我国作物种质资源的现状与展望

董玉琛

(中国农业科学院作物品种资源研究所，北京 100081)

摘要本文简述了我国作物种质资源研究发展的概况和成就。自50年代以来，通过征集和考察共收集1160种作物种质资源36万份，在数量上跃局世界第二位。建成了现代化的国家作物种质库，实现了长期保存和复份保存。加上各地的中期库和种质圃，全国已初步形成了种质资源保存网。对全部种质资源进行了农艺性状鉴定和编目，对约20万份进行了初步的抗病虫、抗逆和品质鉴定。建立了作物种质资源信息系统。开始应用分子生物技术对种质资源进行鉴定和遗传多样性分析。若要安全保存我国已有的作物种质资源，国家须经常固定投入一定数量经费。预计将构建各种作物的核心种质，以减轻保存的负担和提高利用效率。今后作物种质资源工作的重点必定是在继续做好收集和保存的同时，大力加强研究和利用。应用现代分子生物技术与常规技术相结合，挖掘和利用新的优良基因，促进育种和农业生产发展。

关键词 作物种质资源成就展望

作物种质资源，又称作物品种资源、遗传资源、基因资源。它蕴藏在作物各类品种、品系、类型、野生种、和近缘植物中，是改良农作物的基因来源。地球上的生态环境和耕作方式千差万别，千万年来在各种环境中形成的基因多种多样。某种基因一旦从地球上消灭就难以用任何先进方法再创造出来，因此，保护、研究和利用作物种质资源是农作物品种改良所必须，是农业持续发展所必须。

作物种质资源研究是新中国成立后发展起来的科研领域。尽管我国是农业古国，是主要的世界作物起源中心之一，我国作物种质资源的丰富度和独特性已引起全世界的瞩目，一批批外国的植物学家，农学家来中国考察收集作物种质资源，但是，落后的旧中国无力顾及祖先留下的宝贵财富，基本上没有自己的种质资源事业。只有在新中国成立后，在中国共产党和人民政府的重视下，我国的作物种质资源研究才得以建立和发展。发布命令、制定政策、建立专业研究机构、设立重点研究项目，采取种种措施，发展我国的作物种质资源事业。我国作物种质资源研究的方针是：广泛收集，妥善保存，深入研究，积极创新，充分利用。工作之始，首先要抢救，先把种质资源保护起来，使其不致因农业环境条件的变化而遭受损失。因此在过去的50年中，重点抓了作物种质资源的收集和保存。通过“七五”、“八五”和“九五”国家科技重点攻关项目实施，我国作物种质资源研究得到飞跃发展，取得重大成就。

1 作物种质资源的收集

1.1 地方品种的全面收集和补充征集

50年代中期，我国农业合作化高潮到来之际，为了避免地方品种(农家品种)因推广优良品种而丢失，中央人民政府农业部曾于1956年和1957年两次下令收集各地农作物的地方品种。据1958年1月在北京召开的“全国大田作物品种会议”统计，全国共收集到43种大田作物国内品种20万份(含重复)，国外品种1.2万份。会议落实了这批材料分工保存的方案，规定了整理(编号、登记、种植观察、记载性状、淘汰重复)的技术细节。会后，由中国农科院和各省、市、自治区农科院有关研究所分工保存了收集的材料并加以整理。另外，据1963年统计，全国已搜集到蔬菜地方品种17393份。我国不失时机地保护了这批珍贵遗产，为人类的生存和发展立下了一大功劳。

1978年党的十一届三中全会以后，中国农科院恢复了原建制，成立了作物品种资源研究所。该所成立后，为了抢救丢失的作物种质资源，立即发动了一次全国范围的作物种质资源征集活动。因为这次征集是50年代大征集的补充，故称补充征集。1979年6月国家科委和农业部联合发出“关于开展作物品种资源补充征集的通知”。经过5年努力，全国共收集到60多种作物种质资源11万份。这次收集的特点是，收集到一批过去漏征的品种，找回一批得而复失的品种，抢救了一批濒于灭绝的品种，挖掘出一批稀有珍贵的品种。通过这次补充征集，各省、市、自治区基本摸清了本地作物种质资源的概况。

1.2 重点作物野生种质资源考察

全国野生大豆考察大豆起源我国。野生大豆是栽培大豆品种改良的重要基因来源。野生大豆在我国分布广，类型多。1978年开始，对我国野生大豆进行了全国性考察收集。至1983年，先后考察了全国各省(台湾除外)1020多个县(市、区)，采集野生大豆种子5000余份，植株标本4000多份。查清了我国野生大豆的地理分布和生境。其分布区，北起黑龙江塔河，南至广西荔浦、广东英德、江西全南、福建永安一线；东起沿海岛屿，西至西藏察隅。其垂直分布，从近海平面到海拔2650米(云南宁蒗拉罗湾)。野生大豆一般生长在苇塘、河滩、湖边、沟渠旁，潮湿的向阳山坡。具有喜光、喜湿，对土壤适应性广泛的特性。收集材料中，不仅有从野生到栽培的各种过渡类型，而且还有白花、长花序、细叶、直筒荚和种子无泥膜等新类型。除此之外，还有一些高蛋白(比栽培大豆高出10%)、抗病虫、多节、多荚、多分枝等具优良特性的材料。这些材料对研究大豆的起源、进化、分类，以及遗传育种等有重要价值。

全国野生稻考察我国是水稻的起源地之一，生长有三种野生稻：普通野生稻、药用野生稻、疣粒野生稻。1978年开始，对我国野生稻进行了全面考察收集。经5年，对海南、粤、桂、滇、闽、赣、湘7个省(自治区)400多个县(市)的考察，在140个县(市)发现了野生稻。此次考察基本查清了其地理分布和生境。共收集三种野生稻种子和种茎3800多份。普通野生稻是栽培稻的祖先，分布最广，南起海南省崖县，北至江西省东乡县，西自云南省盈江县，东达台湾省桃园县(根据记载)。普通野生稻多生于温暖多雨地区的水塘边，由于分布在如此广阔的地理范围内，故其遗传多样性极为丰富。药用野生稻仅发现于两广、海南、云南4省(区)，喜生于气候更为温暖、湿润，群山环抱的山谷小溪旁，栖息地四周常有灌、乔木笼罩，地面杂草丛生。疣粒野生稻仅在云南、海南两省发现，它为旱生种，常生长在山坡的灌、乔木下。野生稻是水稻品种改良极其宝贵的资源。在收集到的这批野生稻中已经发现了一些抗病虫、耐寒、耐旱、高产(杂种优势)基因。这些野生种定将带来新的产量飞跃。

全国小麦野生近缘植物考察我国是小麦的次生起源地之一，也是小麦野生近缘植物(小麦族植物)的世界重要分布区之一。1986—1990年集中考察了我国北方及西南各省、市、自治区，收集小麦野生近缘植物10个属100余个种1000余份材料。察明了各个属种的主要分布区、生境和染色体数。山羊草属在我国只有一个种，即普通小麦祖先之一的粗山羊草，它只分布于新疆西部的伊犁河谷，在在陕西、河南的一些县，曾作为麦田杂草而存在。黑麦作为冬小麦的田间杂草广泛存在于新疆天山北坡，在华北、西南部分高寒山区曾有少量栽培。

鹅观草属植物遍布全国各省，分布在海拔0—3300m的广大范围内，长江流域的纤毛鹅观草和鹅观草有的抗赤霉病。冰草属分布在以内蒙古为主的北方各省沙土地上，抗寒、抗旱力极强。披碱草属和赖草属有的种在我国北方分布较广，有的种只生于新疆，赖草属有些种对盐碱、石灰、沙性土壤适应性好。新麦草和旱麦草的各个种除华山新麦草生于陕西华山外，其余都分布在新疆，抗旱性好。大麦属的野生种在我国北方各省零星分布在低湿、盐碱地上。从收集品中已鉴定出一批抗小麦黄矮病和白粉病的材料。

此外，中国农科院有关专业所还进行了全国猕猴桃考察，重点地区野生饲用植物考察，川、鄂、晋、黔等省桑树种质资源考察，琼、黔、桂等省棉花种质资源考察，14个省苎麻种质资源考察。这些考察均收集了一批种质资源，大体查清了有关作物野生种的种类和分布，为其保护和利用奠定了基础。

1.3 重点地区种质资源考察

自70年代末开始，我国首次组织专业科技人员，深入作物种质资源丰富的地区，实地考察收集。首先考察了有植物王国之称的云南，随后考察了地处世界屋瘠的西藏。这两次考察不仅收集了一批极其珍贵的种质资源，而且取得了组织种质资源考察的经验。“七五”期间进行了神农架、三峡地区和海南岛种质资源考察。“八五”期间进行了大巴山和黔南桂西山区种质资源考察。这些重点地区考察共收集各种作物种质资源4万余份，采集了一批重要的野生种，发现了一批新物种、新变种，抢救了一批濒危的名贵珍稀品种和类型，发掘了一批具有极其优异性状的品种和材料，有的已提供育种利用，有的已加紧繁殖，作为贫困山区脱贫致富的资本。

1979—1997年我国先后从100多个国家和地区引进各种作物种质资源88000余份次。

通过50年代和80年代两次全国性征集，历次种质资源考察和国外引种，在除去损失和淘汰重复后，我国现有作物种质资源已超过36万份，仅次于美国(55万份)后跃居世界第二位。

2 作物种质资源的保存

2.1 50年代至70年代保存作物种质资源靠不断更新种子的发芽力

为了保存已收集的数量庞大的地方品种，不少单位建设了土木结构较好的种子库。即或如此，一般北方要每经4—5年、南方要每经1—2年种植一次，以维持种子的生活力。为了减少种植次数，各地创造了一些简易保存法，如江苏省农科院的酒坛保存法，广东省农科院将干燥后密封的种子借用商业部门的冷库保存。有些南方单位将种质资源种子装箱运至乌鲁木齐或西宁，委托新疆自治区农科院或青海省农科院保存。那里一般种子的生活力可维持10年左右。总之，全国各省、市、自治区农科院和中国农科院的有关研究所大都千方百计，千辛万苦地将收集的种质资源保存了下来，为人类立下了一大功劳。

2.2 现代化国家作物种质库的建成

为了实现作物种质资源现代化保存，1978年开始在中国农科院作物品种资源所建设现代化的作物种质库。该库1985年建成，全部

采用国产器材和设备。贮存室2间，温度各维持0℃和－10℃，不能控制湿度。可保存种质资源10万余份。该库称为1号库，现已作为中期库—工作库使用。

负责长期保存全国作物种质资源的现代化国家作物种质库(2号库)于1986年在北京落成。该库总面积3000m²，分试验区，种子处理区和贮藏区三部分。贮藏区有长期库2间，面积各150m²，常年维持温度－18℃±2℃，相对湿度50%±7%，可容纳40万份种质资源，种子生活力可维持50年或更长。另有可调库4间，温度可调节，供试验用。种子处理区有熏蒸、发芽、干燥、包装等设备，日处理种子能力200份。试验区有种子贮藏生理、超低温(液态氮)保存、茎尖保存实验室、标本室和计算机室，是世界上先进的现代化作物种质库之一。

为了确保国家作物种质资源的安全，“八五”期间又在青海西宁建成了国家作物种质复份库，面积284m²，库温－10℃，容量40万份，作用是重复保存位于北京的国家作物种质库内长期保存的全部材料，确保国家种质资源万无一失。

在中国农科院有关作物专业所修建了中期库。不少省(市、自治区)农科院也修建了中期库(一般库温为 0－10℃，可容纳种子1—5万份)，负责中期保存有关作物或本省的种质资源，承担向鉴定和利用单位提供种子的任务。这样便初步形成了国家作物种质资源保存网。

2.3 30余万份作物种质资源入库

按作物组成全国协作组，编写各种作物的种质资源目录，其目的是共同确定需要长期保存的种质，并淘汰重复。经“七五”、“八五”国家重点科技攻关项目的支持，共编写了19类作物的品种资源目录54册，达1800万字。各协作组按目录分工繁殖种子，送国家作物种质库，经核对检验纯净度、发芽率后，合格者长期保存。至1995年底，国家作物种质库长期保存161种作物(包括蔬菜)的种质资源31万余份，涉及30多个种，174个属，600多个物种。这些材料全部在西宁库进行了复份保存。

2.4 建成30个保存无性繁殖作物的国家作物种质圃和2个试管苗库

它们是：(1)兴城梨、苹果圃；(2)郑州葡萄、桃圃；(3)重庆柑橘圃；(4)泰安核桃、板栗圃；(5)南京桃、草莓圃；(6)新疆名特果树及砧木圃；(7)云南特有果树及砧木圃；(8)眉县柿圃；(9)太谷枣、葡萄圃；(10)武汉砂梨圃；(11)公主岭寒地果树圃；(12)广州荔枝、香蕉圃；(13)福州龙眼、枇杷圃；(14)北京桃、草莓圃；(15)熊岳李、杏圃；(16)广州野生稻圃；(17)南宁野生稻圃；(18)广州甘薯圃；(19)武汉水生蔬菜圃；(20)武昌野生花生圃(含南宁分圃)；(21)杭州茶

树圃(含勐海分圃)；(22)镇江桑树圃；(23)沅江苎麻圃；(24)呼和浩特多年生牧草圃；(25)开远甘蔗圃；(26)沈阳山楂圃；(27)吉林公主岭寒地果树圃；(28)海儋州橡胶热作圃；(29)海南三亚野生棉圃；(30)北京小麦野生近缘植物圃。还有徐州甘薯试管苗圃和克山马铃薯试管苗库。至1995年底，国家作物种质圃共保存50多种(类)作物4.5万份种质资源，包括1026个种(含亚种)。至今，35万余份国家作物种质资源基本上得到了妥善保存。

3 作物种质资源的鉴定和研究

3.1 普遍进行了初步特性鉴定

种质资源的特性鉴定是针对各种作物最为重要的抗病虫性、抗逆性和产量品质，在全国范围内组织了400余个单位、2500余名科技人员进行。形态特征和产品因素等农艺性状鉴定则由编写品种资源目录的单位承担。至1995年底，已对粮、油、棉、麻、烟、糖、菜、果、茶、桑、热作、牧草等多种作物约20万份种质资源进行了初步的抗病虫、抗逆和品质鉴定，30余万份进行了农艺性状鉴定，共获得115万数据项。对有些材料还进行了多点种植综合评价或细胞学鉴定。初步鉴定出一批综合性状优良或单一性状突出的材料，已提供育种利用。

3.2 建成国家作物种质资源信息系统

特性鉴定所得数据和品种资源目录上的全部数据均输入计算机，建立性状数据库子系统，还建立有国家种质库管理子系统(包括长期库、西宁库、国家作物种质圃管理所需的各项数据)，国际种质资源交换子系统，优异种质综合评价子系统等。已建成的国家作物种质资源信息系统现拥有160种作物，35万份种质资源的信息2000万个数据项，800兆字节。为了方便全国查询和检索，现已在各地设立了42个种质信息服务点，供农业科技工作者和生产者了解材料的特性，以便利用。国家作物种质资源信息系统根据贮存的数据，还建成了中国作物种质资源电子地理信息系统。首次在电子计算机上绘制出84种主要农作物种质地理分布图272幅，为作物遗传多样性研究提供了依据。建成了染色体和同工酶图像分析系统，为作物基因图谱构建及DNA序列测定中绘制图形和识别图谱，以及开展生物信息学研究奠定了基础。

3.3 初步开展了种质资源的研究

许多育种单位已经认识到，没有优良种质资源就难以创造出优良的新品种，故而，积极投入到作物种质创新中，并取得重大成果。如四川农大小麦所应用多种目的基因聚合法育成小麦种质“繁六”；山东农大农学系应用大群体类型优选法，敢用偏材，育成小麦新种质“矮孟牛”，二者双双以创造新种质为成果获得国家发明一等奖。

进入“九五”以来，不少单位应用形态学、细胞遗传学、分子遗传学等相结合的方法，进行作物种质资源的研究和创新，取得可喜成绩。1996年，农业部作物种质资源与生物技术重点开放实验室的成立进一步促进了这方面工作的发展。目前，他们正与有关单位合作，利用同工酶，醇溶蛋白、RFLP、AFLP、SSR等分子标记进行水稻、小麦、玉米、大豆和棉花五大作物主要种质指纹图谱的绘制和重要性状基因的标记。现已确定了这五大作物指纹图谱建造的标准方法，编制了指纹图谱数据库软件，并已建立我国小麦醇溶蛋白指纹图谱数据库。在基因标记方面已标记了小麦白粉病等一批抗病基因，并已开始用于分子标记辅助育种。应用同工酶、蛋白、AFLP、RAPD多种标记技术，研究主要作物的核心种质及山羊草属、旱麦草属的一些种和普通野生稻等的遗传多样性，为这些种的利用提出科学依据。将原位杂交和其他分子标记技术相结合，用于远缘杂交中，育成了一大批异源附加系、异代换系和易位系，大大提高外源基因导入的效率和准确性。目前，应用常规方法与生物技术相结合，。研究、鉴定和创新种质的热潮正在国内兴起。预计不远的将来，必将源源不断地提出一批批遗传组成清楚，含有独特优异新基因的种质资源，有力地促进作物育种和生产发展。

4 展望

4.1 抢救野生种质任务紧迫

我国作物种质资源工作起步较晚，虽然做出了显著成绩，但与客观需要还相差很远，与先进国家相比还距离很大。改革开放时期我国经济发展快，不少地区生态环境正在发生重大变化，许多野生的种质资源正在急剧减少。如云南省景洪县，1964年发现有普通野生稻和疣粒野生稻24处，分布于不同海拔和不同生境，由于扩种橡胶，现在只剩下一种一处了。80年代初，农业科技人员在广西发现百亩以上的大面积野生稻有几十个点，现在有的点上连一株也没有了。山东省垦利县黄河入海口附近，原有近万亩野生大豆，农民自发搞小秋收每年采收种子约千斤，由于开发石油田现在只零星可见了。为了保护好我国的种质资源，必须继续收集。首先抓紧在因经济、交通发展而生态环境即将发生重大变化的地区收集，重点收集野生种和地方品种。有条件的地方要实行原生境保存。

4.2 安全保存需要国家重点支持

我国的特点是种质资源丰富而经济、技术底子薄。这就使我们在保存和研究庞大数量的作物种质资源工作中遇到难以克服的困难。现在国家作物种质库长期库每年运转和维修费约60万元。加上全国约30多个中期库、30个种质圃均需运转才能使千辛万苦收集保存下来

的这批宝贵财富维持其生活力，供后人使用。这笔费用是可观的，而又是不能中断的。保存种质资源的目的是为了利用，通过研究才能找出其利用价值。研究不是只靠从事种质资源收集保存的人，而要靠全国科研单位、高等院校从事遗传育种、植保、理化和其他生物基础研

究的人。向这些人提供研究材料是种质资源工作者责无旁贷的义务。然而，保存的种子必须经常繁殖更新才能满足研究者的需要。据国家作物种质库长期库对保存材料抽样监测，2995份水稻，发芽率降至80%以下的12份，约占4，对多种作物抽样监测15247份，发芽率低于70%的80份，约占5。说明库内种子已有1500份需要种植更新(按库内有30万份种子计)。全国中期库和种质圃保存的材料估算共有50万份。向研究和使用者提供种子由中期库承担。中期库种子的寿命按10年计，全国各中期库每年共需繁殖更新新种子5万份，这又需要相当的人力和经费。为了使我国的种质资源妥善保存并得到深入研究和充分利用，建议国家对中央和省级的种质库和种质圃的运转费和种质繁殖更新费纳入年度常规拨款。另外，经常使用的种质总是少数，建议研究构建各种作物的核心种质，即以尽量少的种质含扩该作物全部种质的遗传多样性。一般说来，一个作物的核心种质约占其全部种质的5—10%左右。这样中期库内只存核心种质，既能减少保存的负担，又能提高研究和利用的效率。 4.3 应用新技术加强研究与利用

随着农业生产发展中不断遇到新问题，加以生物多样性公约的签订，人们对作物种质资源工作重要性的认识日益深刻。预计21世纪人类必将投入更大的人力、物力、财力收集、保存、研究、利用作物种质资源。如果说我国作物种质资源工作的重点，过去在于收集和保存，今后必将转向研究和利用。应用现代生物技术把禁锢在种质库中的有用基因发掘出来并加以利用，促进农业生产发展。应用现代生物技术在地方品种(农家种)及野生种中发掘有用基因，并将之导入栽培品种必将在21世纪蓬勃发展。栽培植物是由野生植物驯化而来的。人类在驯化野生植物的过程中施加了强大的选择压力，使栽培种的遗传多样性比野生种大大减少。同样，人工选育的优良品种，其遗传多样性又比古老的农家品种减少。一些试验已对此做出了证明。对于野生种中含有抗病虫基因、抗逆基因、优质基因已很少有人怀疑。至于野生种中含有丰产基因，只有在生物技术飞速发展的今天才得到证明。最近报道，美国康乃尔大学在低产的普通野生稻中发现了两个基因座与高产有关，它们可使现有杂交稻的产量各再提高17%。他们还在小果蕃茄中找到了大果基因。应用新的生物技术与常规鉴定相结合，在种质资源中发掘新的优良基因，克隆新的优良基因，建立基因文库。应用新的生物技术与常规遗传育种相结合，研究各种优良基因的多样性和遗传特点，为新基因在育种中利用提供科学依据，使作物种质资源在满足日益增长的人类生活中发挥应有的作用。中国是多种作物如大豆、水稻、粟、茶、桑及许多果树和蔬菜的起源地，也是一些重要作物如小麦、高粱、菜豆、萝卜等的次生起源地。深入研究这些作物地方品种和野生种的遗传多样性及其分布必将发现新的特有基因和起源、演化、分类方面的新规律，为进一步制定收集和原地保存策略提供科学依据，推动作物种质资源学科的发展。 21世纪将进入信息时代。作物种质资源信息系统必将大大发展。作物种质资源与生物技术和生物信息学相结合必将产生无穷的威力，为人类生存创造更美好的未来。

Today and Tomorrow of Crop Germplasm Resources in China

Dong Yushen

Institute of Crop Germplasm Resources, CAAS, Beijing 100081

Abstract In this paper, history, achievements and current statues of crop germplasm resources in China were briefly reviewed. Since 1950s, about 360, 000 accessions of germplasms for 160 different crops have been collected via acquisition and exploitation. This makes China the second country mostly possessing crop germplasm collections. A national gene bank equipped with newest instruments has been established for safely long-term conservation of these genetic resources. All of collections have been duplicate conserved in Qinhai. A work net for conservation has primarily set up via cooperation among The National Gene Bank, local crop-specific-and middle-term-gene banks and field gene banks. More than 300,000 accessions were characterized on agronomy traits and documented. About 200,000 were primarily verified and evaluated for pest resistance, abiotic stress tolerance and quality characters. National Crop Germplasm Information System has also been set up. Biotech has been used initiatively for verification and genetic diversity analysis of these collections. For more safety conservation and efficient utilization of these resources, the central government should give constant financial support. In the next century, beside continuous collection and conservation, intensive research and utilization of these resources will be the major tasks for Chinese crop germplasm work. Establishment of core collections for most crops will be fundamental steps for more efficient use and conservation of these genetic resources. New bio-techniques will take an important role through combination with conventional breeding methods for exploitation and utilization of novel and valuable genes in these collections. This will also promote sustainable development of agriculture production in China.

Key words Crop germplasm resourcesAchievement Prospection