材，建立了板栗群體混合樣本等位基因及其頻率的分析方法。以中國(guó)板栗、茅栗和錐栗的葉片為材料，采用CTAB-蛋白酶K法重復(fù)提取，獲得了高質(zhì)量的板栗DNA。利用29對(duì)SSR引物對(duì)26份山東主栽板栗品種進(jìn)行遺傳多樣性分析表明，3個(gè)板栗主產(chǎn)區(qū)(泰沂山區(qū)、魯中南地區(qū)、膠東地區(qū))內(nèi)部的品種或種質(zhì)間(沒有定名的種質(zhì)資源用“種質(zhì)間”一詞)親緣關(guān)系較近，魯中南和泰沂山區(qū)品種和種質(zhì)間可能有共同的起源。利用熒光AFLP標(biāo)記技術(shù)對(duì)秦巴山區(qū)的野板栗10個(gè)居群共262個(gè)單株進(jìn)行遺傳多樣性研究，結(jié)果表現(xiàn)出明顯的地域性。江錫兵等[31,32]對(duì)中國(guó)板栗主產(chǎn)區(qū)97個(gè)板栗資源進(jìn)行堅(jiān)果表型性狀與營(yíng)養(yǎng)成分遺傳變異分析，篩選出43個(gè)優(yōu)良品種資源材料。并深入研究了中國(guó)板栗地方品種重要農(nóng)藝性狀的表型多樣性。陳在新等[33,34]對(duì)板栗種子發(fā)育期礦質(zhì)元素含量的動(dòng)態(tài)變化、相關(guān)性和積累水平進(jìn)行了研究，為建立板栗高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的綜合栽培技術(shù)和增強(qiáng)種子貯運(yùn)性提供了科學(xué)依據(jù)。對(duì)不同成熟期板栗品種(系)種子發(fā)育期主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與內(nèi)源激素含量的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)源激素含量的變化是導(dǎo)致板栗品種成熟期不同的重要原因。程中平等[35]鑒定評(píng)價(jià)了抗栗疫病的板栗品種及優(yōu)系。董易之等[36]對(duì)抗蟲、感蟲板栗品種的果、葉揮發(fā)物化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)和分析，發(fā)現(xiàn)揮發(fā)物化學(xué)成分存在較大差異。

表2 板栗新品種簡(jiǎn)介

3 規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)

1980年以來，國(guó)際遺傳資源研究所(IGRIP，過去名稱是國(guó)際植物遺傳資源協(xié)會(huì)IBPGR)已確定一系列果樹評(píng)價(jià)體系，例如蘋果、桃、梨等，這是第1個(gè)國(guó)際性狀描述體系[37]。1990年，中國(guó)發(fā)布果樹遺傳資源描述符[38]，包括蘋果、梨、板栗等18種果樹。為各果樹提供了特殊、統(tǒng)一的描述符和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。之后，陸續(xù)出版了《農(nóng)作物種質(zhì)資源收集技術(shù)規(guī)程》、《農(nóng)作物種質(zhì)資源整理技術(shù)規(guī)程》、《農(nóng)作物種質(zhì)資源保存技術(shù)規(guī)程》[39-41]。2006年，在科技部科技基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目支持下，國(guó)家板栗資源圃制定了較為完善的板栗種質(zhì)資源評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，出版了《板栗種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》。在基本信息的基礎(chǔ)上，共制定了119個(gè)板栗種質(zhì)資源描述符，包括42個(gè)必選項(xiàng)，67個(gè)可選項(xiàng)，10個(gè)條件項(xiàng)。描述符的代碼是有序的，如數(shù)量性狀從細(xì)到粗、從低到高、從小到大、從少到多排列，顏色從淺到深等。每個(gè)描述符有一個(gè)基本的定義或說明，數(shù)量性狀標(biāo)明單位，質(zhì)量性狀有評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和等級(jí)劃分。形態(tài)描述符附模式圖。內(nèi)容包括基本信息、形態(tài)特性、生物學(xué)特性、品質(zhì)特性、抗逆性、抗病蟲性及其他[42]?！掇r(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)--農(nóng)作物種質(zhì)資源鑒定評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范板栗 NY/T 2328-2013》、《農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)--板栗種質(zhì)資源描述規(guī)范 NY/T 2934-2016》分別于2013、2016年發(fā)布，將中國(guó)板栗種質(zhì)資源、尤其是優(yōu)異板栗種質(zhì)資源的評(píng)價(jià)納入法制化軌道[43,44]。

4 共享與利用

為提高資源利用效率，實(shí)現(xiàn)信息和材料共享，計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)用于果樹遺傳資源管理，包括果樹遺傳資源數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)、優(yōu)異果樹資源數(shù)據(jù)庫(kù)、果樹資源數(shù)據(jù)交換和計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)[45]。中國(guó)于1990年初步建成了國(guó)家農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)[46]。2000年建立了作物種質(zhì)資源信息共享網(wǎng)絡(luò)[47]。2003年，國(guó)家農(nóng)作物種質(zhì)資源平臺(tái)建設(shè)啟動(dòng)，目前已基本建成。該平臺(tái)可以迅速地為育種和科研提供優(yōu)良種質(zhì)資源信息和實(shí)物[48]。目前，國(guó)家板栗資源圃對(duì)215份板栗資源進(jìn)行了登記編目，對(duì)其性狀鑒定和評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行了規(guī)范化處理，建立了板栗種質(zhì)資源共享信息數(shù)據(jù)庫(kù)，這些資源已在中國(guó)作物遺傳資源信息系統(tǒng)中共享。

國(guó)際作物遺傳資源信息系統(tǒng)已經(jīng)確定中國(guó)作物遺傳資源信息網(wǎng)(CGRIS)(http://icgr.caas.net.cn/)和多年生及無性繁殖作物遺傳資源信息網(wǎng)(http://www.ziyuanpu.net.cn/)的有效性。通過網(wǎng)絡(luò)，可以獲得每份板栗資源較詳細(xì)信息，包括：資源分類、生物學(xué)形態(tài)特性和用途、生長(zhǎng)習(xí)性、特異性狀、多媒體圖譜、保存狀態(tài)、保存地點(diǎn)、聯(lián)系方式等34個(gè)基本數(shù)據(jù)信息。

近年來，中國(guó)板栗資源圃已向中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)、北京農(nóng)學(xué)院、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、鄭州果樹研究所、西北農(nóng)林科技大學(xué)、中南林業(yè)科技大學(xué)等高校和科研單位分發(fā)板栗種質(zhì)資源材料，用于分子生物學(xué)研究、畢業(yè)論文研究及品種更新、改良等工作中。同時(shí)，抓好目前板栗產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的機(jī)遇，利用自身資源豐富、品種純正等優(yōu)勢(shì)，與企業(yè)、專業(yè)合作社等生產(chǎn)單位聯(lián)合進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 近期工作展望

5.1 加大投入，加強(qiáng)資源收集、保存力度

與國(guó)外資源圃和國(guó)內(nèi)其他作物資源圃相比，板栗種質(zhì)資源的收集、保存數(shù)量還有一定差距。今后要積極申請(qǐng)國(guó)家經(jīng)費(fèi)支持，加大投入，充實(shí)專職科技人員。尤其要加強(qiáng)珍稀和瀕危資源及其近緣種的收集、保存工作，加強(qiáng)國(guó)外優(yōu)良品種的引進(jìn)。確定核心種質(zhì)，將離體保存等新方法應(yīng)用于資源保存工作中[49]。對(duì)板栗資源保存有同物異名、異物同名現(xiàn)象，在今后資源收集工作中，對(duì)入圃條件要嚴(yán)格管控和篩查。另外，有些優(yōu)異的板栗資源保存于個(gè)別單位或育種者個(gè)人手中，期待能協(xié)調(diào)各方面的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)國(guó)家資源的真正保護(hù)和共享[50]。

5.2 加強(qiáng)資源鑒定評(píng)價(jià)的深度

板栗資源的鑒定評(píng)價(jià)工作量大，目前對(duì)圃存資源鑒定評(píng)價(jià)的內(nèi)容多為植物學(xué)、生物學(xué)特性及農(nóng)藝性狀等，抗逆性、抗病蟲性的鑒定評(píng)價(jià)工作以及分子生物學(xué)研究還很不足。近期工作的重心應(yīng)傾向于精準(zhǔn)化鑒定、評(píng)價(jià)和整合。

5.3 種質(zhì)創(chuàng)新與品種改良

目前，板栗的育種目標(biāo)是：①育成早實(shí)、豐產(chǎn)的新品種。②重點(diǎn)培育高品質(zhì)、耐貯運(yùn)的炒食、加工型新品種。③育成抗栗疫病、炭疽病的新品種。利用圃存資源、應(yīng)用各種育種手段及分子生物技術(shù)，開展育種工作。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)創(chuàng)造帶有某種優(yōu)良基因的育種材料。以期對(duì)現(xiàn)在優(yōu)異資源直接用于育種或生產(chǎn)推廣，選育新品種以促進(jìn)中國(guó)板栗品種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化[49]。

5.4 共享平臺(tái)的完善和優(yōu)化

制定高效的遺傳資源的管理系統(tǒng)和技術(shù)規(guī)程，使資源實(shí)現(xiàn)更加標(biāo)準(zhǔn)化整理和數(shù)字化表達(dá)；優(yōu)化信息共享平臺(tái)布局，深化資源信息共享、實(shí)物共享；通過科學(xué)分類、統(tǒng)一編目和描述規(guī)范，按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)資源進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，建立種質(zhì)資源的統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)。運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息資源的共享，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)物共享，這將是板栗種質(zhì)資源共享平臺(tái)建設(shè)近期的主要內(nèi)容和任務(wù)。