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)育種重點實驗室，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個種，中國栽培歷史悠久，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)濟栽培的食用栗中，以中國板栗(CastaneamollissimaBl)、歐洲栗(C.sativaMill)、日本栗(C.crenataSieb. et Zucc)、美洲栗(C.dentataBorkh)為主。中國栗屬(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

中國板栗種質(zhì)資源圃的建立和成長經(jīng)歷了長期過程。1953～1957年，全國多個研究單位、大學(xué)和生產(chǎn)單位對種質(zhì)資源進行了全國范圍的普查[2,3]。在此基礎(chǔ)上，許多研究機構(gòu)收集、保存并建立了自己的資源圃[4]。1985年，中國農(nóng)牧漁業(yè)部、國家科委發(fā)布農(nóng)(科)字第21號附件3“全國農(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。1989年首批16個國家級資源圃通過農(nóng)業(yè)部組織的專家驗收，其中包括在山東省果樹研究所建立的國家果樹種質(zhì)泰安核桃、板栗資源圃，并列入國家“七五”重點科技計劃[2,3,5]。

1.2 資源的收集與保存

2005年，出版了《中國果樹志─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24個省(自治區(qū)、直轄市)收集、保存了376份資源，其中中國板栗資源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 國家板栗種質(zhì)資源圃板栗資源保存情況

2 鑒定評價

“七五”以來，在國家科技部和農(nóng)業(yè)部項目的資助下，國家板栗資源圃對所保存的資源開展了鑒定評價工作。主要對376份資源進行了植物學(xué)、生物學(xué)特性以及品質(zhì)特性等主要農(nóng)藝學(xué)性狀的鑒定評價[1]；對育種特性、抗病、抗凍害性狀進行了初步鑒定評價；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、葉柄陽面、總苞外觀、刺束均為紅色，堅果外皮紅褐色，有光澤，品質(zhì)細膩甜糯，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，篩選出一組特色優(yōu)異資源：紅栗1號、2號，幼葉、枝條、刺束均為紅色，抗逆性強；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，適應(yīng)性廣；九家種、處暑紅等優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)、果個大，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)。多個品種已經(jīng)通過國家或省級審(認)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SSR引物對26份山東主栽板栗品種進行遺傳多樣性分析表明，3個板栗主產(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標記技術(shù)對秦巴山區(qū)的野板栗10個居群共262個單株進行遺傳多樣性研究，結(jié)果表現(xiàn)出明顯的地域性。江錫兵等[31,32]對中國板栗主產(chǎn)區(qū)97個板栗資源進行堅果表型性狀與營養(yǎng)成分遺傳變異分析，篩選出43個優(yōu)良品種資源材料。并深入研究了中國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]對板栗種子發(fā)育期礦質(zhì)元素含量的動態(tài)變化、相關(guān)性和積累水平進行了研究，為建立板栗高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的綜合栽培技術(shù)和增強種子貯運性提供了科學(xué)依據(jù)。對不同成熟期板栗品種(系)種子發(fā)育期主要營養(yǎng)物質(zhì)與內(nèi)源激素含量的動態(tài)變化進行的研究發(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]鑒定評價了抗栗疫病的板栗品種及優(yōu)系。董易之等[36]對抗蟲、感蟲板栗品種的果、葉揮發(fā)物化學(xué)成分進行檢測和分析，發(fā)現(xiàn)揮發(fā)物化學(xué)成分存在較大差異。

表2 板栗新品種簡介

3 規(guī)范與標準

1980年以來，國際遺傳資源研究所(IGRIP，過去名稱是國際植物遺傳資源協(xié)會IBPGR)已確定一系列果樹評價體系，例如蘋果、桃、梨等，這是第1個國際性狀描述體系[37]。1990年，中國發(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)一的描述符和評價標準。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)平臺建設(shè)項目支持下，國家板栗資源圃制定了較為完善的板栗種質(zhì)資源評價標準，出版了《板栗種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》。在基本信息的基礎(chǔ)上，共制定了119個板栗種質(zhì)資源描述符，包括42個必選項，67個可選項，10個條件項。描述符的代碼是有序的，如數(shù)量性狀從細到粗、從低到高、從小到大、從少到多排列，顏色從淺到深等。每個描述符有一個基本的定義或說明，數(shù)量性狀標明單位，質(zhì)量性狀有評價標準和等級劃分。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)標準--農(nóng)作物種質(zhì)資源鑒定評價技術(shù)規(guī)范板栗 NY/T 2328-2013》、《農(nóng)業(yè)行業(yè)標準--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，將中國板栗種質(zhì)資源、尤其是優(yōu)異板栗種質(zhì)資源的評價納入法制化軌道[43,44]。

4 共享與利用

為提高資源利用效率，實現(xiàn)信息和材料共享，計算機技術(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)評價、優(yōu)異果樹資源數(shù)據(jù)庫、果樹資源數(shù)據(jù)交換和計算機管理系統(tǒng)[45]。中國于1990年初步建成了國家農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫[46]。2000年建立了作物種質(zhì)資源信息共享網(wǎng)絡(luò)[47]。2003年，國家農(nóng)作物種質(zhì)資源平臺建設(shè)啟動，目前已基本建成。該平臺可以迅速地為育種和科研提供優(yōu)良種質(zhì)資源信息和實物[48]。目前，國家板栗資源圃對215份板栗資源進行了登記編目，對其性狀鑒定和評價數(shù)據(jù)進行了規(guī)范化處理，建立了板栗種質(zhì)資源共享信息數(shù)據(jù)庫，這些資源已在中國作物遺傳資源信息系統(tǒng)中共享。

國際作物遺傳資源信息系統(tǒng)已經(jīng)確定中國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信息，包括：資源分類、生物學(xué)形態(tài)特性和用途、生長習(xí)性、特異性狀、多媒體圖譜、保存狀態(tài)、保存地點、聯(lián)系方式等34個基本數(shù)據(jù)信息。

近年來，中國板栗資源圃已向中國農(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，抓好目前板栗產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的機遇，利用自身資源豐富、品種純正等優(yōu)勢，與企業(yè)、專業(yè)合作社等生產(chǎn)單位聯(lián)合進行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，經(jīng)濟效益顯著。

5 近期工作展望

5.1 加大投入，加強資源收集、保存力度

與國外資源圃和國內(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。今后要積極申請國家經(jīng)費支持，加大投入，充實專職科技人員。尤其要加強珍稀和瀕危資源及其近緣種的收集、保存工作，加強國外優(yōu)良品種的引進。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，對入圃條件要嚴格管控和篩查。另外，有些優(yōu)異的板栗資源保存于個別單位或育種者個人手中，期待能協(xié)調(diào)各方面的關(guān)系，實現(xiàn)國家資源的真正保護和共享[50]。

5.2 加強資源鑒定評價的深度

板栗資源的鑒定評價工作量大，目前對圃存資源鑒定評價的內(nèi)容多為植物學(xué)、生物學(xué)特性及農(nóng)藝性狀等，抗逆性、抗病蟲性的鑒定評價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)傾向于精準化鑒定、評價和整合。

5.3 種質(zhì)創(chuàng)新與品種改良

目前，板栗的育種目標是：①育成早實、豐產(chǎn)的新品種。②重點培育高品質(zhì)、耐貯運的炒食、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，選育新品種以促進中國板栗品種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化[49]。

5.4 共享平臺的完善和優(yōu)化

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