作物種質資源
正文
又稱作物遺傳資源或作物基因資源。種質系指親代傳遞給子代的遺傳物質，往往存在於特定的品種中，故在中國又習稱作物品種資源。古老的地方品種、新培育的推廣品種、重要的育種品系和遺傳材料以及野生近緣植物，都屬於作物種質資源。在形態上，作物種質資源包括有性繁殖（見作物）的種子和無性繁殖的塊根、塊莖等器官，以至植物的組織和單個細胞。重要性 種質資源是作物育種的物質基礎。然而在現代育種取得顯著成就的同時，生產上使用的品種有遺傳基礎日益貧乏的趨勢。其原因是:①在育種中,人們總是按照一定目標，沿著一定方向進行選擇，選擇的時間越長,強度越大,品種的遺傳基礎也就越窄。②雜交育種中使用的親本，越來越集中到對當地條件最能適應、綜合性狀最好、配合力最佳的少數幾個品種上。如美國自20世紀初以來大面積堆廣的大麥品種所涉及的親本，總共只有11個品種,中國自50年代起的30多年中,全國各地育成的小麥品種的主要親本也只有十幾個品種。這樣就導致眾多品種之間的親緣相近。③新品種的不斷育成和推廣,使原有老品種特別是地方品種逐漸被淘汰,常未作為種質保存下來，致使許多有益的基因隨之丟失。④隨著農田基本建設規模的擴大和耕作栽培制度的改革，農田生態環境條件的差異日益縮小，致使許多作物的多樣性變異失去了生存條件。水庫、工廠、道路等設施對農業生態環境的破壞，還使一些野生種失去了適宜的生存環境而瀕臨絕滅。由於以上原因而產生的作物遺傳基礎的狹窄性，以及育種工作的進展，使作物種質資源蒐集和保存的重要性愈益突出。預期在未來的農業中，作物種質資源的豐富程度和有關研究工作的深入程度將決定作物育種的優勢。
分布 世界上一些重要作物的原生起源地，在亞洲的有稻、小麥、大麥、粟、大豆、蠶豆、豌豆以及茶、桑、甘蔗、黃麻、苧麻等,在非洲的有高粱、咖啡等,在中、南美洲的有玉米、棉花、馬鈴薯、甘薯、花生、可可、菸草等。有的作物經過地區之間的交流傳播，又形成許多次生起源中心。這些地區都存在豐富的種質資源。此外，果樹、蔬菜的種質資源在亞洲、非洲和中南美洲原產地也分布廣泛，類型豐富。
中國素以作物種質資源豐富多采著稱。水稻的世界起源地之一在中國,中國的野生稻就有3種，栽培稻也有多種類型。中國起源的大豆現已在世界上廣泛分布，並為大豆品種的改良提供了良好的基礎。小麥在數千年前從西南亞引入中國後產生了許多新的變異，其中普通小麥在中國分布尤廣，變異類型極為豐富，在中國形成了次生起源中心。中國的粟和黍稷栽培歷史悠久，類型眾多。蕎麥、小豆、豇豆、芡實等的品種也豐富多采。此外，中國還是大白菜、芥菜、蕪菁、蘿蔔、茼蒿、蔥以及茭白、荸薺、慈姑等多種蔬菜和梨、桃、杏、梅、李、櫻桃、山楂、獼猴桃、柑橘、龍眼、枇杷、楊梅、板栗、柿等多種果樹的起源地，有十分豐富的種質資源。
工作內容 主要包括蒐集、保存、研究、創新和利用幾個方面。
蒐集 種質資源工作的首要環節和基礎。方式有考察、採集、徵集和交換、引種等，其重點因各國國情的不同而異。中國從國外引種的歷史可追溯到2000多年前西漢張騫出使西域時。建立在科學基礎上的有計畫的作物種質資源工作是在1949年以後開展起來的。曾進行過多次大規模徵集和考察採集，至1982年全國包括大田作物、蔬菜和果樹的種質資源材料已達約30萬份。蘇聯對作物種質資源的蒐集是結合考察活動進行的。美國則一開始就以國外引種作為重點。
保存 種質資源工作的又一重要環節。它要求在貯存若干年後重新種植時仍具有較高的發芽率，並保持原來的遺傳特性。保存的時間長，種類和份數多。種子貯存的理想條件是：①相對濕度為15％,溫度為-20℃以下;②空氣中氧氣少，二氧化碳多；③室內黑暗，沒有光照;④放貯存器的貯存室儘量避免輻射的損害；⑤種子含水量在4～6％。其中最關鍵和最經常起作用的是種子含水量和貯存溫度。但是過去由於缺乏設備，致使蒐集到的材料在貯藏期間失去生活力，造成種質資源的損失。為此,從20世紀50年代起,一些國家和國際農業研究機構相繼建成了一批現代化種子庫。如美國於1958年在西部乾旱區的科羅拉多州柯林斯堡建成了世界上第一個現代化低溫乾燥種子庫。位於菲律賓的國際水稻研究所在1977年建成的種子庫,分短期、中期、長期3級貯存條件保存稻種。當庫存種子的生活力降低到一定限度時，即進行繁殖更新。為了保存作物群體原有的遺傳結構，繁殖更新宜在原產地或與原產地條件相近的地方進行。野生近緣植物宜在原產地劃出保護區,在自然條件下加以保存。每份材料種植的株數不能太少，以免因基因漂移而使某些基因型喪失。異花授粉作物須隔離種植，或進行套袋和人工授粉，以防止天然雜交。對於無性繁殖作物的種質材料,已試驗成功用頂端分生組織培養的方法保存,並已套用於葡萄、甘薯、甘蔗、草莓、蒜等作物。對桑、茶、果樹等多年生作物，一般採用品種資源圃的方式保存種質材料。
中國作物種質材料有計畫有組織的保存工作，始於50年代後期。80年代中期，中國農業科學院在北京建成國家種質庫（見彩圖），負責長期保存全國作物種質資源，作為基礎材料。各省農業科學院保存一套原產本省的材料、中國農業科學院有關研究所保存一套某一種或某一類作物的種質資源，均作為中期貯存的活動材料（見種質資源庫）。 研究 研究種質資源是以利用為前提。其主要內容包括一般性狀記載和特定性狀評價，在中國統稱為鑑定。一般性狀記載指對農藝性狀和植物形態學性狀如形態特徵、生育期及產量性狀的描述。特定性狀評價系針對育種需要對某種抗性或品質進行系統鑑定和基因分析。二者均是為利用種質提供科學依據。抗性的評價主要指對低溫、高溫、澇漬、乾旱、鹽鹼土、酸性土、土壤中個別元素的過量或缺少等不利環境因素以及對病蟲害的抗禦、忍耐能力的系統鑑定和基因分析。品質的評價，主要指對作物產品的營養價值、食味或其他經濟價值的測試鑑定和基因分析。一般性狀記載和特定性狀評價的目的均是為選擇育種材料如雜交親本時提供科學依據。
鑑定以生產和育種急需的特性為重點。一般根據已有的評價結果進行比較選擇，有時也可按特定育種目標從大量材料中進行篩選。由於材料包括不同的地理來源和生態遺傳類型，只有供鑑定的材料量大面廣（不僅要鑑定農藝性狀好的推廣種，也要鑑定農藝性狀較差但可能有潛在育種價值的地方種以至野生種），才能提高選出有用種質的幾率。供鑑定材料宜來自相同的收穫年份、地點、栽培條件和取樣技術，儘量排除由外界因素差異的影響，使鑑定結果真正代表不同材料之間的遺傳差異。
為了有效地進行種質資源的評價或性狀篩選，需要具備一系列適合於材料多、樣品小，又能快速而準確的鑑定方法和試驗設備。如為鑑定抗病和抗蟲性，或為鑑定對某種病害的不同菌種和不同生理小種的抗性，往往需要若干小型溫室，以便在隔離條件下分別鑑定；為鑑定抗寒、抗旱、耐熱、耐澇、耐鹽鹼等特性，除選擇適宜地點利用自然條件外，還常創造人工模擬環境，以便不受時間和空間的限制，進行較精確的鑑定。
鑑定工作需要多單位、多學科分工協作。種質資源工作者一般負責形態特徵和主要農藝性狀的觀察記載，有條件的也系統進行某種特性的鑑定、研究。育種、遺傳、生理、生化、植保等學科的科學工作者根據種質資源工作者提供的材料進行深入的研究、鑑定，然後將結果寄回種質資源研究單位，加以匯總、整理、分析並記入檔案。
創新 在自然界原有的種質資源不斷有所減少的同時，新的種質資源也會由於突變和天然雜交等原因而陸續產生。自然界藉助天然變異產生的種質類型常常要經過漫長的歲月，且帶有極大的偶然性；而人們通過育種工作和遺傳研究創造新的品種、品系包括各種多倍體和非整倍體等，則可大大縮短這個過程。由於用人工方法創造種質資源具有目標明確，可以隨時利用所產生的有益變異，並可按既定目標進行定向選擇以鞏固和發展有益變異等優點，這種方法將成為創造新種質資源的主要手段。
利用 是種質資源工作的最終目的。種質資源的合理利用,使育種工作取得了許多成就。20世紀50年代,中國廣東省利用從水稻品種“南特”中發現的矮稈自然變異株育成“矮腳南特”，利用“矮仔占”品種育成“廣場矮”、“珍珠矮”;台灣省利用地方品種“低腳烏尖”育成“台中本地1號”等水稻良種,促進了中國水稻的矮化、高產。70年代,中國在雜交稻的培育過程中,成功地利用原產海南省的敗育型野生稻和國際稻26號等選育了不育系和恢復系,從而成功地實現了三系配套。此外,通過對農家品種評選和對國外引進品種的試種，也獲得了一大批可直接用於生產的種質材料。如較早的“農墾”號水稻、阿夫和阿勃小麥、岱字棉等，以及後來的甜菊、聚合草等糖料、飼料作物都是從國外引進的。在抗性育種或品質育種方面，如50年代中期美國發生的大豆孢囊線蟲病曾對大豆生產造成嚴重威脅。後因從3000多份大豆種質資源中篩選出原產中國的北京黑豆品種作為抗源，通過雜交將其中的抗病基因轉育於栽培品種，從而有效地控制了該病的為害。蘇聯的高抗黃萎病棉花品種塔什乾1號和3號是利用墨西哥野生棉與本國的早熟棉品種雜交育成的。
工作機構 中國由中國農業科學院作物品種資源研究所負責組織協調全國作物種質資源的徵集、考察和研究工作，管理種質資源的對外交換。該所的長期貯存庫負責統一保存本國的和引進的全部種質資源材料，並提供有關單位繁殖更新之用。蘇聯由全蘇列寧農業科學院瓦維洛夫全蘇植物栽培研究所負責蒐集、貯存國內外植物資源和研究世界各國栽培植物及其野生近緣種的遺傳基礎。美國以國家植物遺傳資源委員會為植物遺傳資源工作的最高決策機構，下設諮詢機構，聯邦、地區和州3級執行機構及4個地區植物引種站，形成全國性植物遺傳資源研究體系。自20世紀60年代初起，在以亞洲、非洲、拉丁美洲為主的世界各地建立了13個國際性農業機構。其中如設在馬尼拉的國際水稻研究所(IRRI)和設在墨西哥城的國際玉米小麥改良中心(CIMMYT)等，均結合作物品種改良,以遺傳資源研究為重要工作內容,並已成為一種或幾種作物的地區性或國際性遺傳資源中心。創建於1974年的國際植物遺傳資源委員會則以在世界範圍內促進植物遺傳資源的蒐集、保存、評價、利用和交換為主旨。
參考書目
H.Frankel and J.G. Hawkes , Crop Genetic Resources for Today and Tomorrow , Cambridge University Press, Cambridge, 1975.
