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植物、作物種質(zhì)資源庫(kù)數(shù)據(jù)采集-多光譜和計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)

瀏覽次數(shù):4363 發(fā)布日期:2019-8-22  來(lái)源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)

 中國(guó)是世界上最依賴生物多樣性資源的國(guó)家之一。 如今世界上許多國(guó)家已下大力氣建設(shè)了自己的種質(zhì)資源庫(kù)。如果我們沒(méi)有自己的種質(zhì)資源保藏,一旦某些物種在我國(guó)消失,將來(lái)我們不得不花費(fèi)巨額資金向國(guó)外種質(zhì)資源庫(kù)買回本屬于自己國(guó)家的資源。為此,我們國(guó)家也建立了自己的種質(zhì)基因庫(kù)。

植物離體庫(kù)

 種質(zhì)資源庫(kù)包括“五庫(kù)”——種子庫(kù)、離體庫(kù)、DNA庫(kù)、微生物庫(kù)、動(dòng)物庫(kù)和“一圃”——種質(zhì)資源圃,收集保存野生動(dòng)植物和微生物種質(zhì)資源,重點(diǎn)收集瀕危、特有、有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值和科學(xué)價(jià)值的物種。

 經(jīng)過(guò)10余年建設(shè),中國(guó)西南野生生物種質(zhì)資源庫(kù)保存的野生植物種子已達(dá)10048種,突破萬(wàn)種大關(guān),提前實(shí)現(xiàn)了保存野生植物種子1萬(wàn)種的長(zhǎng)期目標(biāo)比2014年有了大幅度提升。而截至2014年年底,中國(guó)西南野生生物種質(zhì)資源庫(kù)已收集保存包括植物種子、植物離體材料、DNA、動(dòng)物細(xì)胞系、微生物菌株等各類種質(zhì)資源20955種,169281份(株)。其中,野生植物種子8855種(占我國(guó)野生植物物種的30%),65067份。搶救性地收集保存了123種357份瀕危植物種質(zhì)資源,900種8783份經(jīng)濟(jì)植物種質(zhì)資源,以及2943種8538份狹域特有植物的種質(zhì)資源,對(duì)一批處于極度瀕危的種質(zhì)資源進(jìn)行搶救性收集和保存,如“消失”100年后的彌勒苣苔于2007年再次被發(fā)現(xiàn),對(duì)其種子繁殖、超低溫保存和離體保存技術(shù)等方面進(jìn)行研究,成功實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期保存目的。

 我國(guó)已知的高等植物有3萬(wàn)多種。中國(guó)西南野生生物種質(zhì)資源庫(kù)是我國(guó)野生生物種質(zhì)資源庫(kù),也是亞洲較大的野生生物種質(zhì)資源收集、保藏機(jī)構(gòu)。

 該庫(kù)按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)我國(guó)重要野生生物種質(zhì)資源進(jìn)行了搶救性采集和保藏,重點(diǎn)收集、保存珍稀瀕危物種、中國(guó)特有物種和具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的野生物種,已保存野生植物種子80105份、10048種,占我國(guó)種子植物總數(shù)的1/3。

 作物種質(zhì)資源(又稱品種資源、遺傳資源或基因資源)作為生物資源的重要組成部分,是培育作物優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗。ㄏx),抗逆新品種的物質(zhì)基礎(chǔ),是人類社會(huì)生存與發(fā)展的戰(zhàn)略性資源;是提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力,維系國(guó)家食物安全的重要保證;是我國(guó)農(nóng)業(yè)得以持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

 作物種質(zhì)資源不僅為人類的衣、食等方面提供原料,為人類的健康提供營(yíng)養(yǎng)品和藥物,而且為人類幸福生存提供了良好的環(huán)境,同時(shí)它為選育新品種,開展生物技術(shù)研究提供取之不盡,用之不竭的基因來(lái)源。保護(hù)、研究和利用好作物種質(zhì)資源是我國(guó)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新和增強(qiáng)國(guó)力的需要,是爭(zhēng)取國(guó)際市場(chǎng)參加國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的需要。

 中國(guó)作物種質(zhì)資源信息系統(tǒng)的建立,對(duì)發(fā)展我國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)具有較高的實(shí)用價(jià)值和理論意義,可以實(shí)現(xiàn)國(guó)家對(duì)作物資源信息的集中管理,克服資源數(shù)據(jù)的個(gè)人或單位占有,互相保密封鎖的狀態(tài),使分散在全國(guó)各地的種質(zhì)資料變成可供迅速查詢的種質(zhì)信息,為農(nóng)業(yè)科學(xué)工作者和生產(chǎn)者全面了解作物種質(zhì)的特性,拓寬優(yōu)異資源和遺傳基因的使用范圍,培育豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲、抗不良環(huán)境新品種提供了新的手段,為作物遺傳多樣性的保護(hù)和持續(xù)利用提供了重要依據(jù),使我國(guó)作物種質(zhì)信息管理達(dá)到世界先進(jìn)水平。

 通過(guò)國(guó)家“七五”、“八五”、“九五”科技攻關(guān),我國(guó)已建成了擁有200種作物(隸屬78個(gè)科、256個(gè)屬、810個(gè)種或亞種)、41萬(wàn)份種質(zhì)信息、2400萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)值、4000兆字節(jié)的中國(guó)作物種質(zhì)資源信息系統(tǒng)(CGRIS )。CGRIS是目前世界上較大的植物遺傳資源信息系統(tǒng)之一,包括國(guó)家種質(zhì)庫(kù)管理和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、青海國(guó)家復(fù)份庫(kù)管理、32個(gè)國(guó)家多年生和野生近緣植物種質(zhì)圃管理、中期庫(kù)管理和種子繁種分發(fā)、農(nóng)作物種質(zhì)基本情況和特性評(píng)價(jià)鑒定、優(yōu)異資源綜合評(píng)價(jià)、國(guó)內(nèi)外種質(zhì)交換、品種區(qū)試和審定、指紋圖譜管理等9個(gè)子系統(tǒng),700多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù),130萬(wàn)條記錄。

 中國(guó)作物種質(zhì)資源信息系統(tǒng)用于管理糧、棉、油、菜、果、糖、煙、茶、桑、牧草、綠肥等作物的野生、地方、選育、引進(jìn)種質(zhì)資源和遺傳材料信息,包括種質(zhì)考察、引種、保存、監(jiān)測(cè)、繁種、更新、分發(fā)、鑒定、評(píng)價(jià)和利用數(shù)據(jù),作物品種系譜、區(qū)試、示范和審定數(shù)據(jù),以及作物指紋圖譜和DNA序列數(shù)據(jù),為領(lǐng)導(dǎo)部門提供作物資源保護(hù)和持續(xù)利用的決策信息,為作物育種和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供優(yōu)良品種資源信息,為社會(huì)公眾提供作物品種及生物多樣性方面的科普信息。

 中國(guó)作物種質(zhì)資源信息系統(tǒng)的主要用戶包括決策部門、新品種保護(hù)和品種審定機(jī)構(gòu)、種質(zhì)資源和生物技術(shù)研究人員、育種家、種質(zhì)庫(kù)管理、引種和考察人員、農(nóng)民及種子、飼料、釀酒、制藥、食品、飲料、煙草、輕紡和環(huán)保等企業(yè)。

 中國(guó)農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)采集是在國(guó)家統(tǒng)一規(guī)劃下,有組織的在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行的。鑒定的項(xiàng)目是依其重要性,經(jīng)專家評(píng)審后確定的。鑒定的方法和技術(shù)是在對(duì)國(guó)內(nèi)外多種鑒定方法對(duì)比分析的基礎(chǔ)上,征求國(guó)內(nèi)有關(guān)專家意見(jiàn)而統(tǒng)一的。數(shù)據(jù)采集表是在已制定的農(nóng)作物種質(zhì)資源信息處理規(guī)范的基礎(chǔ)上制定的。

種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)中種子測(cè)量(種質(zhì)信息采集)

VideommeterLab多光譜成像系統(tǒng)

 VideometerLab多光譜成像系統(tǒng)和Frauhofer計(jì)算機(jī)斷層掃描成像系統(tǒng)可用于種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)、種子資源庫(kù)建設(shè),測(cè)量種子顏色、形態(tài)、生理、活力以及種子內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)等等各個(gè)指標(biāo)。目前已經(jīng)被國(guó)際種子檢驗(yàn)協(xié)會(huì)所大力推薦,廣泛應(yīng)用于世界末日種子庫(kù)等機(jī)構(gòu)。

 VideometerLab直接測(cè)量的參數(shù):尺寸、形狀、顏色、形態(tài)紋理、光譜質(zhì)構(gòu)、與表面化學(xué)相關(guān)的光譜成分、計(jì)數(shù)等。

 VideometerLab間接測(cè)量或計(jì)算:種子純度、發(fā)芽百分比、發(fā)芽率、種子活力、種子健康度、種子成熟度、種子壽命等。

應(yīng)用實(shí)例

 T. T. Chang Genetic Resources Center擁有超過(guò) 100000 序列的水稻。對(duì)每個(gè)序列而言,都有一小批采集的最原始材料,存儲(chǔ)在基因庫(kù)中 。每次將該序列的種子再次繁育來(lái)替換種子庫(kù)存,需要將新收獲種子與種子檔案進(jìn)行比較以確保表型匹配。該對(duì)比工作由經(jīng)驗(yàn)極豐富的基因庫(kù)人員進(jìn)行。近年來(lái),研究表明有限數(shù)據(jù)集光譜成像可用于區(qū)分不同品系種子,從而用于替代或協(xié)助基因庫(kù)人員確保種子表型在更替換代時(shí)的穩(wěn)定,F(xiàn)研究工作已經(jīng)擴(kuò)展到更大數(shù)據(jù)集,將成像特征與水稻的特定表型特征相關(guān)聯(lián)。研究中使用了365nm-970nm的紫外、可見(jiàn)光與紅外波段。特征向量包括尺寸、性狀、光譜以及紋理特征,特征經(jīng)過(guò)計(jì)算并進(jìn)一步利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法處理。特征選擇用于鑒別特征集并獲取單個(gè)特征和特定特征子集的通用描述信息。該技術(shù)可用于基因庫(kù)領(lǐng)域,來(lái)確保種子表型在多代次繁育后仍與最原始材料匹配。 該技術(shù)也可用將現(xiàn)有序列批次與新進(jìn)入材料進(jìn)行比較,避免不必要重復(fù)。

Frauhofer計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)

 Frauhofer計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)可用于種子質(zhì)量控制以及種子檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)確立,該系統(tǒng)能檢測(cè)細(xì)微的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(種皮、外殼、胚芽、空腔)。對(duì)每一粒種子檢測(cè),都需要復(fù)雜的處理流程。檢測(cè)的目的是為了保證其不變高品質(zhì)。盡管有各種實(shí)驗(yàn)方法可以選擇,但是在種子檢測(cè)方面,X射線仍是比較可靠的方法,通過(guò)影響處理系統(tǒng),CT設(shè)備可檢測(cè)到每一粒種子。自2003年起,F(xiàn)rauhofer EZRT開始了種子CT斷層掃描系統(tǒng)的研究,近年來(lái),對(duì)植物材料的研究已經(jīng)從種子擴(kuò)展到植物根、莖、果實(shí)等領(lǐng)域,走在CT植物表型研究的最前列。計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)分為便攜式、臺(tái)式、落地式以及高通量等型號(hào)。臺(tái)式高精度計(jì)算斷層掃描系統(tǒng)的精度可達(dá)2um,可顯示植物種子的細(xì)微結(jié)構(gòu)如縫隙、損傷、缺陷等等。其中一款自動(dòng)化系統(tǒng),種子無(wú)需單獨(dú)分開,軟件可將每粒種子從混合種子中分離,從而簡(jiǎn)化了樣品制備,能在一次實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)大量種子檢測(cè)。此外,也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)機(jī)械臂取料,托盤內(nèi)科放置多個(gè)小盒。操作界面簡(jiǎn)單,校準(zhǔn)或系統(tǒng)射線管溫度控制均為獨(dú)立。該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)對(duì)種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、清晰成像,幾何分辨率約為50um。





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