種質(zhì)資源庫的類型及特點

      植物種質(zhì)資源庫是指以植物種質(zhì)資源為保護(hù)對象的保存設(shè)施。至1996年, 全世界已建成了1 300余座植物種質(zhì)資源庫, 在我國也已建成30多座作物種質(zhì)資源庫。種質(zhì)入庫保存類型也從單一種子形式, 發(fā)展到營養(yǎng)器官、細(xì)胞和組織, 甚至是DNA 片段等多種形式。保護(hù)的物種也從有性繁殖植物, 擴(kuò)展到無性繁殖植物及頑拗型種子植物等。因此, 近年來新建的印度國家種質(zhì)庫和擴(kuò)建的美國國家種質(zhì)庫, 都屬于綜合型保存設(shè)施, 包括低溫保存庫、試管苗保存庫和超低溫保存庫等。雖然IBPGR (International Board for Plant GeneticResources)曾推薦種質(zhì)資源庫的設(shè)計指南,但由于種質(zhì)資源庫建設(shè)是一項涉及多學(xué)科的系統(tǒng)工程,且目前我國還沒有種質(zhì)資源庫設(shè)計與建設(shè)規(guī)范,致使部分建成的種質(zhì)資源庫存在著一些問題。如貯藏冷庫的環(huán)境參數(shù)達(dá)不到設(shè)計要求;保溫層沒有形成封閉的整體,出現(xiàn)“冷橋”; 0℃以下的貯藏冷庫地坪沒有采取防凍措施,地面凍脹,出現(xiàn)裂縫等,導(dǎo)致運轉(zhuǎn)效率不高, 有的甚至還不能運轉(zhuǎn)。目前有關(guān)討論介紹商業(yè)冷庫建造技術(shù)的文章不少,而專門討論植物種質(zhì)資源庫設(shè)計與建設(shè)報道卻很少。隨著植物種質(zhì)資源保存在我國越來越受到重視, 一些單位正在籌備建設(shè)植物種質(zhì)資源庫, 以作為資源收集保存與利用的基礎(chǔ)平臺。為此,有必要就植物種質(zhì)資源庫的類型及特點、設(shè)計原則和技術(shù)參數(shù)要求,以及建設(shè)經(jīng)驗作一概述,這對建設(shè)好我國植物種質(zhì)資源庫具有重要指導(dǎo)意義。
     種質(zhì)資源庫的類型及特點
     種質(zhì)是所有攜帶遺傳物質(zhì)的活體, 對于植物來說, 不僅包括種子, 還包括植株、根、莖、胚芽和細(xì)胞等等, 甚至是DNA 片段。依據(jù)保存種質(zhì)對象的不同,種質(zhì)資源庫又分為低溫種質(zhì)保存庫、試管苗保存庫和超低溫保存庫,以及 D N A 庫等。
1 低溫種質(zhì)資源庫
     我國1986年建成的國家種質(zhì)庫和2002年建成的“國家農(nóng)作物種質(zhì)保存中心”的保存設(shè)施就屬于該類型種質(zhì)資源庫,其保存對象是產(chǎn)生正常型種子的植物種質(zhì)資源。我國已收集3.34×105份作物種質(zhì)資源存入國家種質(zhì)庫進(jìn)行長期保存, 貯存數(shù)量居世界首位。低溫種質(zhì)資源庫主要由保存種子的冷庫和種子入庫前處理操作室兩部分組成。冷庫部分包括種質(zhì)貯藏庫和機(jī)房,冷庫一般是在磚混結(jié)構(gòu)的建筑內(nèi),用聚胺酯板再搭建而成,聚胺酯板起保溫隔氣作用。通過機(jī)房的制冷除濕機(jī)組向冷庫內(nèi)輸送冷氣,并通過庫內(nèi)蒸發(fā)器設(shè)備進(jìn)行除霜,從而使冷庫常年處于恒定的低溫低濕狀態(tài)。前處理操作室包括種子接納室、清選室、發(fā)芽室、干燥室、包裝室和含水量測定室等。低溫種質(zhì)資源庫又分為長期庫和中期庫, 國際植物遺傳資源研究所(InternationalPlantGeneticRe-sourcesInstitute,IPGRI)的專家推薦的長期庫貯藏溫度為(-18 ± 2)℃、相對濕度(RH)<65%, 種子貯藏含水量: 一般作物為5%~7%、大豆8%,貯藏壽命可達(dá)20年以上。中期庫貯藏溫度(4±2)℃, 相對濕度<65%, 貯藏壽命5~10年(FAO/IPGRI, 1994)。
2 試管苗保存庫
    植物體的每個細(xì)胞,在遺傳上都是全能的,含有發(fā)育所必須的全部遺傳信息。試管苗種質(zhì)庫即是依據(jù)此原理,通過利用組織培養(yǎng)技術(shù),用試管保存組織或細(xì)胞培養(yǎng)物方法,來有效地保存種質(zhì)資源材料。試管苗保存庫一般由保存庫、培養(yǎng)庫和組培操作室三部分組成。保存庫用于進(jìn)行試管苗中短期保存,培養(yǎng)庫用于擴(kuò)繁組培苗。組培操作室用于對野外采集的種質(zhì)材料進(jìn)行滅菌脫毒等處理。保存和培養(yǎng)庫的墻圍結(jié)構(gòu)需作保溫處理,并通過制冷及除濕機(jī)組來維持庫內(nèi)溫濕度的恒定,以滿足種質(zhì)培養(yǎng)和保存的要求。此外, 對通風(fēng)換氣條件要求較高, 庫內(nèi)進(jìn)口空氣須是過濾無菌的。保存庫作用是使組培苗處于緩慢生長狀態(tài)而達(dá)到中短期保存目的,緩慢生長是指改變培養(yǎng)物生長的外界環(huán)境條件,使細(xì)胞生長降至最小限度但不死亡,從而達(dá)到延長繼代培養(yǎng)的時間。
3 超低溫保存庫
    超低溫通常指溫度低于-80℃, 主要是液氮(-196℃)及液氮蒸汽。在如此低的溫度下保存生物材料, 其生理代謝活動幾乎處于停止?fàn)顟B(tài),可降低甚至是抑制了種質(zhì)的遺傳變異,以保持生物材料的遺傳穩(wěn)定性。這在解決組織細(xì)胞繼代培養(yǎng)和自然界積累性的突變等變異,保存和搶救物種等方面有極其重要的作用,被公認(rèn)是進(jìn)行無性繁殖作物種質(zhì)資源長期保存的理想途徑。超低溫庫是采用成熟的超低溫保存技術(shù),將經(jīng)過預(yù)處理的植物離體材料,放入裝有防凍保護(hù)劑的密封凍存管中,置于液態(tài)氮灌中進(jìn)行長期保存。超低溫保存庫主要設(shè)施是液態(tài)氮罐和液氮儲液塔,液氮罐是存放種質(zhì)進(jìn)行長期保存的地方,液氮儲液塔是儲存液態(tài)氮源,通過連接管道可隨時向液態(tài)氮罐提供液態(tài)氮源,從而保證液態(tài)氮罐溫度恒定維持在-196℃。存放液態(tài)氮罐的房間通風(fēng)條件要好,液態(tài)氮儲液塔要建造在室外 。
4 基因工程材料及DNA庫
    建立基因工程材料庫是為生物工程技術(shù)育種提供物質(zhì)基礎(chǔ),也為生物工程產(chǎn)品和中間材料的安全提供保障。DNA 庫重點是保存特有、珍稀、瀕危和野生的植物種質(zhì)材料�；�因工程材料的保存主要采用深度低溫冰箱、液氮和冷凍干燥保存方法。其他一些基因工程材料如質(zhì)粒、DNA、RNA、蛋白和多肽等, 因是沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物分子化合物,通常用凍干保存就能達(dá)到很好的效果。用乙醇作為保存液, DNA和RNA在低溫條件下也能達(dá)到長期保存的目的。DNA 保存庫的建設(shè)可采用超低溫保存、-20℃的凍干保存和深度低溫冰箱(-80℃)保存等方法。因此, 基因工程材料及DNA保存庫需配備液態(tài)氮罐和超低溫冰箱(-80℃以下), 另外可建-20℃的低溫冷庫。

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