安徽省棉花種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)成效經(jīng)驗(yàn)與思考

何團(tuán)結(jié)

(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，安徽合肥 230031)

種業(yè)是國(guó)家戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性核心產(chǎn)業(yè)，種業(yè)是農(nóng)業(yè)的“芯片”、是糧食安全的根基[1]。農(nóng)業(yè)物種資源是國(guó)家基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性資源，是種業(yè)創(chuàng)新的基礎(chǔ)[2]；農(nóng)作物種質(zhì)資源是保障國(guó)家糧食安全、生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵性戰(zhàn)略資源。2015年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部啟動(dòng)了第三次全國(guó)農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動(dòng)，目標(biāo)是完成農(nóng)作物種質(zhì)資源的普查、收集、繁殖、鑒定并入庫(kù)(圃)保存，要求省級(jí)農(nóng)業(yè)科學(xué)院負(fù)責(zé)組織本轄區(qū)內(nèi)農(nóng)作物種質(zhì)資源豐富縣(市)的系統(tǒng)調(diào)查和搶救性收集，并要妥善保存本省征集和收集的各類作物種質(zhì)資源[3]。近些年來(lái)，我國(guó)黃河流域和長(zhǎng)江流域棉區(qū)棉花生產(chǎn)在不斷縮減[4]，棉花品種應(yīng)用數(shù)量大幅減少，極易造成棉花本土珍稀資源和特色地方品種流失，給棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。2017年安徽省人民政府出臺(tái)了《支持科技創(chuàng)新若干政策》，支持農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新和科技服務(wù)體系建設(shè)，對(duì)開展公益性共享服務(wù)的農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源庫(kù)(圃)實(shí)施績(jī)效獎(jiǎng)勵(lì)，“安徽省棉花種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)”項(xiàng)目申報(bào)成功，獲得立項(xiàng)資助。經(jīng)過2018—2019年2年的實(shí)施，完成了安徽省棉花種質(zhì)資源庫(kù)各項(xiàng)建設(shè)任務(wù)，建成的省級(jí)棉花種質(zhì)資源庫(kù)運(yùn)行良好，能夠?qū)ΜF(xiàn)有的2 000余份棉花種質(zhì)資源實(shí)施有效保護(hù)。現(xiàn)將安徽省棉花種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn)和取得的成效總結(jié)如下，為其他農(nóng)作物種質(zhì)資源庫(kù)的建設(shè)提供借鑒和參考。

1 框架結(jié)構(gòu)

安徽省棉花種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目由棉花種質(zhì)資源低溫庫(kù)、種質(zhì)資源種植圃以及種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)等3個(gè)部分組成(圖1)。其中，種質(zhì)資源低溫庫(kù)主要用于保存棉花種質(zhì)資源，為種子形態(tài)的棉花種質(zhì)資源提供一個(gè)低溫、低濕的儲(chǔ)藏環(huán)境，實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源的長(zhǎng)期安全保存；種質(zhì)資源種植圃主要用于更新繁殖庫(kù)存種質(zhì)資源，通過田間種植鑒定種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀等；種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)保存了全部入庫(kù)種質(zhì)資源的性狀數(shù)據(jù)，為種質(zhì)資源的編碼、查詢以及共享利用等提供基礎(chǔ)條件，數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)留了開放接口，以便與國(guó)家種質(zhì)庫(kù)或其他農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)互通對(duì)接。

圖1 安徽省棉花種質(zhì)資源庫(kù)框架結(jié)構(gòu)

2 主要成效

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面種質(zhì)資源低溫庫(kù)是安徽省棉花種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施。經(jīng)過2年的建設(shè)，建成棉花種質(zhì)資源低溫庫(kù)1座，該種質(zhì)庫(kù)位于安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所安慶試驗(yàn)基地，庫(kù)容近40 m3，采用抽屜式種子密集架儲(chǔ)存種子，具備保存5 000份棉花種質(zhì)資源的保藏能力，棉花種子安全儲(chǔ)藏設(shè)計(jì)年限10年。建立了穩(wěn)定的棉花種質(zhì)種植圃1 hm2，其中棉花黃萎病人工病圃0.1 hm2。開發(fā)了安徽省棉花種質(zhì)資源開放共享數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫(kù)框架包含種質(zhì)資源性狀數(shù)據(jù)項(xiàng)(字段)106項(xiàng)，已上傳數(shù)據(jù)記錄近2 400條，在庫(kù)棉花種質(zhì)資源統(tǒng)一采用二維碼標(biāo)識(shí)管理系統(tǒng)。這些基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，為棉花種質(zhì)資源的保存利用提供了基礎(chǔ)條件。

2.2 管理制度建設(shè)方面完善的管理制度是種質(zhì)資源庫(kù)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)保障。為此，安徽省棉花種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)之初，就制定了一系列管理制度。其中，棉花種質(zhì)資源收集、鑒定與保存技術(shù)規(guī)范參照《第三次全國(guó)農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動(dòng)實(shí)施方案》提供的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)在庫(kù)種質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)一整理，建立了規(guī)范完整的種質(zhì)資源名錄；制定了《安徽省棉花種質(zhì)資源庫(kù)運(yùn)行管理制度》《安徽省棉花種質(zhì)資源庫(kù)安全管理制度》和《安徽省棉花種質(zhì)資源庫(kù)種質(zhì)入庫(kù)流程及共享管理制度》等系列運(yùn)行管理制度。組建了穩(wěn)定的棉花種質(zhì)資源保護(hù)管理團(tuán)隊(duì)，專門負(fù)責(zé)種質(zhì)資源庫(kù)的運(yùn)行管理，確保了種質(zhì)資源庫(kù)的平穩(wěn)、持續(xù)、規(guī)范運(yùn)行。

2.3 種質(zhì)資源管理方面安徽省棉花種質(zhì)資源庫(kù)建成后，截至2020年已累計(jì)整理、編目棉花種質(zhì)資源2 100份。按照種質(zhì)地理來(lái)源，結(jié)合性狀特征對(duì)入庫(kù)種質(zhì)資源進(jìn)行分類，其中：以來(lái)自本省的種質(zhì)為主體的長(zhǎng)江流域系列種質(zhì)750余份、來(lái)自黃河流域的系列種質(zhì)460余份以及其他特異性狀種質(zhì)資源。全部種質(zhì)資源均存儲(chǔ)毛籽，采用專用牛皮紙袋包裝，一般種質(zhì)資源存儲(chǔ)數(shù)量每份50 g左右，核心材料存儲(chǔ)100 g。2018、2019年累計(jì)更新、擴(kuò)繁棉花種質(zhì)資源780余份。

利用前期試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合種質(zhì)地理來(lái)源，按照15%的抽樣比例，篩選出核心種質(zhì)資源300份，對(duì)其進(jìn)行性狀精準(zhǔn)鑒定。2018—2020年重點(diǎn)開展了形態(tài)特征與生物學(xué)特性觀測(cè)、纖維品質(zhì)檢測(cè)、抗病性鑒定以及外源基因和SSR指紋圖譜檢測(cè)等，已積累數(shù)據(jù)總量105 Mb。

2.4 種質(zhì)創(chuàng)新利用方面種質(zhì)創(chuàng)新是安徽省棉花種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目的主要工作任務(wù)之一。在前期研究基礎(chǔ)上利用種質(zhì)資源庫(kù)的設(shè)施條件開展種質(zhì)創(chuàng)新研究，2018—2019年已培育彩葉觀賞棉以及適合機(jī)械化采收的短季棉新種質(zhì)21份，豐富了庫(kù)存棉花種質(zhì)的類型，拓展了棉花種質(zhì)資源的遺傳基礎(chǔ)。凝練相關(guān)研究成果，申請(qǐng)了發(fā)明專利4項(xiàng)，已獲授權(quán)2項(xiàng)；取得軟件著作權(quán)6項(xiàng)。

共享利用是安徽省棉花種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)的最終目的。安徽省棉花種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)提供了PC版共享利用查詢系統(tǒng)接口，為庫(kù)存種質(zhì)資源的共享利用提供了便捷途徑。安徽省棉花種質(zhì)資源庫(kù)2018—2019年已對(duì)外共享發(fā)放種質(zhì)資源91份，同時(shí)篩選了25份優(yōu)異種質(zhì)資源提交國(guó)家棉花種質(zhì)中期庫(kù)。

3 基本經(jīng)驗(yàn)

3.1 定位要準(zhǔn)確農(nóng)作物種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)定位一定要準(zhǔn)確，要充分論證立項(xiàng)建設(shè)的必要性與可行性。首先要根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物生產(chǎn)發(fā)展現(xiàn)狀以及種質(zhì)資源的保有數(shù)量確定是否需要建設(shè)種質(zhì)資源庫(kù)以及擬建種質(zhì)資源庫(kù)的規(guī)模，對(duì)于主要農(nóng)作物，可單獨(dú)建設(shè)種質(zhì)資源庫(kù)，而非主要農(nóng)作物可合并建設(shè)種質(zhì)資源庫(kù)；其次要確定種質(zhì)資源庫(kù)的服務(wù)對(duì)象和范圍，重點(diǎn)考慮是否已有國(guó)家級(jí)種質(zhì)資源庫(kù)以及省級(jí)種質(zhì)資源庫(kù)在全國(guó)所占的份額，除非種質(zhì)資源特別豐富的縣，否則沒有必要建設(shè)縣級(jí)農(nóng)作物種質(zhì)資源庫(kù)，嚴(yán)防一哄而上的重復(fù)建設(shè)；另外，省級(jí)農(nóng)作物種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)一般都是參照國(guó)家級(jí)中期庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)，沒有必要采用投資大、要求苛刻的國(guó)家級(jí)種質(zhì)資源長(zhǎng)期庫(kù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 設(shè)計(jì)要科學(xué)建設(shè)種質(zhì)資源庫(kù)的根本目標(biāo)是保存農(nóng)作物種質(zhì)資源，而不同的農(nóng)作物品種或種質(zhì)資源類型對(duì)入庫(kù)保存的環(huán)境條件要求存在一定差異。因此，要根據(jù)作物的種類，科學(xué)設(shè)計(jì)種質(zhì)資源庫(kù)的選址、庫(kù)容量、溫濕度參數(shù)、庫(kù)存方式以及控制機(jī)組的節(jié)能性、安全性等，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是溫濕度范圍和控制精度，考慮到長(zhǎng)期運(yùn)行的成本，種質(zhì)資源庫(kù)應(yīng)盡量采用節(jié)能降耗設(shè)計(jì)。另外，要注意建庫(kù)材料的防火等級(jí)，同時(shí)特別提醒，低溫種質(zhì)資源庫(kù)一定要安裝帶安全脫鎖和防凍裝置、且內(nèi)外均能開啟的庫(kù)門。

3.3 管理要規(guī)范管理制度建設(shè)是省級(jí)農(nóng)作物種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，一定要規(guī)范管理制度，嚴(yán)格落實(shí)管理制度。其中，棉花種質(zhì)資源庫(kù)運(yùn)行管理制度是確保在庫(kù)種質(zhì)資源安全存儲(chǔ)的基礎(chǔ)，種質(zhì)資源管理規(guī)范是保證種質(zhì)資源入庫(kù)數(shù)量、控制質(zhì)量及實(shí)現(xiàn)共享利用的必然要求。運(yùn)行管理方面要求專人管理、專人負(fù)責(zé)，不能實(shí)行“部門負(fù)責(zé)”制；種質(zhì)資源管理方面要盡量參照國(guó)家級(jí)種質(zhì)資源庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，不得在種質(zhì)資源編碼方式及描述規(guī)范上進(jìn)行所謂的創(chuàng)新，為統(tǒng)一并入國(guó)家級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)留數(shù)據(jù)接口。

3.4 經(jīng)費(fèi)使用要合規(guī)種質(zhì)資源庫(kù)屬于公益性項(xiàng)目，省級(jí)農(nóng)作物種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)資金一般都來(lái)自財(cái)政項(xiàng)目支持，其建設(shè)經(jīng)費(fèi)的使用必須符合專項(xiàng)資金使用管理規(guī)定，做到?？顚Ｓ茫侠眍A(yù)算，不超范圍支出，隨時(shí)接受專項(xiàng)資金的監(jiān)督檢查，以更好地發(fā)揮財(cái)政資金績(jī)效，提高財(cái)政資金使用效益。

3.5 資源管理要持續(xù)農(nóng)作物種質(zhì)資源研究屬于長(zhǎng)期性、基礎(chǔ)性研究，需要長(zhǎng)期積累與不懈堅(jiān)持。省級(jí)農(nóng)作物種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)完成后，還要繼續(xù)收集、整理種質(zhì)資源，定期更新、繁殖庫(kù)存種質(zhì)資源，鑒定、發(fā)掘庫(kù)存種質(zhì)資源特異優(yōu)良性狀，共享、利用具有優(yōu)良性狀的種質(zhì)資源，研究、開發(fā)具有潛在利用價(jià)值的種質(zhì)資源，充分發(fā)揮種質(zhì)資源的保存利用價(jià)值。種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)周期長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益短期內(nèi)難以顯現(xiàn)，因此，需要建設(shè)者和管理者要有長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光，倡導(dǎo)“十年磨一劍”精神，以種質(zhì)資源庫(kù)為依托，持之以恒地開展農(nóng)作物種質(zhì)資源收集、保存和利用研究，為種業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

4 思考與建議

農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)研究目標(biāo)主要集中在種質(zhì)資源性狀數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建與管理[5-7]，而能夠中長(zhǎng)期保存農(nóng)作物種質(zhì)資源的實(shí)體庫(kù)主要依賴于國(guó)家農(nóng)作物種質(zhì)資源長(zhǎng)期庫(kù)[8-9]。農(nóng)作物種質(zhì)資源保存的方法主要有原位保存法和移位保存法2類，其中原位保存法是通過設(shè)立自然保護(hù)區(qū)在植物本身生長(zhǎng)的生態(tài)環(huán)境中就地保存的方法；移位保存法是通過建立種質(zhì)庫(kù)或種質(zhì)圃、使植物脫離原來(lái)的生態(tài)環(huán)境而轉(zhuǎn)移到一個(gè)更加安全的環(huán)境進(jìn)行保存的方法。棉花種質(zhì)資源一般采用移位保存法保存，種質(zhì)庫(kù)主要以種子的形式保存棉花種質(zhì)資源[10]，棉花種子表皮堅(jiān)硬、導(dǎo)熱性不佳，能在低溫、低濕種質(zhì)庫(kù)中長(zhǎng)期保存[11]；而種質(zhì)圃通過田間種植活體保存多年生的陸地棉半野生種系、野生棉種和部分棉屬近緣植物。美國(guó)、印度、俄羅斯、澳大利亞、烏茲別克斯坦等主要產(chǎn)棉國(guó)都設(shè)有棉花種質(zhì)資源收集保護(hù)機(jī)構(gòu)[12]。我國(guó)的棉花種質(zhì)資源分別保存在國(guó)家長(zhǎng)期庫(kù)(北京)、復(fù)份庫(kù)(青海)和中期庫(kù)(安陽(yáng))，野生棉保存在國(guó)家棉花種質(zhì)資源圃(海南)。部分省市根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要和農(nóng)作物種質(zhì)資源分布情況也先后建設(shè)了省級(jí)農(nóng)作物種質(zhì)資源庫(kù)，如甘肅、江蘇、遼寧、山東、上海等省(市)[13-17]，主要功能是負(fù)責(zé)本地區(qū)農(nóng)作物種質(zhì)資源的收集、保存和更新，并定期向中、長(zhǎng)期庫(kù)輸送新的種質(zhì)資源。安徽省自2017年起，在安徽省支持科技創(chuàng)新若干政策專項(xiàng)資金支持下，截至2021年已先后建設(shè)了茶樹、特色園藝作物、茄果類蔬菜、家蠶、水稻、棉花、油菜、油茶、玉米、烏菜、特產(chǎn)水果、飼草、小白菜、桑樹、果菜、特色果樹、桃等種質(zhì)資源庫(kù)(圃)項(xiàng)目，包括棉花種質(zhì)資源庫(kù)在內(nèi)的種質(zhì)資源庫(kù)均為單一種類農(nóng)作物種質(zhì)資源庫(kù)，主要依托安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院和安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位建設(shè)管理，目前還沒有建成省級(jí)綜合性農(nóng)作物種質(zhì)資源庫(kù)。建議加強(qiáng)現(xiàn)有種質(zhì)資源庫(kù)(圃)的管理，明確職能定位，統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范，為種質(zhì)資源庫(kù)(圃)長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行提供經(jīng)費(fèi)支持；加快安徽省農(nóng)作物種質(zhì)資源庫(kù)的立項(xiàng)和建設(shè)，科學(xué)規(guī)劃，確保農(nóng)作物種質(zhì)資源長(zhǎng)期、安全保存，實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源的集中管理和高效利用。