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100家实验室专题访中国农业科学院作物所国家种质库

2018-11-22 09:48:05

为广泛征求用户的意见和需求,了解中国科学仪器的市场情况和应用情况,仪器信息网自2008年6月1日开始,对不同行业有代表性的“100家实验室”进行走访参观。近日,仪器信息网工作人员参观访问了本次活动的第五十站:中国农业科学院作物所国家作物种质库,该库主任卢新雄研究员、实验室张志娥副研究员、辛霞博士热情地接待了实验室到访人员。

国家作物种质库(简称“国家种质库”)是我国座现代化低温种质库,是全国作物种质资源长期保存中心与保存研究中心。该库于1986年10月在中国农业科学院落成,总建筑面积为约3200平方米,由试验区、种子入库前处理操作区、贮藏区三部分组成。贮藏区建有两个长期贮藏冷库,总贮藏面积为约300平方米,其容量可保存种质40余万份。国家种质库现隶属农科院作物科学研究所。

国家种质库外景

“作物种质资源是农业科学原始创新、作物育种及生物技术产业的物质基础,是实现农业可持续发展、保障国家粮食安全、生态安全、能源安全、健康安全与农民增收的战略性资源。国家种质库就是一个作物种质资源的‘收藏夹’,其重要性及利用价值受到国家政府的高度重视。胡锦涛、吴邦国、温家宝等都曾亲临国家种质库视察。”卢新雄研究员首先为我们介绍了建立国家种质库的重要意义。

卢新雄研究员(右一)与仪器信息网工作人员交流

“目前,国家种质库长期库收集了35.9万份种子,保存数量仅次于美国位居世界第二,其中80%的种子来自国内,其余20%是从国外搜集而来。种子品种涉及水稻、大豆、玉米、小麦、花生、棉花、荞麦、甜菜、烟草等各类农作物。这些种子由国家种质库在全国各地的合作单位每年送来。”

冷藏库外部

冷藏库内部

(图注:冷藏库内布置了许多传感器,能实时检测库内的温度与湿度。)

长期库+中期库+临时库,总贮存容量达百万份

“今天参观的仅是国家种质库1986年建成的部分。中国农业科学院对国家种质库进行了扩建,新建的‘国家农作物种质保存中心’于2002年建成并投入使用,是国家种质库的重要补充部分。该保存中心包括17间冷库,这些冷库总建筑面积约1700平方米,其中5间冷库供种质长期保存,9间中期保存,3间临时存放。‘国家农作物种质保存中心’保存设施投入使用后,使得国家库种质的保存总容量达到近百万份。另外,国家种质库在青海还有一个复份库,负责国家种质库长期库贮存种质的备份安全保存。”

表1 中国农业科学院作物所种质保存设施一览

建筑名称

建成时间(年)

建筑面积(m2)

种质贮藏容量(份)

组成部分

国家种质库

1986

3200

约40万

(1)2个长期贮藏库

(总面积约300 m2)

(2)试验区

(3)种子入库前处理操作区

(4)其他设施

国家农作物种质保存中心

2002

5500

约60万

(1)5个长期贮藏冷库

(2)9个中期贮藏冷库

(3)3个临时存放冷库

(17个冷库总面积约1700 m2)

(4)其他设施

(备注:本表是根据国家种质库提供的资料整理而成。)

表2 国家种质库贮藏冷库种类及功能一览

贮藏冷库名称

种质贮存条件

功能

长期库

温度-18℃±1℃

相对湿度<50%

负责全国作物种质资源的长期保存,一般不对外供种,只有当种质材料在中期库或供种单位缺乏时,才可动用长期库保存的种质。

中期库

温度-4℃±2℃

相对湿度<50%

作物种质资源收集、整理、编目、中期保存、特性鉴定、繁殖和分发。

临时库

温度+4℃

在种子存入中长期贮藏冷库之前,临时存放各单位供送交来的种子。

复份库

温度-18℃±1℃

相对湿度<50%

复份库负责国家种质库长期库贮存种质的备份安全保存。

(备注:本表是根据国家种质库提供的资料整理而成。)

试验区:生化类仪器唱主角

辛霞博士为我们介绍了国家种质库试验区的情况:“国家种质库的任务就是保证我国作物种质资源的安全,这个安全有两层意思,一是物理上的安全,即种子完整无缺,不受损伤,二是种子携带的遗传信息的安全,保证种子在保存过程中保持高活力。因为种子在长期的保存过程中会自然衰老,所以我们要研究种子衰老的机理、保存方法与技术,希望能从技术上提前预防其衰老。”

“目前,国家种质库的研究课题涉及:农业植物种质资源的低温保存理论与技术;无性繁殖作物、顽拗型种子作物等特殊种质的中长期离体保存理论与技术等。”

试验区

试管组织培养

“试验区的仪器并不多,多为生命化学类实验仪器,体积较小,购买时间也较早,包括冷冻离心机、PCR、电泳、分子杂交箱、凝胶成像等。”

德国Eppendorf公司5804R冷冻离心机(左)

美国Boekel Scientific公司Big SHOT II 高容量分子杂交箱(右)

(图注:这两台仪器使用很频繁。)

德国Biometra公司Tgradient梯度PCR仪(左)

美国MJ Research公司PTC-100 Peltier Thermal Cycler PCR仪(右)

种子入库前处理操作区:培养箱的天下

种子入库前处理操作区是种子入库前对种子进行处理的区域。张志娥副研究员介绍到:“种子要经过活力检测、干燥、包装等处理后才能入库冷藏保存。”

工作人员在数种子

“活力检测在发芽室进行,其目的是通过发芽实验来检测种子的活力、发芽率,以确保终入库的种质资源的质量。只有发芽率、活力符合相关标准的种子才能入库。一般要求种子的发芽率在90%以上。所要用到的仪器主要是从美国、德国进口的培养箱,以保证种子在在适宜的温度和湿度条件下发芽。”

德国MMM公司Climacell恒温恒湿培养箱(左)

美国PERCIVAL公司恒温植物培养箱(右)

广东医疗器械厂LRH-250-GⅡ光照培养箱

(图注:LRH-250-GⅡ光照培养箱已购买了20余年,目前使用情况良好。)

发芽培养

“一般种子的水分含量为11-12%,这个比例对于长期保存来说较高,所以还要对经活力检测合格的种子进行干燥。干燥时间由种子的粒径大小与性质来决定。”

“我们在此使用的干燥箱都是国外进口的,这主要是因为种子在干燥过程中对温度的稳定性要求很高,进口干燥箱的精确度更高。并且我们用的干燥箱与实验室用的干燥箱是两个概念,一般实验室干燥箱的温度范围在100-300℃,其准确度不高,对温度的控制比较‘粗放’。所以我们选择了温度控制相对精确的培养箱来作为干燥箱,并对它进行了改造。”

由美国Thermo Scientific公司的恒温培养箱改造而成的干燥箱

(图注:该实验室有3组共20只该类干燥箱。干燥箱外边另外安装了预冷、除湿装置。这样,空气先经过冷却除湿,然后通过密封管道进入干燥箱内部,然后再适当升温对种子进行干燥。图片显示的8个箱子购买于赛默飞世尔合并之前,当时价格约为30多万人民币。据卢新雄研究员介绍,这些干燥箱在国内是较先进的干燥设备,在国内种质保存机构的干燥设备中是的。)

“除了干燥箱之外,我们还有立体显微镜、数粒仪、水分测定仪等仪器。种子包装设备就是很常见的热合机,种子可以放在铝箔袋或者金属小盒子中储存。”

英国VISION公司LYNX实体显微镜

(图注:该显微镜为单目显微镜,用于观察种子的颜色、大小和表面,还可以用它来成像。购买价格为20多万人民币。)

日本AND公司FC-500si数粒仪

(图注:该仪器的工作原理是先算出单位重量的种子数目,然后根据实际重量来计算种子的数目。据说,该仪器准确度很高,其软件系统是由国家种质库与生产企业共同开发完成的。)

美国帝强Dickey-john公司GAC2100高精度水分容重测定仪

(图注:该仪器可以在不破坏种子的情况下测出种子的含水量,但需要被测种子重量大于250克。由于国家种质库需要测量的种子的重量经常达不到250克,所以该仪器使用较少。该仪器购买价格为免税后5万元。)

张志娥副研究员(左二)、辛霞博士(左一)与仪器信息网工作人员合影

附录:中国农业科学院作物所国家作物种质库


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