世纪之交中国作物种质资源保护与持续利用的回顾和展望

世纪之交中国作物种质资源保护与持续利用的

回顾和展望

刘旭董玉琛

(中国农科院作物品种资源研究所，北京 100081)

摘要: 世界上有作物1200种，中国就有600余种，中国已完成36万份作物种质资源的编目，并已完成全部农艺性状鉴定，部分品质、抗逆、抗病虫鉴定；建立了长期保存和中期保存的种质保存体系，已入库、入圃保存了35.5万份，并提供育种和生产利用5万份次，已有3389份得到有效利用。目前已形成以中国农科院品种资源研究所为牵头单位，全国各有关农业科研部门共同协作的作物种质资源工作体系。近20年来，其工作的重点是收集、保存、鉴定，随着工作的深入，今后将转向以研究、创新和利用为主，重点进行本底调查、遗传多样性研究、特性鉴定和利用评价，积极进行种质创新，更好地为育种和农业生产服务。

关键词：作物种质资源收集保存体系研究多样性

Ⅰ.引言

中国幅员辽阔，生态环境复杂，农业历史悠久，作物种质资源十分丰富，是世界作物多样性中心之一。据初步统计，世界上栽培植物有1200余种，中国就有600余种，其中有300余种是起源于中国或种植历史在2000年以上。中国的种质资源被引种到世界各地，在科研和生产上均发挥了很大作用。中国经整理编目的种质资源已有160种作物，共36万份，入国家种质库长期保存的有31.8万余份，入圃保存的3.7万份，它们分属78科，256属，810个种(不含花卉和药用植物)。

对入国家种质库长期保存的31.8万份种质资源全部进行了农艺性状鉴定，部分进行了品质、抗逆和抗病虫鉴定，从中已初步筛选出2万余份综合性状较好或具有某一特优性状的种质资源。这些优异材料，部分已提供给生物技术、育种利用，有些还在高寒地区、盐碱地区、干旱地区和矿山复垦区直接推广利用，有些还向世界各国提供，都已初见成效。

通过二十年的工作和十五年攻关，已初步形成了由中国农科院作物品种资源所牵头，全国各有关农业科研部门共同协作的种质资源收集、保存、鉴定、研究、创新、利用的工作体系，但由于受到经费等方面因素的制约，此体系尚十分脆弱。加强此工作体系的关键在于适当增加投入，创造必要条件，使作物种质资源工作从目前以收集、保存、鉴定为主，及时转到以研究、创新、利用为主的轨道上。只有这样，才能持续不断地发挥种质资源的作用。

已收集编目的36万份种质中，选育材料4.3万份，国外引进材料6.7万份；其余25万份为中国的地方品种、稀有种及野生近缘植物，约占收集材料总数的70%。还有小作物、水生蔬菜、热带作物、牧草、调味、香料、花卉和药用植物有待进一步收集，估计还可以收集地方品种和野生种及野生近缘植物15万份左右，估计中国种质资源的总量实际上约在40万份左右(不包含选育和国外引进材料)。伴随着现代工业和城市建设的发展，生产单一经营和山区开发建设等带来的污染和生态环境的破坏等，日益加重了种质资源的灭绝，特别是野生资源受到了更大威胁。为了实现农业的可持续发展，保护和合理利用种质资源及其遗传多样性成了十分紧迫的任务之一。

近20年的研究项目重点是收集和保存，“七五”、“八五”、“九五”3个五年计划中，国家计委和原国家科委均将《作物品种资源研究》列为国家重点科技攻关项目，组织协调全国400多个单位、2500余名科技人员协作攻关，使中国作物种质资源工作取得重大进展。

中国下一个十年作物种质资源的总体目标是：基本查清中国作物种质资源的种类、分布、居群状况及其时空变动情况，并使中国作物种质资源保存份数每年增加0.5万份左右；研究中国作物遗传多样性富集中心形成因素，并提出原生境保存、异生境及离体保存的总体方案；建立国家作物种质资源重大科学工程(或国家重点开放实验室)，并建立种质多样性、信息监控中心和监测系统；深入进行作物种质资源的特性鉴定和利用评价，积极进行种质创新，更有效地为育种和生产服务；努力开发未被充分利用的作物，进一步发挥作物种质资源在农业可持续发展中的作用。

Ⅱ.保护与利用

2.1 收集

50年代在中国政府的领导下，在全国范围内进行了作物种质资源的普遍征集，农业部曾两次向全国发布征集各主要农作物原始品种材料的通知，要求以县为单位，对各种农作物全面收集整理，在此基础上制定了《国内外品种保存和供应办法(修定草案)》。从1953～1957年历时四年，共征集到53种大田作物约20万份(包括部分重复)，蔬菜88种1.7万余份材料(包括部分重复)。由于保存条件的限制和“文化大革命”造成的人为破坏，到1979年作物种质资源总共只剩下43种大田作物16万余份(包括国外引进的2万份)。为了挽回损失，国家采取了补充征集、重点作物野生种考察、重点地区考察三项措施。1979年农业部和原国家科委联合发布《关于开展作物品种资源补充征集的通知》，1979～1984五年，共收集到60种作物11万余份种质资源。同期进行的云南等重点地区和野生稻、野生大豆等重点作物的考察，收集到新种质1.5万余份，80年代进行的西藏、神农架、海南岛三个重点地区的考察又收集到新种质近2万份，90年代又进行了大巴山区及川西南、黔南桂西山区、三峡地区、赣南粤北山区等地考察。加上1978～1990年从国外引进的种质，现今中国的作物种质资源编目总量达36万份，其中有国外材料6.7万余份。

2.2 保存

20年来，我国已建立了长期保存和中期保存相结合的作物种质资源保存体系。

2.2.1 国家长期保存设施

国家作物种质长期保存设施主要由2座低温种质库组成，即位于北京的国家作物种质库和位于青海西宁的国家作物种质复份库(简称复份库)。前者受中国农业科学院作物品种资源所领导，后者业务上亦受该所管理。

国家作物种质库于1984年破土动工，1986年建成。该库总建筑面积3200m²，包括贮藏区、试验区、种子处理区和动力区四部分。贮藏区有长期贮藏冷库2间，面积均为150m²，温度－18℃±2℃，相对湿度＜57%。按每份种质贮存三盒(袋)计，贮存种质容量40万份以上，种子贮藏寿命50年以上。另有4个可调节温度的试验小冷库，面积均为17m²。国家作物种质库的任务是：负责我国作物种质资源的长期保存，当库存的某份种子发芽率降低或其中期库材料绝种时，负责向有关中期库或原供种单位提供殖用种子，一般不向研究和利用单位供种。至1998年12月，该库保存数量已达31.8万余份，见表2－1。

复份库1991年破土动工，1993年建成投入使用。总建筑面积284m²，冷库净容积183.5m²。复份库内每份种质贮存一盒(袋)，据估计总容量可达40余万份。该库主要任务是复份保存国家长期库所有的种质材料，平时不取不用，仅是为了国家作物种质库万一发生意外而设立的。

2.2.2 中期保存设施

从20世纪70年代后期开始，中国农科院作物品种资源所、中国水稻所，中国农科院蔬菜花卉所、草原所、烟草所、原子能所、油料所、棉花所，以及广西、河北、湖北、黑龙江、辽宁、北京、山西、湖南、广东、云南、四川、青海、新疆、上海等省、市、自治区农业科学院及河北农业大学，相继建成了22座中期库，这些中期库的贮存温度大都在0～10℃，贮存种子寿命在15年左右。中期库主要负责本专业、本地区范围内种质资源的保存和种质材料的分发与交换，现在贮存种质共计40余万份。

2.2.3 田间保存

尽管大部分作物为种子繁殖方式，其种质资源可以在种质库内保存，但多年生和无性繁殖作物种质资源不能用种子繁殖，而需要建立种质圃进行田间保存。至1998年12月，我国已建立30个国家种质圃，保存种质材料达3.7万余份(详见表2－2)。

2.2.4 离体保存

近20年来，各国科学家致力于用离体保存技术(试管苗茎尖培养和超低温保存)的研究和利用。我国在这方面也取得一定进展，建成2座国家试管苗种质库，保存甘薯1400份(江苏徐州)，马铃薯900份(黑龙江克山)。中国农科院作物品种资源研究所，用粮食、蔬菜、花卉和药材等21份材料的种子，将其贮藏在－196℃的液态氮中，然后解冻至常温测定发芽情况后在田间种植，表现发芽力正常。此外，还对玉米、黑麦、桃、梨的花粉、甘蔗茎尖愈伤组织、猕猴桃茎段，以及“顽拗型”种子茶籽等进行超低温保存研究，亦已成功。

表2－1 国家种质库长期保存种质资源份数(1998年12月)

作物	保存份数	作物	保存份数	作物	保存份数
水稻	64390	荞麦	2363	蔬菜	28100
小麦	39924	大豆	30098	西瓜	961
大麦	18089	食用豆	23541	甜瓜	883
高粱	16546	棉花	6264	绿肥	663
玉米	15223	麻类	3972	牧草	3021
粟类(含谷子)	25651	油料	22323	稗子	663
黍稷	7460	烟草	2838	籽粒苋	1459
燕麦	3171	甜菜	1228	总计	318831

表2－2 我国各作物种质圃保存的材料份数(1996年12月)

序号	圃名称及依托单位	面积(亩)	作物	保存份数	保存的种、变种及近缘野生种	备注
1	国家种质广州野生稻圃（广东农科院水稻所）	6.7	野生圃	4300	21个种	入国家库2455份
2	国家种质南宁野生稻圃(广西农科院品资所)	6.3	野生稻	4633	17个种	入国家库2186份
3	国家种质广州甘薯圃(广东农科院旱作所)	30.0	甘薯	950	1个种
4	国家种质武昌野生花生圃(中国农科院油料所)	5.2	野生花生	103	22个种	含南宁分圃1.5亩
5	国家种质武汉水生蔬菜圃(武汉市蔬菜研究所)	75.0	水生蔬菜	1276	28个种3个变种	12种蔬菜
6	国家种质杭州茶树圃(中国农科院茶叶所)	63.0	茶树	2527	17个种5个变种	含勐海分圃30亩
7	国家种质镇江桑树圃(中国农科院蚕业所)	87.0	桑树	1757	11个种3个变种
8	国家种质沅江苎麻圃(中国农科院麻类所)	30.0	苎麻	1303	16个种7个变种
9	国家果树种质兴城梨、苹果圃(中国农科院果树所)	196.0180.0	梨苹果	731 703	14个种23个种
10	国家果树种质郑州葡萄、桃圃(中国农科院郑州果树所)	30.0 40.0	葡萄桃	916 510	17个种3个变种 5个种5个变种
11	国家果树种质重庆柑桔圃(中国农科院柑桔所)	240.0	柑桔	1041	22个种
12	国家果树种质泰安核桃、板栗圃(山东农科院果树所)	73.0	桃核板栗	73 120	10个种5个种 2个变种
13	国家果树种质南京桃、草莓圃(江苏农科院园艺所)	60.0 20.0	校草莓	600 160	4个种3个变种 4个种
14	国家果树种质新疆名特果树及砧木圃(新疆农院园艺所)	230.0	新疆名特果树及砧木	648
15	国家果树种质云南特有果树及砧木圃(云南农科院园艺所)	120.0	云南特有果树及砧木	800	98个种
16	国家果树种质眉县杭圃(陕西农科院果树所)	46.0	杭	784	5个种	含引种观察圃5亩
17	国家果树种质太谷枣、葡萄圃(山西农科院果树所)	126.020.61	枣葡萄	456 361	2个种3个变种 4个种1个野生种
18	国家果树种质武昌砂梨圃(湖北农科院果茶所)	50.0	砂梨	522	3个种(含1个野生，1个半野生)
19	国家果树种质公主岭寒地果树圃(吉林农科院果树所)	105.0	寒地果树	855	57个种
20	国家果树种质广州荔枝、香蕉圃(广东农科院果树所)	80.0 10.0	荔枝香蕉	194 130	3个种(含1个野生，1个半野生)1个种
21	个变种国家果树种质福州龙眼、楷杷圃(福建农科院林果所)	32.3321.0	龙眼枇杷	236 251	3个种1个变种 3个种1个变种
22	国家果树种质北京桃、草莓圃(北京市农林科学院林果所)	25.0 10.0	桃草莓	250 284	5个种5个变种 6个种
23	国家果树种质熊岳李、杏圃(辽宁农科院果树所)	160.0	杏李	600 500	9个种11个种
24	国家果树种质沈阳山楂圃(沈阳农大果树园艺所)	10.0	山楂	170	8个种2个变种
25	中国农科院左家山葡萄圃(中国农科院特产所)	3.0	山葡萄	380	1个种
26	国家种质多年生牧草圃(中国农科院草原所)	10.0	多年生牧草	2454	265个种	含入国家库2454份
27	国家种质开远甘蔗圃(云南农科院甘蔗所)	30.0	甘蔗	1718	16个种
28	中国热带农科院橡胶热作种质圃(中国热带农科院)	313.2337.8	橡胶热作	6900 584	6个种1个变种 20多个种
29	中国农科院海南野生棉种质圃(中国农科院棉花所)	6.0	野生棉	460	41个种
30	中国农科院多年生小麦野生近缘植物圃(中国农科院品资所)	8.0	小麦近缘植物	1798	181个种18个亚种(变种)	含入国家库412份
	合计	2896		37832(不含重复)	1004个种(亚种)(有部分种未编目)	变种未统计在内

2.3 评价

从1986年开始，按照国家重点科技攻关的统一布署，由中国农科院品资所组织协调全国400个单位、2500余名科技人员对我国的作物种质资源进行全面评价与鉴定。据统计，截止到1995年12月，在二个五年计划中，共进行农艺性状鉴定35万余份，品质鉴定19万余份，抗逆性鉴定14万余份，抗病虫鉴定20万余份，其它鉴定5000余份。共筛选出单项或几项性状优异的种质3.5万余份，向各育种和生产单位提供各类种质资源5万余份次，其中3389份得到有效利用，直接作为品种利用或间接育成品种和品系629个，应用面积达1.8亿亩。

通过国家“七五”、“八五”和正在进行的“九五”科技攻关，我国目前已建成拥有160种作物(隶属78个科、256个属、810个种或亚种)、36万份种质信息、2400万个数据项值、800兆字节的中国作物种质资源信息系统(CGRIS)。它是目前世界上最大的作物种质资源信息系统之一，包括国家作物种质库管理、青海复份库管理、国家种质圃管理、中期库管理、农作物特性评价鉴定、优异资源综合评价和国内外种质交换7个子系统，近700个数据库。

Ⅲ.工作体系

中国目前尚未建立国家级的植物遗传资源委员会，有关植物遗传资源工作，由国家计委、科技部统一协调，政府的各有关部门分头执行，其中作物种质资源工作由农业部负责。现已初步形成在农业部和科技部领导下，以中国农科院品资所为统筹协调单位，与国家、地方有关科研单位共同协作的中国作物种质资源工作体系。

(一)中国农科院作物品种资源研究所统筹协调全国作物种质资源研究工作，其具体职责如下。

1.统筹全国各类作物种质资源研究的规划与组织协调工作，并负责重点课题进展情况的汇总与上报；

2.负责作物种质资源的国外引种和对外交换的归口管理工作；

3.负责作物种质资源的长期保存和管理；

4.负责全国作物种质资源信息系统的建立和完善；

5.负责组织重点作物和重点地区种质资源的考察与搜集；

6.主持主要粮食作物种质资源的考察、收集、整理、鉴定、研究与中期保存，并安排繁殖更新和分发利用；

7.负责国内外作物种质资源研究工作情报资料的搜集、编辑、出版与交流。

(二)各类作物品种资源研究工作分别由表3－1所列单位主持并具体负责实施，其具体职责如下。

1.负责本单位主管作物种质资源工作的规划与组织协调

2.负责本单位主管作物种质资源的考察、搜集、整理、鉴定、研究与中期保存，并安排繁殖更新和分发利用；

3.负责本单位主管作物国外新引入种质资源的试种、观察与繁殖分发；

4.负责本单位主管作物种质资源情报资料的搜集与交流。

(三)各省、市、自治区农业科学院还设置相应机构，负责本省、市、自治区农作物种质资源工作，并承担有关作物主持单位委托的种质资源协作研究任务，其具体职责如下。

1.主持本省、市、自治区农作物种质资源的考察、搜集、整理、鉴定和中期保存与繁殖更新；

2.承担受委托的某些作物种质资源工作的全国性任务；

3.负责本省、市、自治区农作物种质资源的档案管理与资料交流。

表3－1 作物种质资源研究工作各作物负责单位一览表

作物	负责单位	地址、邮编
水稻	中国农科院品资所、中国水稻所	北京100081，浙江杭州310006
小麦	中国农科院品资所	北京100081
大麦	中国农科院品资所	北京100081
玉米	中国农科院品资所	北京100081
高粱	中国农科院品资所、辽宁农科院	北京100081，辽宁沈阳110161
谷子	中国农科院品资所	北京100081
大豆	中国农科院品资所	北京100081
食用豆类	中国农科院品资所	北京100081
燕麦、荞麦	中国农科院品资所内蒙古农牧科学院、山西农科院	北京100081 内蒙呼市010030，山西太原030031
黍稷	山西农科院	山西太原030031
甘薯	江苏徐州甘薯研究中心	江苏徐州221121
马铃薯	黑龙江克山农科所	黑龙江克山161606
棉花	中国农科院棉花所	河南安阳455112
油料	中国农科院油料所	湖北武汉430062
麻类	中国农科院麻类所	湖南沅江413100
烟草	中国农科院烟草所	山东青州262500
甜菜	中国农科院甜菜所	黑龙江呼兰150501
蔬菜	中国农科院蔬菜所	北京100081
茶	中国农科院茶叶所	浙江杭州310008
桑	中国农科院蚕业所	江苏镇江212018
果树	中国农科院果树所郑州果树所、柑桔所	辽宁兴城121600 河南郑州450004，重庆北碚400712
特产	中国农科院特产所	吉林省吉林市左家132109
饲料	中国农科院畜牧所	北京100081
牧草	中国农科院草原所	内蒙古呼和浩特010010
绿肥	中国农科院土肥所1	北京10008
热带作物	中国热带农业科学院	海南儋县571737

Ⅳ.今后工作重点

今后中国作物种质资源研究工作的重点主要是：

1 中国作物种质资源及其多样性的基础调查

基本查清作物种质资源的种类、分布、居群数量及其时空动态变动情况，生态学和生物学特性。进行重点地区(如大别山区、武陵山区、秦岭山区、闽浙赣皖山区、长白山区等)、重点作物(起源于中国的、未被充分利用的作物等)及中国与周边国家边缘地带的考察收集。同时，加强国外引种和对外交换工作，逐步建立和完善4～6个主要生态区隔离引种试种、种质繁殖更新和优异种质展示三位一体的作物种质资源区域研究中心。

2 中国作物种质资源多样性富集中心形成因素研究和总体保护对策研究在基础调查的基础上，确定保护对象，划分濒危等级，编制中国濒危作物种质资源名录；在确定对象时，除根据濒危程度外，还应考虑学术价值或经济价值较高的特有、稀有珍贵种类，作物、花卉、林木、药用等野生型及近缘植物也应优先列入其中。研究50种作物(以原产中国为主)种质资源的分布状况，根据历史、地理、人文、社会、生态、地质等各种资料，研究富集中心的形成因素和演变规律(包括重要属性分布规律)；建立作物种质资源地理信息系统；调查研究主要原产中国的作物稀有种质和近缘野生植物分布状况和富集中心，并提出珍稀、濒危物种名录和保护对策。

除继续建立自然保护区、自然公园和植物园、树木园外，还要重点保护农业生态系统，建立24个作物野生亲缘种保护点和农业类保护地和保护区；更换和添置国家种质库的制冷、除湿设备，增加长期监控和自动报警的自动化系统，增建10个种质资源中期库和8个无性繁殖和多年生作物保存圃，形成对作物种质资源原生境保存，异生境及离体保存一整套全面保护作物种质资源方案。建立保护区、点、库、圃信息联网，形成以北京为中心的作物种质资源多样性种质、信息监控中心和监测系统。

编制中英文中国作物种质资源信息网络主页(Homepage)，研制作物种质资源元数据库(Meta database)；改造中国作物种质资源信息系统，建成英文版的中国作物种质资源信息系统；研究网络主页与作物种质资源信息系统的动态链接，以实现因特网(Internet)下的数据查询；研究因特网环境下的中国植物遗传资源信息评价系统，以提供宏观和决策信息。

3 中国作物种质资源的研究

根据大量基础材料及各种性状，如植物学特征、农艺学特点、生物学特性的资料，利用细胞学、遗传学、分类学、生物学、地理学知识以及生化标记和分子标记的方法，进行主要农作物(水稻、小麦、棉花、玉米、大豆)的遗传多样性和核心种质研究，并绘制其主要品种和重要种质材料的指纹图谱。

应用常规遗传学与现代生物技术相结合的方法在主要作物(水稻、小麦、棉花、玉米、大豆)及其野生近缘植物中发现新的丰产、优质、抗病虫、抗逆或其它有用的新基因，并对它们克隆、研究和利用。

鉴于栽培植物的分类对作物种质资源的利用至关重要，况且现在多数作物在种以下无成熟的分类系统可循，所以要利用传统手段与现代生物技术手段相结合，研究并提出原产中国的100种主要作物的科学、适用的并为国内外科学家所接受的分类系统，并对其中主要作物(水稻、小麦、大豆、谷子、油菜、多种果树和蔬菜)进行起源、演化研究。

4 作物种质资源的评价和利用

对新收集、新引进的各类作物种质资源进行编目、繁种、入库，同时进行主要农艺性状、抗逆性、抗病虫性和品质特性鉴定。

重点选择关系到国计民生的几种主要粮食作物和园艺、经济作物即水稻、小麦、玉米、大豆、棉花、油菜、重要果树和蔬菜等，对其具有利用价值的野生、特异种质，通过常规杂交、远缘杂交、辐射技术和生物技术相结合进行基因导入和重组，获得具有利性状的中间材料供作物育种和生物技术利用。

通过对现有作物种质资源鉴定出的约3.5万余份优异种质进行深入评价，从中向生产、育种和生物技术部门提供新的矮源、早熟源、丰产源、高配合力、高抗逆、高抗病虫、高蛋白、高油分和工艺品质好的材料。

Review and Prospective on Protection & Sustainable Use of Chinese

Crop Germplasm at Dawn of 21 th Century

Liu Xu Dong Yuchen

(Institute of Crop Germplasm Resources, CAAS, Beijing 100081)

Abstract: There are about 1200 different agricultural crop plants in the world. In our country, crop plant number are more than 600.360000 accessions of crop germplasm have been documented, characterized and evaluated on agronomy traits, quality, resistance to disease & pest and tolerance to stress. Conservation systems for both long term and middle term have been established. 355000 collections have been safely conserved in the national gene banks. 50000 (accession. times) have been provided for breeding and direct use. In which, 3389 accessions have been successfully used. Today, a working net coordinated by ICGR of CAAS has been set up involving most of agriculture science institutes in our country concerning crop germplasm and breeding. In the past twenty years, this net paid its attention to collection, conservation, and characterization. In the coming years, this net will move its focus on study, enhancement and utilization of these collections. The major research fields will involve genetic diversity, agronomy trait verification, potential evaluation, and enhancemen. The goal is to provide better service for crop breeding and production.

Key words: Crop germplasm, Collection, Conservation, System, Research, Diversity.

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