林木种质资源库在林木遗传改良中的重要意义.docx

林木种质资源库在林木遗传改良中的重要意义一、林木种质资源库简介概述： 林木种质资源库或林木种子标准样品库，英文意译为”种质银行“，是当前最有效、最安全的保存方式，它包括种子低温保存、超低温保存及种质离体保存等方法，林木种质资源保存主要有原地保存、异地保存和设施保存3种方式。种质库保存以种子为主体的作物种质资源及其近缘野生植物，这些材料可随时提供给科研、教学及育种单位研究利用及其国际交换。种质库在接纳到种子后，需对种子进行清选、生活力检测、干燥脱水等入库保存前处理，然后密封包装存入-18冷库。托普云农已为广大科研院校、教育及育种单位研发建设的林木种质资源库，助力种质资源保存工作。2、 林木种质资源库主控系统功能：1、全新动态恒温恒湿控制系统，响应快，精度高。2、任意设定的温度、湿度控制参数，自动构成局部的微气候环境。触摸屏尺寸不小于5.7英寸,所有的参数显示和设定均可在触摸屏上进行，在全彩色触摸屏上进行参数设置等操作的功能，可根据种子种类的不同选择最佳制冷或除湿的运行模式，可在触摸屏上直接设置温度，湿度，时间，模式等参数, 具有实时温湿度，历史温湿度数据曲线，设备运行状态显示，故障图形代码显示等专用功能。3、整个控制系统具有计算机通讯接口，如有需要可以安装上位机软件对整个控制过程进行全程监控，对库房的的温湿度数据进行电脑数据显示、曲线显示、数据记录以及打印等。4、各档程序参数长期记忆，系统意外断电后可以自动恢复运行，并且不影响原来参数的设定，可按原有的设置继续运行，充分保证试验工作的连续性。5、高温报警，异常报警功能：可设定各监控点位的温度、湿度报警上下限值，当出现被监控点位数据异常时可自动发出报警信号。报警有三种方式组成：声光警灯报警、电脑屏幕画面报警和短信群发报警。短信可同时通知多人，扩大故障发生后的知情人数量。主机时实及历史故障信息均可查询。6、该系统采用低功耗设计，可有小型UPS直接拖动工作，确保断电情况下报警信息（声光，屏幕，短信群发）能正常发送。3、 林木种质资源库的库体要求：1、库体五面采用聚氨酯双面彩钢保温板（厚度100mm）。2、保存库保温门：开一扇800mm宽2000mm高 大门，每扇门开启方式为外单开启，确保内部开启优先（在外部锁闭情况下仍旧确保内部能够直接开启，保证操作人员的安全）。3、大门密封及结构：门框的密封采用特制的耐高低温的硅橡胶密封条，在门框处加装门框加热丝以防在低温情况下门框处凝露；门把手、饺链采用日本进口优质产品，可保证其强度，防止掉落；门框四周加强，即在门发泡前，在大门内侧焊接加强筋，可保证其强度，防止门的变形。4、气压平衡装置：为了避免库房内温度的变化而引起库房内外压力差对库房强度的影响，在每个库房侧壁处安装一套重力关闭型压力平衡装置。5、库房内侧上方装有吊顶式冷风机和匀流送风板，匀流送风，提高库房内整体送风效率，进门有风幕保温隔离系统暖通管道系统内材料为铜管。内部地面：地面需采用专门的地面保温材料（隔热XPS保温板），加上铺设钢筋混凝土承重结构，上铺PVC地胶板。达到：防水防滑，耐磨，保养方便：平常用清水拖把擦洗即可，遇有污渍，用橡皮擦或稀料擦试即可干净。防火阻燃耐酸碱。4、 林木种质资源库制冷部分：1、冷冻机组采用全自动控制方式，压缩机选用美国艾默生谷轮涡旋式高性能压缩机，机组机组采用低噪音风机以及风机压力控制系统。2、内机低噪音冷风机2套，外机低噪音箱式机组2套的双压缩机模式：3、据故障状态轮值。当一台机组有故障出现，则备用机组立即启动，最大限度保护种子据时间轮值。进行小时、日的运行时间轮值切换，延长机组寿命和等时运行。4、据冷量轮值。当一台机组冷量不能达到冷量要求，则第二台机组马上投入运行；而当系统出现冷量需求在一定程度的降低，则备用机组自动再切换到备用状态。5、 林木种质资源库除湿部分要求：除湿机为低温转轮除湿机，确保在零下的环境里可以除湿。6、 林木种质资源库技术参数：在建筑面积5.3*5.6*2.5米里独立控制制泠及除湿。采用进口双制冷机组。制冷设备室外机置于墙外。控制系统全彩色手触摸屏进行控制。显示内容：当前时间、温度、湿度及记录曲线。历史数据记录数量：15000组数据,既可直接显示，又可用计算机下载。温控范围：-510库温温度波动度：1.5控湿范围：60%RH以下湿度波动度：7%RH-10%RH压缩机：压缩机选用进口高性能压缩机，机组机组采用低噪音风机以及风机压力控制系统。内机低噪音冷风机2套，外机低噪音箱式机组2套电源：50Hz,380V三相五线制。灭菌方式：紫外线灯。光照度控制范围：采用节能型三防荧光灯照明系统350LUX达到操作照度即可。七、种质资源在林木遗传改良中的重要意义：1、 林木种质资源是遗传多样性资源： 林木种质资源保护的核心内容是遗传多样性的保存、评价和利用。生物遗传多样性是生产力资源，是基于对全球性森林面积缩减、物种加速濒危、森林健康严重受到威胁、森林适应性下降和森林功能衰退的现实，人类面临紧迫的环境发展重大命题的共识。林木种质资源已经成为我国环境发展、治理生态灾难的关键性战略资源之一。林木遗传多样性问题看上去不如农作物那样迫切，但是在长周期生产活动中因遗传多样性下降的加速产生“渐释效应”引起的不良后果，危害更大，持续时间更长。因此，林木种质资源保护就显得更为迫切，对生态环境建设及国民经济可持续发展更为重要。开展林木种质资源保护同步抢救保护了我国珍贵、稀有、濒危和特有树种种质资源，为全面实施国家林木种质资源保护与利用，构建深层次上的保护策略，奠定坚实的基础。这是一项面向21 世纪的国家可持续发展和国家安全的重要内容，为未来16 亿人口生活质量的改善和提高，储备必要的可再生物质资源的源头资源。2、 我国生态环境建设充分必要的基础资源： 当前，我国面临的“生态赤字”比财政赤字更可怕，已经危及农业及国民经济可持续发展。全国自然生态失衡有7 大“赤字”，最主要的是与林木有关的前3 项“赤字”，即：全国水土流失面积大于治理面积，风蚀和水蚀面积达380 万km2，占国土面积的1/3；沙漠化面积267.4万km2，每年新增2460 km2； 南方山地丘陵地区石漠化面积346 万km2，每年新增133 km2。以上生态“赤字”对农业生产和国民经济建设的危害将越来越严重。治理与抑制“生态赤字”重要途径之一是植被恢复，恢复再生植被的基础和前提是选择与之匹配的灌木、乔木和草等种质资源作种质材料。根据调研，适用于上述三类“生态赤字”地区的乔灌木树种达120 种以上，拟保存的种质达6 万份，可供选择的优良种质约400 份以上。而且随着优良种质的开发利用于生态环境治理工程，其生态、经济、社会的综合效益将迅速增大。3、 “生物经济”时代国际竞争的战略需求： 由于人口负荷增大，地球气候变迁，环境污染加重等诸多因素，森林和林业用地退化或减缩，林木种质资源损失和侵蚀日趋严重。在近期内如不紧急抢救保存，丢失的基因将一去而不复返，目前与未来的可利用的国家战略性基础资源会受到严重损失。21 世纪将从“信息经济”跨入“生物经济”的崭新时代，基因工程与基因开发利用将是生物经济的主要内容。林业种质资源负载着地球生物基因避护所和“主体基因库”，是基因工程的源泉性基础资源。需要持续发展的国家和民族，都会将生物种质资源放在“战略优先”的位置。4、 为满足国家对木材等林产品的需求而开展林木遗传改良的需要： 随着国民经济发展和人民生活水平的不断提高，对各种木材产品、果品、花卉、药材和工业原材料的要求，趋向优质、高效和多样化。林产品市场需求日趋多样，迫切需要对现有树木进行不同功能的定向培育和遗传改良。因此，需要保存、评价、利用和储备多样化的可供选择利用的林木种质资源。林木种质资源是国家所有的基础性战略资源，理应放在国家战略优先地位。八、林木种质资源库的设计原则：1、 安全性 植物种质资源是在不同生态条件下经过自然界长期演变形成的,蕴藏着各种潜在的可利用基因, 是国家的宝贵财富。因此, 在种质资源库设计和建设中,都应将安全性放在首位,需从防地质灾害、防水、防火和防意外事故等方面来考虑。防地质灾害, 重点放在防震上, 其他如塌陷和滑坡等也应考虑。在防震上, 根据中华人民共和国国家标准GB50223-95建筑抗震设防分类标准, 种质资源库列为乙类建筑, 即地震作用应按本地区抗震设防烈度计算。抗震措施, 当设防烈度为68度时应提高1度设计。除在建筑设计上有防震设防外, 聚胺酯保温冷库和种子架设计也应考虑防震措施,这是因为种子包装容器越来越多地采用铝箔袋,若出现倒塌现象易造成袋的破裂而混杂了种子。防水应重点考虑防洪水。如美国国家种质库的贮藏冷库是设在建筑物的2层, 高出地面3 m左右, 这是由于当地上游地区有一水库。若考虑防暴雨排水, 则一般冷库的地板应高出地面1 m左右。其他方面, 如建库地址周围不能有燃料仓库及危险化学药品库。种质资源库建筑周围必须留有足够的空地,以便在发生意外时能够使消防队迅速到达。消防报警、监控及库内外的报警装置应重点考虑,尤其应考虑当人在冷库内出不来时应有报警装置。2、 可靠性种质资源保存是一项关系子孙后代且没有时间界限的工程,其核心是尽可能延长种子的寿命, 而维持低温库温度的恒定是最为关键的。在种子贮藏过程中,若因制冷设备常出现故障而停机维修,则可能导致库温回升,这种大范围的温度波动更易加速种子的老化。为此, 低温库的制冷除湿技术设计,应选择在实践中证明是可靠稳定的技术,绝不能设计或采用带有试验性质的新技术,因种质资源库不是试验场所,它保存的是国家宝贵资源, 是无价之宝。在控制系统方面,除有自动控制系统外,还应有手动的控制系统,以备在自动控制系统出现故障时,可启用手动控制系统。制冷设备也应尽可能设计备用机组, 以确保运行过程的可靠性。电力供应也需设计双路供电系统,在电力供应有问题的地区, 应备有柴油发电机。3、 前瞻性因建设种质资源库投资费用大, 在设计时应尽量考虑未来1020年的发展。包括入库贮存种质数量、人员的增加及资讯方面的发展。在平面布局上, 也应适当留有发展余地。4、 布局合理在总体布局方面,对于综合性种质资源库,液氮超低温库和种子低温库可考虑放在1层,组织培养库可考虑放在2 层。另外应确保工艺流程合理, 即种子在入库前处理过程中的流动应合理,而不要推来推去。在一般情况下,种子处理操作流程为:(1)在接纳操作室进行种子接纳与登记、核查种子重量与外观质量并统计出供发芽检测的种子; (2)将统计出的发芽检测用种子(一般200400粒)送往发芽检测室,供保存用的种子暂时存放在临时库;(3)在发芽检测室进行发芽率试验;(4)将发芽率检测合格的种子从临时库送到干燥间进行干燥脱水; (5)在包装间进行含水量测定与种子包装; (6)将包装好的种子放入冷库永久保存。因此,各操作间与储藏冷库的布局可依照上述流程来安排。5、 符合环保要求首先, 考虑低温种质资源库制冷机组可能造成的噪声问题,若低温库建在居民文教区,设计 标 准 应 按 国 家 工 业 企 业 厂 界 标 准(GB12348-90)执行, 即昼间为55 dBA, 夜间为45 dBA。具体可根据所处地区, 按国家标准要求考虑噪声问题。第二, 在制冷机组选择时, 也应考虑制冷剂的环保问题, 而不要采用使用R502和R12制冷剂的制冷机组, 因为R502和R12是即将被禁止使用的制冷剂。此外, 对于淘汰和废弃的种子,要防止可能造成的病虫害传播。对于建设离体库和DNA库, 更要在设计时考虑环保和安全性的问题,如对某些有害的微生物和基因工程材料需重点考虑安全性问题。对保存前处理及研究过程中的化学试剂,则需考虑建设专门的试剂收集处理设施,同时实验室需安装防酸碱腐蚀的排污管道。因此, 种质资源库在建设前需对环保问题作全面系统的论证和评估。6、 先进性 楼宇自控和制冷机组的自控方面可考虑先进性设计,但在制冷除湿技术上,首先考虑是安全性和可靠性,在此基础上再考虑先进性,因国内外有不少种质资源库为追求所谓先进技术而无法实现正常的运行,如有的种质资源库想通过对库房进行液氮喷淋气化制冷而实现低温保存种子, 但后来实践证明是不可行的。种子前处理设备及有关实验设备应以先进性为主。相关产品：容重测定仪9、 林木种质资源库设计与建设中常遇见的问题：1、 如何确定建设面积建设种质资源库, 最主要的问题是建多大面积才能满足需要。现以中期库贮藏水稻种子来计算说明, 一般中期库贮藏种子每份为300g, 一般在685 mm585 mm115 mm种子筐中可摆放40份种子,那么设计一间摆放10排,每排摆放10列的移动种子架的冷库,其面积需0.7210+1.4m 0.6210+2.0m=70.52 m2, 若种子架高度为摆放15筐, 则种子架高度需2.2m,库的净高度需3.2 m。使用面积为70.52 m2, 净高为3.2 m的储藏冷库, 其可存放水稻种子份数为6万份。那么若要建设一座存放12万份的典型低温种质资源库,则可按以下内容估算出所需的使用面积: 冷库140 m2, 机房2040 m2, 缓冲间2040 m2, 接纳室2040 m2, 清选室2040m2, 发芽室4060 m2, 干燥及包装室6080 m2, 水分测定室2040 m2, 临时库2040 m2, 值班室30m2, 配电及控制室2040 m2, 临时存放室2040m2, 会议室100 m2, 计算机室100 m2, 厕所及走廊130170 m2, 总使用面积为7601 000 m2。因此,要建设一座保存12万份的种质资源库,则需要申请建筑面积为9701 300 m2, 即需在使用面积基础上增加30%。若需要配备研究实验室、拷种室和晾晒场等,可在上述面积基础上增加。2、 地面保温防冻处理冷库地面保温防冻处理也需引起注意, 曾出现过因没有做地面保温处理,而使冷库地面发生冻裂现象。防冻保温处理一般做法是做架空层,在架空层上再做防水处理并铺垫抗压的保温材料,然后在保温层上再做水泥地面,内铺设钢筋以加强抗压强度。3、 制冷机组安装位置目前,机组存放有以下3种安装位置:(1)放在同一层, 即摆放在库的两侧或其中一侧。该安装方式联接管道短,易操作且维修方便,但占用了使用面积; (2)安装在屋顶。制冷机组与对应的蒸发器对接安装方便, 易操作维修。不占使用面积, 可减少工程投资。缺点是影响建筑物美观,噪声大,在北方地区的屋顶,须设有相应的采暖和照明措施。另外须增加楼板承重力,为消除机组运行的振动必须采用减振措施。管道须穿过屋面, 也必须增加防水防漏措施。(3)安装在地下层。可减少噪声影响, 备件和备用机组可存放在地下夹层,这样检修方便并且安全。相对于屋顶, 制冷系统管路穿过楼板防水措施容易处理。缺点是须设计通风和排热系统, 以保证机组夏季正常运行。机组在地下室,则防水防漏也要求较高, 工程建筑费用较高。若种质资源库建设地区有足够的用地,推荐采用第一种方式安装制冷机组。4、 长期库和中期库的配置对建有长期库和中期库的种质资源库, 有人推荐库中库的方式配置,即长期库套在中期库里面, 认为该方式有节省能源的优点(Tay,1991)。但从实际操作的角度出发, 该配置方式使用起来不方便,建议长期库和中期库的库门都与缓冲间相连。5、 中期库温度的选择中期库的贮藏温度在设计上应选择(-42)或(42),不要设计(02),即不要使种子处于结冰与化冰的状态,因它对延长种子的贮藏寿命不利。6、 每间冷库面积的大小 每一间冷库的面积到底是大还是小好, 其各有利弊。如建有一间面积为150 m2, 高度为4 m的冷库, 安装了3台机组, 在调试时3台都需开启, 但当正常运行时, 仅2台机组运行就足够了, 其中1台可作为备用, 这样运行过程就有安全保障。但其缺点是建成后库内种子在短时间内可能存放不满, 造成能源的浪费。若是分成3个小冷库, 每间50 m50 m4 m, 则同样需3台机组, 在使用时, 则可用一个开一个库以节约能源,临时不用的库还可存放其他物品,其优点是最大程度地发挥其作用,但缺点是每间冷库无备用机组, 在安全方面存在隐患。7、 除湿系统的选择对于种质资源的保存, 最好对库内的相对湿度进行控制, 一般要求控制在65%以下。因此也需考虑安装除湿系统,对于0以下低温库,目前多采用电加热熔霜,其缺点是耗电量较大,且电加热管易烧坏。另外还有采用热氟除霜等方式。2001年国家种质库在-18采用一种国外进口的除湿制冷系统,它能控制库内相对湿度(RH)50%, 其除湿方式不属于电加热熔霜。该制冷机组还有另一优点,即机房环境温度比采用电加热熔霜机组平均低10左右。8、 每间冷库热负荷Q计算在种质资源库设计中, 需配多大制冷量机组也是非常重要的问题。每间冷库热负荷Q计算一般需考虑围护结构的热负荷、保存种子/种子架的热负荷、每天开门及人员进出次数的热负荷, 以及照明、蒸发器风机和电加热熔霜的热负荷等。制冷机组工作时间系数应以50%来计算为宜, 实际运行中制冷机组工作时间系数不应高于75%, 设计人员就可依据此要求来计算配多大制冷量机组。9、 干燥系统的选择在种质资源库建设中, 种子干燥系统的建设也是较难选择的一个环节。降低种子含水量是延长种子寿命的重要因素,但在种子干燥脫水过程中,应避免干燥温度过高而对种质活力产生潜在的损伤,因此,FAO/IPGRI(1994)推荐采用“双15”干燥系统: RH20%, 温度(152)。国家种质库