板栗种质资源工作现状与展望

张力思，陈新，徐丽，魏海蓉，刘庆忠

(山东省果树研究所/山东省果树生物技术育种重点实验室，山东泰安 271000)

栗属(CastaneaMill)植物原产于亚洲、欧洲、非洲和美洲的北温带地区，约有10个种，中国栽培历史悠久，分布地域辽阔。有着丰富的遗传多样性，且是世界抗性育种的重要基因来源。世界经济栽培的食用栗中，以中国板栗(CastaneamollissimaBl)、欧洲栗(C.sativaMill)、日本栗(C.crenataSieb. et Zucc)、美洲栗(C.dentataBorkh)为主。中国栗属(Castanea)的原生种有板栗(C.mollissimaBl)、锥栗[C.henryi(Skan) Rehd.et Wils]和茅栗(C.seguiniiDode)[1]。

1 板栗种质资源的收集与保存

1.1 资源圃的建立

中国板栗种质资源圃的建立和成长经历了长期过程。1953～1957年，全国多个研究单位、大学和生产单位对种质资源进行了全国范围的普查[2,3]。在此基础上，许多研究机构收集、保存并建立了自己的资源圃[4]。1985年，中国农牧渔业部、国家科委发布农(科)字第21号附件3“全国农作物品种资源科研工作协调方案”，明确了各单位种质工作的重点。1989年首批16个国家级资源圃通过农业部组织的专家验收，其中包括在山东省果树研究所建立的国家果树种质泰安核桃、板栗资源圃，并列入国家“七五”重点科技计划[2,3,5]。

1.2 资源的收集与保存

2005年，出版了《中国果树志─板栗 榛子卷》一书，记载了317份板栗品种(系)[1]。经过诸多科研人员和种质资源工作者几十年的不懈努力，自中国24个省(自治区、直辖市)收集、保存了376份资源，其中中国板栗资源317份、锥栗资源7份、茅栗资源10份；野板栗2份；34份日本栗资源、3份欧洲栗资源、3份美洲栗资源 (表1)。目前，板栗种质资源圃占地5hm2，每份资源保存3株。

表1 国家板栗种质资源圃板栗资源保存情况

2 鉴定评价

“七五”以来，在国家科技部和农业部项目的资助下，国家板栗资源圃对所保存的资源开展了鉴定评价工作。主要对376份资源进行了植物学、生物学特性以及品质特性等主要农艺学性状的鉴定评价[1]；对育种特性、抗病、抗冻害性状进行了初步鉴定评价；筛选出了优异种质资源用于科研与生产[6-8]。

在这些板栗种质资源中，红栗、垂枝栗、无花栗、无刺栗等是中国特异、珍稀资源。红栗芽体红褐色，枝条红褐色，嫩梢紫红色，幼叶、叶柄阳面、总苞外观、刺束均为红色，坚果外皮红褐色，有光泽，品质细腻甜糯，丰产稳产。垂枝栗树干旋曲盘生，枝条下垂，既是栽培良种，又可作庭院观赏树种(图1)。无花栗花期较晚，雄花序总量较少，早期萎蔫凋落，节省营养，可作育种材料。无刺栗总苞较小，退化刺极短，似贴于苞皮上，近似无刺，虽不丰产，但为宝贵的种质资源。同时，筛选出一组特色优异资源：红栗1号、2号，幼叶、枝条、刺束均为红色，抗逆性强；燕红、燕丰等品质优，宜炒食，耐贮藏；华丰、华光早果、丰产稳产，抗逆性强，适应性广；九家种、处暑红等优质、丰产、果个大，适应性广，为菜食用栗[9]。这些资源都被广泛应用于生产。多个品种已经通过国家或省级审(认)定(表2)[10-26]。

图1 红栗、垂枝栗的植株和结果状

近年来，随着分子生物学的发展，分子标记技术如SSR、ISSR和AFLP，已广泛应用于板栗资源分类及起源的鉴定。艾呈祥等[27-30]以17个板栗群体为试材，建立了板栗群体混合样本等位基因及其频率的分析方法。以中国板栗、茅栗和锥栗的叶片为材料，采用CTAB-蛋白酶K法重复提取，获得了高质量的板栗DNA。利用29对SSR引物对26份山东主栽板栗品种进行遗传多样性分析表明，3个板栗主产区(泰沂山区、鲁中南地区、胶东地区)内部的品种或种质间(没有定名的种质资源用“种质间”一词)亲缘关系较近，鲁中南和泰沂山区品种和种质间可能有共同的起源。利用荧光AFLP标记技术对秦巴山区的野板栗10个居群共262个单株进行遗传多样性研究，结果表现出明显的地域性。江锡兵等[31,32]对中国板栗主产区97个板栗资源进行坚果表型性状与营养成分遗传变异分析，筛选出43个优良品种资源材料。并深入研究了中国板栗地方品种重要农艺性状的表型多样性。陈在新等[33,34]对板栗种子发育期矿质元素含量的动态变化、相关性和积累水平进行了研究，为建立板栗高产优质的综合栽培技术和增强种子贮运性提供了科学依据。对不同成熟期板栗品种(系)种子发育期主要营养物质与内源激素含量的动态变化进行的研究发现内源激素含量的变化是导致板栗品种成熟期不同的重要原因。程中平等[35]鉴定评价了抗栗疫病的板栗品种及优系。董易之等[36]对抗虫、感虫板栗品种的果、叶挥发物化学成分进行检测和分析，发现挥发物化学成分存在较大差异。

表2 板栗新品种简介

3 规范与标准

1980年以来，国际遗传资源研究所(IGRIP，过去名称是国际植物遗传资源协会IBPGR)已确定一系列果树评价体系，例如苹果、桃、梨等，这是第1个国际性状描述体系[37]。1990年，中国发布果树遗传资源描述符[38]，包括苹果、梨、板栗等18种果树。为各果树提供了特殊、统一的描述符和评价标准。之后，陆续出版了《农作物种质资源收集技术规程》、《农作物种质资源整理技术规程》、《农作物种质资源保存技术规程》[39-41]。2006年，在科技部科技基础平台建设项目支持下，国家板栗资源圃制定了较为完善的板栗种质资源评价标准，出版了《板栗种质资源描述规范和数据标准》。在基本信息的基础上，共制定了119个板栗种质资源描述符，包括42个必选项，67个可选项，10个条件项。描述符的代码是有序的，如数量性状从细到粗、从低到高、从小到大、从少到多排列，颜色从浅到深等。每个描述符有一个基本的定义或说明，数量性状标明单位，质量性状有评价标准和等级划分。形态描述符附模式图。内容包括基本信息、形态特性、生物学特性、品质特性、抗逆性、抗病虫性及其他[42]。《农业行业标准--农作物种质资源鉴定评价技术规范板栗 NY/T 2328-2013》、《农业行业标准--板栗种质资源描述规范 NY/T 2934-2016》分别于2013、2016年发布，将中国板栗种质资源、尤其是优异板栗种质资源的评价纳入法制化轨道[43,44]。

4 共享与利用

为提高资源利用效率，实现信息和材料共享，计算机技术和网络系统已经用于果树遗传资源管理，包括果树遗传资源数据评价、优异果树资源数据库、果树资源数据交换和计算机管理系统[45]。中国于1990年初步建成了国家农作物种质资源数据库[46]。2000年建立了作物种质资源信息共享网络[47]。2003年，国家农作物种质资源平台建设启动，目前已基本建成。该平台可以迅速地为育种和科研提供优良种质资源信息和实物[48]。目前，国家板栗资源圃对215份板栗资源进行了登记编目，对其性状鉴定和评价数据进行了规范化处理，建立了板栗种质资源共享信息数据库，这些资源已在中国作物遗传资源信息系统中共享。

国际作物遗传资源信息系统已经确定中国作物遗传资源信息网(CGRIS)(http://icgr.caas.net.cn/)和多年生及无性繁殖作物遗传资源信息网(http://www.ziyuanpu.net.cn/)的有效性。通过网络，可以获得每份板栗资源较详细信息，包括：资源分类、生物学形态特性和用途、生长习性、特异性状、多媒体图谱、保存状态、保存地点、联系方式等34个基本数据信息。

近年来，中国板栗资源圃已向中国农业大学、北京林业大学、北京农学院、南京农业大学、郑州果树研究所、西北农林科技大学、中南林业科技大学等高校和科研单位分发板栗种质资源材料，用于分子生物学研究、毕业论文研究及品种更新、改良等工作中。同时，抓好目前板栗产业快速发展的机遇，利用自身资源丰富、品种纯正等优势，与企业、专业合作社等生产单位联合进行产业化开发，经济效益显著。

5 近期工作展望

5.1 加大投入，加强资源收集、保存力度

与国外资源圃和国内其他作物资源圃相比，板栗种质资源的收集、保存数量还有一定差距。今后要积极申请国家经费支持，加大投入，充实专职科技人员。尤其要加强珍稀和濒危资源及其近缘种的收集、保存工作，加强国外优良品种的引进。确定核心种质，将离体保存等新方法应用于资源保存工作中[49]。对板栗资源保存有同物异名、异物同名现象，在今后资源收集工作中，对入圃条件要严格管控和筛查。另外，有些优异的板栗资源保存于个别单位或育种者个人手中，期待能协调各方面的关系，实现国家资源的真正保护和共享[50]。

5.2 加强资源鉴定评价的深度

板栗资源的鉴定评价工作量大，目前对圃存资源鉴定评价的内容多为植物学、生物学特性及农艺性状等，抗逆性、抗病虫性的鉴定评价工作以及分子生物学研究还很不足。近期工作的重心应倾向于精准化鉴定、评价和整合。

5.3 种质创新与品种改良

目前，板栗的育种目标是：①育成早实、丰产的新品种。②重点培育高品质、耐贮运的炒食、加工型新品种。③育成抗栗疫病、炭疽病的新品种。利用圃存资源、应用各种育种手段及分子生物技术，开展育种工作。通过转基因技术创造带有某种优良基因的育种材料。以期对现在优异资源直接用于育种或生产推广，选育新品种以促进中国板栗品种结构的优化[49]。

5.4 共享平台的完善和优化

制定高效的遗传资源的管理系统和技术规程，使资源实现更加标准化整理和数字化表达；优化信息共享平台布局，深化资源信息共享、实物共享；通过科学分类、统一编目和描述规范，按照统一标准对资源进行数字化表达，建立种质资源的统一数据库。运用网络技术实现信息资源的共享，最终实现实物共享，这将是板栗种质资源共享平台建设近期的主要内容和任务。