作物杂志,2018, 第6期: 1–9 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2018.06.001

• 专题综述 •    下一篇

美国植物种质资源保护与研究利用

黎裕,王天宇   

  1. 中国农业科学院作物科学研究所,100081,北京
  • 收稿日期:2018-09-06 出版日期:2018-12-15 发布日期:2018-12-06
  • 作者简介:黎裕,研究员,从事玉米、高粱、谷子种质资源研究工作
  • 基金资助:
    中国农业科学院科技创新工程

Preservation and Researches on Plant Germplasm Resources in the U.S.A.

Li Yu,Wang Tianyu   

  1. Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
  • Received:2018-09-06 Online:2018-12-15 Published:2018-12-06

摘要:

美国不是作物起源中心,但却是世界上保存植物种质资源最多的国家。美国拥有较完善的植物种质资源保护体系,其法律法规、管理制度、种质资源交换与共享政策、资助体系等稳定而灵活,保存设施和信息网络建设稳步发展,在种质资源收集、鉴定评价、新基因发掘、种质创新等方面针对不同作物的需求均取得了很大成效,充分体现出种质资源的基础性和公益性特点。本文在全面评述美国植物种质资源保护与研究利用情况的基础上,对我国种质资源保护、研究和管理提出了建议。

关键词: 植物种质资源, 保护, 美国

Abstract:

USA is the country which preserves the most plant germplasm resources in the world although it is not a center of origin of crop plants. Generally, USA has a good National Plant Germplasm System (NPGS), with a stable and flexible system of laws and regulations, management policies, germplasm exchange and beneficial sharing and funding system. In recent years, plant germplasm preservation facilities and information network have steadily improved, and a great progress has been made in the fields of germplasm collecting, characterization and evaluation, gene discovery and germplasm enhancement, reflecting the characteristics of basic and non-profit activities. This paper reviews the current situation of preservation and researches on plant germplasm resources in USA and renders advice to germplasm preservation, research and management in China.

Key words: Plant germplasm resources, Conservation, USA

表1

美国植物种质资源系统的种质库和种质圃保存情况(截至2018年8月)"

基因库名称
Name of genebanks
依托单位和地点
Supporting unit and location
保存植物种类
Kind of plants preserved
保存份数
Number of
accessions
遗传资源保护国家中心
National Center for Genetic Resources Preservation
USDA-ARS,科罗拉多州Fort Collins 多种作物 11 741
植物品种保护库
Plant Variety Protection Voucher Collection
USDA-ARS遗传资源保护国家中心,科罗拉多州Fort Collins 多种作物 7 980
植物种质资源检疫项目
Plant Germplasm Quarantine Program
USDA-ARS,马里兰州Beltsville 多种作物 949
植物遗传资源保护部(原南部地区植物引种站)
Plant Genetic Resources Conservation Unit
USDA-ARS,乔治亚州Griffin 高粱、甘薯、花生、豇豆、绿豆、甜瓜、辣椒、亚热带和热带食用豆作物、温季牧草等 101 182
中北部地区植物引种站
North Central Regional PI Station
USDA-ARS,衣阿华州立大学Ames 玉米、油用芸薹属植物、瓜类作物、草木樨、籽粒苋、向日葵、粟类作物、胡萝卜、亚麻 54 785
东北部地区植物引种站
Northeast Regional PI Station
USDA-ARS植物遗传资源部,纽约州Geneva 番茄、蔬菜类芸薹属作物、洋葱、苹果、葡萄、酸樱桃 12 695
西部地区植物引种站
Western Regional PI Station
USDA-ARS,华盛顿州立大学Pullman,还在该州Prosser建立了国立温带豆科牧草遗传资源部 菜豆、豌豆、蚕豆、鹰嘴豆、洋葱、莴苣、
苜蓿、甜菜、红花,还包括冷季和温带牧草、园艺作物、药用作物等
101 465

国家小粒禾谷类作物种质库
National Small Grains Collection
USDA-ARS,爱达荷州Aberdeen 小麦、大麦、燕麦、水稻、黑麦、小黑麦地方品种及其野生近缘种,还包括小麦遗传材料、超过2000份的大麦非整倍体等遗传材料 146 409
玉米遗传材料中心Maize Genetic Stock Center USDA-ARS植物生理和遗传研究部,伊利诺伊大学University of Illinois,Urbana 玉米遗传材料 8 127
水稻遗传材料中心Rice Genetic Stock Center USDA-ARS Dale Bumpers国家水稻研究中心,阿肯色州Stuttgart 水稻遗传材料 37 809
大豆种质库Soybean Collection USDA-ARS,伊利诺伊州Urbana 大豆地方品种、野生种 22 498
马铃薯种质资源引种站
Potato Germplasm Introduction Station
USDA-ARS,威斯康星州Sturgeon Bay 马铃薯 5 767
豌豆遗传材料库Pea Genetic Stock Collection USDA-ARS,华盛顿州立大学Pullman 豌豆、冷季食用豆 712
沙漠豆科植物项目Desert Legume Program 亚利桑那大学The University of Arizona,Tucson 沙漠豆科植物 2 608
C.M. Rick番茄遗传资源中心
Tomato Genetic Resources Center
加州大学戴维斯分校University of California,Davis 番茄地方品种、野生种、突变体、导入系材料等 3 795
棉花种质库Cotton Collection USDA-ARS作物种质资源研究实验室,德克萨斯州College Station 棉花地方品种、野生种 9 798
烟草种质库
US Nicotiana Germplasm Collection
北卡罗莱纳州立大学Raleigh 烟草地方品种、野生种,62个种 2 226
国家种质圃Brownwood分圃
National Germplasm Repository-Brownwood
USDA-ARS,德克萨斯州Somerville 美洲山核桃、山胡桃、栗 4 066
国家种质圃Corvallis分圃
National Germplasm Repository-Corvallis
USDA-ARS,俄勒冈州Corvallis 梨、草莓、木莓、黑莓、蓝莓等温带果树和坚果作物,以及啤酒花等专用作物 12 571
国家种质圃Davis分圃
National Germplasm Repository-Davis
USDA-ARS,加州大学Davis分校University of California,Davis 葡萄、核果类作物、胡桃、杏、橄榄、阿月浑子、无花果、柿、桑、猕猴桃、石榴等 8 747
基因库名称
Name of genebanks
依托单位和地点
Supporting unit and location
保存植物种类
Kind of plants preserved
保存份数
Number of
accessions
国家种质圃Geneva分圃
National Germplasm Repository-Geneva
USDA-ARS,纽约州农业试验站Geneva 苹果、葡萄、酸樱桃 7 612
国家种质圃Hilo分圃
National Germplasm Repository-Hilo
USDA-ARS,夏威夷州Hilo 昆士兰果、凤梨、番木瓜、荔枝、木菠萝、杨桃、番石榴、西番莲、红毛丹、面包树等热带果树和坚果作物 851
国家种质圃Mayaguez分圃
National Germplasm Repository-Mayaguez
USDA-ARS热带农业研究站,波多黎各Mayaguez 香蕉、可可、热带果树 1 167
国家种质圃Miami分圃
National Germplasm Repository-Miami
USDA-ARS,佛罗里达Miami 甘蔗、芒果和鳄梨等亚热带果树和坚果作物、观赏植物 3 327
国家种质圃Riverside分圃
National Germplasm Repository-Riverside
USDA-ARS,加利福尼亚州Riverside 柑橘及其他芸香科植物、海枣及相关种 1 801
观赏植物种质资源中心
Ornamental Plant Germplasm Center
俄亥俄州立大学Columbus 主要是秋海棠、金鸡菊、百合、草夹竹桃、金光菊、堇菜6个属的草本观赏植物,超过200个属 5 456
国立干旱陆地植物遗传资源部
National Arid Land Plant Genetic Resources Unit
USDA-ARS,加利福尼亚州Parlier 不仅包括非冬季大麦和小麦、野生向日葵、红花、榛子等,还包括一些新型经济作物(如仙人掌果、泡泡白花草、银胶菊、希蒙得木等),在干旱贫瘠土壤上潜在经济作物(Hesperaloe),以及干旱地区土壤保持作物
(Atriplex,Bassia and Yucca),13个属126个种
1 499
种子国家实验室(National Seed Laboratory)林木实验室 乔治亚州Dry Branch 林木 7 628
国家植物园National Arboretum 马里兰州Beltsville 木本景观植物 8 343
[1] Williams K A . An overview of the U.S. National Plant Germplasm System’s exploration program. HortScience, 2005,40:297-301.
[2] Brown A H D . The case for core collections//Brown A H D,Frankel O H, Marshall D R, et al. The use of plant genetic resources. Cambridge University Press, Cambridge,UK, 1989: 136-156.
[3] Sharma S, Upadhyaya H D, Varshney R K , et al. Pre-breeding for diversification of primary gene pool and genetic enhancement of grain legumes. Frontiers in Plant Science, 2013,4(1):309.
doi: 10.3389/fpls.2013.00309 pmid: 3747629
[4] Richards C M, Volk G M, Reeves P A , et al. Selection of stratified core sets representing wild apple (Malus sieversii). Journal of the American Society for Horticulturalence, 2009,134(2):228-235.
doi: 10.1051/fruits/2009006
[5] Potts S M, Han Y, Khan M A , et al. Genetic diversity and characterization of a core collection of Malus germplasm using simple sequence repeats (SSRs). Plant Molecular Biology Reporter, 2012,30(4):827-837.
doi: 10.1007/s11105-011-0399-x
[6] Quick J S, Nkongolo K K, Meyer W , et al. Russian wheat aphid reaction and agronomic and quality traits of a resistant wheat. Crop Science, 1991,31(1):50-53.
doi: 10.2135/cropsci1991.0011183X003100010012x
[7] Quick J S, Ellis G E, Normann R M , et al. Registration of ‘Halt’ wheat. Crop Science, 1996,36(1):210.
[8] Collins M B, Haley S D, Peairs F B , et al. Biotype 2 Russian wheat aphid resistance among wheat germplasm accessions. Crop Science, 2005,45(5):1877-1880.
doi: 10.2135/cropsci2004.0730
[9] Panthee D R, Gardner R G, Ibrahem R , et al. Molecular markers associated with Ph-3 gene conferring late blight resistance in tomato. American Journal of Plant Sciences, 2015,6(13):2144-2150.
doi: 10.4236/ajps.2015.613216
[10] Elshire R J, Glaubitz J C, Sun Q , et al. A robust,simple genotyping-by-sequencing (GBS) approach for high diversity species. PLoS ONE, 2011,6(5):e19379.
doi: 10.1371/journal.pone.0019379
[11] Buckler E S, Ilut D C, Wang X , et al. rAmpSeq:Using repetitive sequences for robust genotyping. bioRxiv, 2016. doi: 10.1101/096628.
[12] Yang S, Fresnedo-Ramírez J, Wang M , et al. A next-generation marker genotyping platform (AmpSeq) in heterozygous crops:a case study for marker-assisted selection in grapevine. Horticulture Research, 2016,3:16002.
doi: 10.1038/hortres.2016.2 pmid: 4879517
[13] Romay M C, Millard M J, Glaubitz J C , et al. Comprehensive genotyping of the USA national maize inbred seed bank. Genome Biology, 2013,14(6):R55.
doi: 10.1186/gb-2013-14-6-r55 pmid: 23759205
[14] Song Q, Hyten D L, Jia G , et al. Fingerprinting soybean germplasm and its utility in genomic research. G3:Genes, Genomes and Genetics, 2015,5(10):1999-2006.
doi: 10.1534/g3.115.019000 pmid: 4592982
[15] Crop Genebank Knowledge Base. Pre-breeding for effective use of plant genetic resources: E-learning course. Crop Genebank Knowledge Base,2018.[ 2018-09-10] .
[16] Falk D . Pre-domesticating wild relatives as new sources of novel genetic diversity// Maxted N,Dulloo M E,Ford-Lloyd B V. Enhancing crop genepool use:Capturing wild relative and landrace diversity for crop improvement. CAB Int., Boston, 2016.
[17] GEM. Germplasm enhancement of maize. Iowa State University,2018.[ 2018-09-10] .
[18] Maxted N, Dulloo M E, Ford-Lloyd B V . Enhancing crop genepool use:Capturing wild relative and landrace diversity for crop improvement. CAB Int., Boston, 2016.
[19] Ogbonnaya F C, Abdalla O, Mujeeb-Kazi A , et al. Synthetic hexaploids: Harnessing species of the primary gene pool for wheat improvement. Plant Breeding Reviews, 2013,37(1):35-122.
doi: 10.1002/9781118497869.ch2
[20] Byrne P F, Volk G M, Gardner C , et al. Sustaining the future of plant breeding:The critical role of the USDA-ARS National Plant Germplasm System. Crop Science, 2018,58:451-468.
doi: 10.2135/cropsci2017.05.0303
[21] Crop Trust. Conservation strategies. 2018. [2018-09-10] .
[1] 王俊红,裴雪霞,党建友,武雪萍. 两种除草剂及其用量对小麦生长发育及旗叶抗氧化酶活性的影响[J]. 作物杂志, 2017, (3): 157–161
[2] 黄科, 孙向成, 陈思兵, 等. 蓝莓叶枯病蜡样芽孢杆菌的分离鉴定及宿主应答反应[J]. 作物杂志, 2015, (5): 145–149
[3] 张静, 李园园, 黄盈盈, 等. 低温胁迫下活性氧代谢与烟草花芽分化的研究[J]. 作物杂志, 2015, (4): 74–80
[4] 董守坤, 李雪凝, 赵冲, 等. 干旱胁迫对春大豆根系保护酶活性的影响[J]. 作物杂志, 2015, (2): 163–165
[5] 盖志佳, 刘睛琦, 刘爱群, 等. 大豆保护性耕作研究进展[J]. 作物杂志, 2013, (6): 4–8
[6] 赵明, 李少昆, 董树亭等. 美国玉米生产关键技术与中国现代玉米生产发展的思考——赴美国考察报告[J]. 作物杂志, 2011, (2): 1–3
[7] 王高勤, 冒建宏. 鲜食玉米保护地栽培技术的演变及高效种植模式[J]. 作物杂志, 2010, (6): 113–115
[8] 杨玉兰, 唐加红, 刘丹, 等. 干旱胁迫对宁糯麦1号膜脂过氧化及保护酶活性的影响[J]. 作物杂志, 2010, (5): 43–47
[9] 赵月, 冉景丞. 茂兰自然保护区水族水稻种植的现状及挑战[J]. 作物杂志, 2010, (3): 4–7
[10] 钱永德, 刘丽华, 李红宇, 等. 寒地保护性耕作栽培技术对水稻产量及产量构成的影响[J]. 作物杂志, 2010, (2): 41–44
[11] 张吉凯, 牟建英, 冯志波, 等. 山东省保护地根结线虫病发生调查解析[J]. 作物杂志, 2010, (2): 86–90
[12] 王英, 凯撒·苏来曼, 李进, 等. 伊贝母根系分泌物对其幼苗生长的自毒作用[J]. 作物杂志, 2010, (1): 25–28
[13] 杨力, 张治安, 黄晶, 等. 玉米单交种不同收获时间对其种子萌发过程中保护酶活性的影响[J]. 作物杂志, 2010, (1): 115–118
[14] 王林, 刘景辉, 李立军, 等. 除草剂在农牧交错区保护性耕作燕麦田间应用效果的研究[J]. 作物杂志, 2009, (4): 76–79
[15] 滕海涛, 堵苑苑, 余毅, 等. 我国农业植物新品种DUS测试指南研制概况[J]. 作物杂志, 2009, (2): 86–89
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[1] 李红燕,王永宏,赵如浪,张文杰,明博,谢瑞芝,王克如,李璐璐,高尚,李少昆. 宁夏引/扬黄灌区玉米子粒脱水模型的构建与应用[J]. 作物杂志, 2018, (4): 149 –153 .
[2] 温辉芹,程天灵,裴自友,李雪,张立生,朱玫. 山西省近年审定小麦品种的综合性状分析[J]. 作物杂志, 2018, (4): 32 –36 .
[3] 梁海燕, 李海, 林凤仙, 张翔宇, 张知, 宋晓强. 不同糜子品种抗倒伏性田间鉴定及抗倒评价指标的筛选分析[J]. 作物杂志, 2018, (4): 37 –41 .
[4] 何中国,朱统国,李玉发,王佰众,牛海龙,刘红欣,李伟堂,牟书靓. 吉林省花生育种现状及发展方向[J]. 作物杂志, 2018, (4): 8 –12 .
[5] 樊艳丽,董会,卢柏山,史亚兴,高宁,史亚民,徐丽,席胜利,张翠芬,刘焱辉. 播期对不同糯玉米品种淀粉糊化特性的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 79 –83 .
[6] 张燕,尹翠,曹云娥. 蚯蚓发酵液对果蔬品质的影响[J]. 作物杂志, 2018, (1): 102 –106 .
[7] 黄少辉,杨云马,刘克桐,杨军芳,邢素丽,孙彦铭,贾良良. 不同施肥方式对河北省小麦产量及肥料贡献率的影响[J]. 作物杂志, 2018, (1): 113 –117 .
[8] 杜志敏,杨宇尘,夏原野,宫彦龙,闫志强,徐海. 收获期对北方杂交粳稻和常规粳稻品质的影响[J]. 作物杂志, 2018, (1): 147 –151 .
[9] 郜战宁,冯辉,薛正刚,杨永乾,王树杰,潘正茂. 28个大麦品种(系)主要农艺性状分析[J]. 作物杂志, 2018, (1): 77 –82 .
[10] 朱凯,张飞,柯福来,王艳秋,邹剑秋. 种植密度对适宜机械化栽培高粱品种产量及生理特性的影响[J]. 作物杂志, 2018, (1): 83 –87 .