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郭小丁 张允刚 唐 君 张 华 李玉侠 史敏
(江苏徐州甘薯争论中心,徐州,221121)
摘要 中国保存的甘薯种质资源约 2025 份,绝大局部进展了抗性鉴定评价及养分成分含量测定。甘薯种质资源的保存方式有田间种质圃和试管苗库。作为种质利用的资源材料有地方品 种、引进品种、育成品种(系)、突变体和近缘野生种等。依据我国甘薯种质资源争论现状, 本文提出了将来争论重点,包括调整资源收集重点、建立完整的资源保存体系、深入开展鉴 定评价、建立核心种质库、进展种质创等。
关键词 甘薯;种质资源;评价;保存;利用;核心种质
甘薯作为全球种植的主要作物之一,具有高产稳产、抗逆性强、适应性广的特点,在我国进展两高一优农业生产中具有较大的竞争优势。据联合国粮农组织统计,我国甘薯 1990~1993 年间年均种植面积 600 万 hm2,占全世界甘薯生产面积的 70%左右,因而作为根底效劳工作的种质资源争论也显得尤为重要。
甘薯种质资源争论现状 收集
甘薯为无性生殖作物,在长期的人工改进选择过程中,品种间同质性加强,产生遗传侵蚀。我国于50 年月中期和80 年月初期先后在东南沿海和长江流域以北甘薯产区进展过两次较大规模收集。至 1982 年共收集到 1442 份资源,经过整理于 1984 年完成了《全国甘薯品种资
源名目》的编辑,收入种质资源 1096 份,这局部材料因分散保存各地,加之病虫危害,目
前已有 300 多份丧失。徐州甘薯争论中心与国际马铃薯中心(CIP)合作,先后在黑、陕甘、
晋、滇、黔、闽、桂、琼等省考察收集甘薯资源 500 余份,经过整理后保存约 300 份。90 年月以来,我国先后从CIP、美国、日本、菲律宾、泰国等引进上百份资源,目前我国的甘薯资源保存数量约 2025 余份,集中在徐州甘薯争论中心和广州国家南方甘薯资源圃保存。但这与CIP 的 5000 余份,美国、日本等的 3000 余份保存材料相比还有较大的差距。
整理
我国始终沿用性状描述方法整理归并资源,《全载性状共 20 余个,这种方法直观易做,但性状描述词语不标准,不便通过计算机治理资源数据库。1990 年国际植物遗传资源委员会(IBPGR)和CIP 合作,共同制订了甘薯形态性状描述代码,用计算机治理资源数据库,1996 年徐州甘薯争论中心从 CIP 引进该项技术应用,大大便利了田间资源圃材料的性状调查和整理分类。
90 年月进展的 DNA 分子标记技术使资源材料的分类鉴定更为准确,Zhang 等(1996)利用DNA 随机扩增多态性(RAPD)分析方法鉴定了甘薯资源的复份材料[1],阎文昭等(1997)在国内首次报道了甘薯品种的 RAPD 群体多态性,通过该方法可进展品种聚类分组[2]。在形态特征调查的根底上,通过整理结合分子标记鉴定,可较为准确地建立核心种质[3]。
保存
作物种质资源的保存归纳为移位保存(ex situ conservation) 和原位保存(in situ conservation) 两种[4]。甘薯种质资源保存主要以移位保存方式进展,田间种质圃作为通用方法在甘薯种质资源保存中应用最多,种质资源评价所用材料均来自田间种质圃。IBPGR 在全世界乐观支持和促进甘薯田间种质圃的建立,我国除徐州甘薯争论中心的田间资源圃外,还于“七五” 期间建立了广州南方国家甘薯资源圃。
80 年月甘薯种质资源承受试管苗保存,既解决了田间病虫危害威逼资源保存的问题,又解决了国际间种质资源交换的检疫问题。我国从1986 年开头争论甘薯种质资源试管苗保存技术,建立了国家甘薯种质资源试管苗贮藏库。此外,还开展了人工种子及超低温保存资源材料的探究争论[5]。
无性生殖作物离体保存的遗传稳定性问题始终是各国作物资源争论者关注的问题[4],我们通过对保存材料的农艺性状调查和同工酶分析说明,甘薯试管苗连续离体保存 8~10 年的材料根本不会产生遗传变异。
鉴定评价
综合各地工作内容分析[6,7,8],品种资源鉴定评价内容包括生产性状(产量、萌芽性、熟性、耐贮性)、抗病虫性(根腐病、黑斑病、茎线虫病、根结线虫病、薯瘟、蔓割病、疮痂病、蚁象)、抗逆性(耐旱、耐湿、耐盐、耐寒)、品质(干率、粗淀粉、粗蛋白、可溶性糖、 粗脂肪、粗纤维、β -胡萝卜素、维生素 C、食味),此外结合杂交育种工作,开展资源不亲和群的测定。
生理生化分析逐步引入甘薯种质资源的鉴定评价,80 年月末 90 年月初承受同工酶分析,对甘薯品种资源进展了初步分类,目前已留意分子标记技术用于资源的鉴定分类[9]。“八五”期间,徐州甘薯争论中心开展耐盐、耐旱性鉴定时结合生理指标进展了室内分析。在抗病性 鉴定方面,根腐病的室内快速鉴定方法争论取得成功;中国农业大学承受荧光法鉴定黑斑病 和钌红染色法鉴定茎线虫病均有较好的效果。华中农业大学对甘薯根腐病和黑斑病的机理进 行了争论,对提高鉴定效率帮助很大[10]。现已通过 RAPD 标记鉴定出一个甘薯根结线虫连锁抗性基因和甘薯Fusalium lateritium 基因[11,12]。品质分析承受近红外反射仪(NIRS)给大量、准确、快速分析样品材料供给了技术保证。近年来甘薯病毒病的争论取得明显进展, 为以后抗病毒种质鉴定打下了良好根底。
创利用
如何发挥资源在育种生产中的巨大作用,提高资源利用效率是甘薯争论工作的重点方向。
地方品种
地方品种以其适应各自生态环境和较好产量表现而保存下来,它具有某些特异性状如抗病 性、抗逆性、优质型,作为育种初级材料而奉献特异基因的价值较大,如徐薯18 具有安徽夹沟大紫的遗传基因背景。
引进品种
甘薯是中国的引进作物,国外育成种的不断引进,直接利用使甘薯产量较大幅度提高,同时又丰富了国家的基因库。30 年月引入中国的成功百号(日本)和南瑞苕(美国)是育种应用最为广泛的亲本,据统计,我国育成品种(系)含有这两个品种血缘的占 94%。
育成品种和高代品系
这类材料是综合改进的产物,除了生产推广应用外,目前还主要作为亲本材料在不同地区的育种程序中应用。值得指出的是局部具有自然开花特性的品种在北方地区做亲本应用,可削减育种程序中的诱导开花环节。
近缘野生种
野生种是甘薯抗性、品质改进的重要基因源之一,我国从 70 年月开头主要利用 K123 间续选育出局部各具特色的品系,如江苏的H11-36、广东的广薯80-117 等。90 年月中国农业大学利用野生种育成了五倍体甘薯中间材料。
突变体
自然条件下甘薯会产生芽变体,利用这个特性,可选出具有利用价值的资源材料,1990 年福建省从抗薯瘟的闽抗 329 中选出兼抗蔓割病的闽抗 330。
人工诱变也是获得突变体创种质的主要手段之一,中国农大应用电子束照耀甘薯实生种 子,局部个体干物质含量提高,用 60Coγ 射线辐射茎尖,从不抗黑斑病的徐 18 中选出 2 个抗性品系,山东烟台农科所用快中子辐射实生苗,选出了高淀粉、抗黑斑病的材料。
生物技术创种质
通过组织培育,可从不同外植体上获得再生植株,通过选择可得到的资源材料。转基因材料往往都是以资源材料方式过渡利用,目前还未有通过基因工程获得可直接应用的品种。中国农业大学利用细胞融合技术将野生种基因导入了甘薯,王晶姗(1998)利用原生质体融合实 现了甘薯不孕群内品种之间的基因沟通,获得了种质材料。
特用甘薯资源的开发
甘薯资源中具有不同利用价值的特色品种,如薯块β -淀粉酶活性极低的供炸薯片用的品种萨摩光;药用甘薯西蒙一号;紫心甘薯的花青素具有光、热稳定性,可作为自然食品添加剂利用;桔红色薯肉甘薯品种可作为β -胡萝卜素来源;茎尖蔬菜用品种,增加了绿色蔬菜的种类,这些资源的开发,拓宽了甘薯资源的利用范围。
脱毒薯利用
这类资源是生物技术生产有用化的产物,脱毒苗可增加产量 20%以上,薯块品质改善,商品价值提高,延长了优良品种的使用年限。
甘薯种质资源争论进展战略设想 种质资源争论属于应用根底争论,它所面临的挑战是解决一系列与将来进展相关的问题,依据争论现状,我国甘薯种质资源争论尚有较多问题亟待解决。
调整资源收集重点
一个国家的基因库收集材料具有多样性,依据甘薯资源流失现状和效劳对象所需,应当重视收集地方品种以及野生种,尤其是受改进品种冲击较小的地区是收集资源的重点[13]。国外引种则应考虑从甘薯原产地的中南美洲地区引进地方品种,扩大遗传资源的多样性。
建立完整的资源保存体系
甘薯是无性生殖作物,承受实生种子保存的遗传问题较多[14],但作为基因的载体,从实生种子恢复上代基因型的一个特别性状或一局部性状组合还是可能的,假设性状的恢复比基 因型恢复更为重要,那么则可以考虑将局部极少利用的资源以实生种子的形式长期保存。试 管苗种质库保存虽然受环境影响小,资源保存较为安全,但长期离体保存本钱较高,而且随 时间的延长,贮藏库中的污染会渐渐加重,使保存材料的继代培育周期缩短,严峻时会造成 材料损失,低本钱安全保存是试管苗种质库长期运转的根本保证,可以承受 IPGRI 推举的缓慢生长法保存甘薯试管苗资源。承受试管苗茎节腋芽制做人工种子可作为缓慢生长法较长 期保存离体资源的手段之一,它的优点在于同茎尖组织一样保持材料的遗传稳定性。超低温 长期保存资源在马铃薯、木薯等无性生殖作物上已获得成功,但在甘薯上未取得明显进展, 作为长期库保存方法值得进一步争论应用。
目前试管苗种质库保存的材料均未经过病毒检测,因而试管苗种质资源无毒化保存不仅有利于资源的评价利用,也符合今后国际甘薯种质资源交换的要求。
重视鉴定评价工作
IPGRI 在全世界建立国际长期库网络后,将工作重点转向种质资源的鉴定、评价和交换。收集资源的多少并不是推断种质资源工作成就的唯一标准,鉴定评价利用资源,才能使其真正 发挥作用。在性状评价方面应着重对病虫和生长逆境的抗性评价,首先引进分子标记鉴定方 法。目前虽然鉴定出一批具有某些优良性状的材料,但育种家利用这些材料还不易培育出优 良品种,缘由就是性状评价仍停留在表型争论水平,并未将性状鉴定与掌握性状的基因以及 基因遗传变异规律的争论结合起来,因而承受分子标记可进展基因定位,从而提醒性状的基 因掌握及其遗传规律,为资源的有效利用供给依据。
建立核心种质库
1996 年由 CIP 和 IPGRI 联合召开的亚洲甘薯种质资源协作网会议上争论了甘薯生物多样性保存与资源圃规模的关系,建议首先开展工作削减各个资源圃内的复份材料,在此根底上建 立核心种质库。选择核心样品(Core collection)时,要尽可能削减资源材料之间的相像性,但也要留意不能为了将遗传多样性提到最大而只选择性状表现较为极端的材料,应以可代表整 个种质资源遗传梯度范围(genetic spectrum gradient)为原则来选取代表性资源[3]。甘薯核心种质应从产量、品质、抗性、不亲和群几个方面选取材料,核心种质以外的无性系考虑生产实生种子保存。
种质创及型资源开发 Jones(1983)首次提出遗传资源创(enhancement)概念,定义为把有利基因从外源或野生型材料中转移到农艺上能够承受的遗传载体中去,实质上是遗传资源种质定向创的问题,生物工程技术的进展使种质创飞跃到一个阶段,使遗传资源创更快更好地得以实现。甘薯种质创的重点在于获得抗病虫材料。
型资源开发利用以有用为主,甘薯含有多酚物质较多,简洁产生褐变,今后资源鉴定评价就应考虑筛选低多酚氧化酶的材料,削减甘薯加工时消灭的褐变问题。地上部茎叶含有较多蛋白质、地下部含有较多β-胡萝卜素的优质食用品种以及具有特别保健药用效果的甘薯品种也属开发利用之列。
计算机信息治理网络建设
目前很多国家都建立了种质资源数据库和计算机治理系统,利用多媒体数字图像处理系统治理种质资源是今后争论工作进展的必定趋势,1996 年亚洲甘薯资源协作网会议上很多载标准的根底上,建立国际甘薯种质资源公共数据库网络,使信息沟通更快捷准确、资源治理更统一兼容。同时,建立运作良好的交换种质资源,从而削减国际间的复份材料。
参考文献
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(上)(下).,(2):20~2
2;(3):20~21
Vimala Studies of Sweet Potato(Ipomoea batatas[L]Lam.)棗 A ,19(1):40~46
Present status and furture strategies of sweetpotato germp lasm research in China
GUO Xiaoding ZHANG Yungang TANG Jun ZHANG Hua LI Yuxia SHI Xinmin (Xuzhou Sweetpotato Research Center,Jiangsu,221121,China)
Abstract There are about 2025 accessions of sweetpotato germplasm in are maintained by both field genebank and in vitro of them were evaluated for diseases resistance and contents of nutrition sweetpotato germplasm used in breeding and production included landraces,introduced varieties,improved varieties,mutants and related wild this paper,we suggested that the futrue studies should focus on the establishing conservation system,evaluating genotypes,setting up core collection,efficiently utilizing and developing novel germplasm in sweetpotato.
Key words Sweetpotato;Germplasm;Evaluation;Conservation;Utilization;Core collection