3章、作物種原的保存

摘要 種原的集中保存是遺傳資源保育的核心工作。它將收集、評估與利用聯繫在一起,同時亦包括了分贈及資料彙整。

在各種不同方式的保存中,對多數糧食作物而言,以乾燥種子冷藏保存是最有效的方法。高品質種子是延長種子壽命的前提。本篇列出了與保護種子活力有關的生物、物理及人為因素。分別論述了耐貯型及不耐貯型種子的貯藏條件;並討論耐貯型種子最長壽命的貯藏程序,種子包裝及安全措施。對於保存種子進行定期活力檢測是必需的。

其他保存方法包括無性營養體保存、植株離體培養、群體保存及自然環境下遺傳質保存。同時評述了離體培養的最新發展。

索引述詞:保存(preservation)、基因庫(gene bank)、種子長期保存(long-term seed storage)、耐貯型種子(orthodoxnonrecalcitrant seed)、不耐貯型種子(recalcitrant seed)、群體結構保持(preservation of population structure)、密封種子容器(hermetic seed containers)、離體培養貯藏(in vitro culture for storage)/裝運(shipment)、超低溫貯藏(cryogenic storage)、慢速生長貯藏(slow growth storage)、種子活力檢測(monitoring of seed viability)

 

3.1 引言

 

不論是透過探索收集或是交換而得的種原,「保存」都是緊隨著作物種原收集後的一種必要措施。保存是連接收集與利用及評估的樞鈕,因此,保存應包括種子的分贈。此外,種原資訊的彙整也是種原保存的一重要部份。

為達到保存目的有幾種途徑。主要方法是:(1)長期種子保存,最好採用雙地制,(2)無性繁殖部份和不耐低濕、低溫貯存種子的保存,(3)生長點保存及其他植體組織的保存,(4)複合群體或混合群體保存區的建立,(5)自然狀況下保存區(genetic reserves)的建立。

對於多數田間作物而言,種子在低溫與低溼下貯藏是保存大量收集品和使其能夠分贈的最有效方式。無性繁殖體保存及不耐貯藏型種子的冷藏只能保障植物的有限活力。生長點或植體的其它組織用超低溫貯藏尚處於試驗階段。群體保存和自然狀況下遺傳貯藏的建立已經有討論,但還未實行。植物園雖是地方有限,但也保存了某些有價值的植物。

 

3.2 延長種子壽命的必備條件

 

種子保存的目標是以最低的成本來延長所保存種子的壽命。因此,作物科學家在收穫、選擇及準備擬保存之種子時要考慮生物性及物理性兩方面的因素。此外,人為因素也影響作物收藏品的安全。

 

3.2.1 生物性因素

1.生理成熟度:最令人滿意的結果是利用已達生理成熟度的種子,雖然種子在進入這個階段時,含水率可能高達30%。一般以最大乾重做為生理成熟度的判斷標準,但這經常是不容易確定的(Harrington,1972)。通常,稍提早收穫的種子品質比過熟的好。

2.種子的健康狀況:用來保存的種子,應該從那些未曾倒伏、未受病蟲害感染、未受霜凍及冰雹損傷、在田間未受缺水、水分過多或礦物質缺乏逆境的植株上收穫。這種種子也應當沒有被微生物及貯藏害蟲侵害。

3.無機械性損傷:一次收穫的種子中包括有未完全成熟、成熟及過度成熟的種子。對於具有不同成熟期的作物必需進行一次以上的收穫,以便將收穫過程的損害降到最少。在種子水分達到適當範圍時,用包著橡皮的滾筒進行脫粒,用較低的滾筒速度可以減少脫粒時的機械性損傷(Harrington,1972)

4.穀物休眠性:不同方式的休眠性通常有助於延長種子壽命,硬粒或不易吸水的種子種皮,能使種子在埋入土壤中也不吸收水分(Barton,1961)。水稻是在濕季種植的作物,比種在乾季的作物有更強的休眠性(ChangYen, 1969)

5.種間與品種間變異:作物的各個種間種子的壽命有很大的不同(Barton, 1961; Harrington, 1972)。在水稻不同地理起源的栽培品種中發現有明顯的變異(IRRI, 1981; ChangTolentino, 1983; Chang, 1991a)

6.有些種有不耐貯藏的種子:這種種子的貯藏壽命有限並且會由於乾燥而死亡(ChinRoberts,1980),稱為不耐貯型。

 

3.2.2 物理性因素

1.溫度:種子貯存時四周空氣的溫度和濕度是共同決定種子壽命的主要因素。粗略估計,貯藏溫度每增加5℃,種子壽命就減少一半。這種規律適用於150℃之間。高溫的不利影響從生理成熟一直延續到收穫、運輸、乾燥,以及從開放架式貯藏到冷凍貯藏(Harrington,1972)

2.濕度:許多作物種子是吸濕的--它們的種皮自周圍的空氣中吸收水份,直到種子水份含量和周圍的相對濕度(RH)和溫度達到平衡。空氣溫度、相對濕度和種子含水量的關係通常是一個S(sigmoid)曲線,叫等溫線。作物不同,等溫線也稍有不同(Harrington,1972)

再者,據粗略估算,種子含水量每增加1%,種子的壽命就減少一半,這種估算適用於5%14%之間(Harrington,1972)。近年來,Roberts和其它同事們已將這個因子修改為2%(Roberts,1979)

3.溫度-濕度的交互影響:上述溫度和濕度對種子壽命之影響僅可單獨應用,兩者有相互效果。例如,含水率10%的種子貯藏在20℃時,其壽命與含水率8%而貯藏在30℃的種子一樣長(Harrington, 1972)RobertsRoberts(1980)EllisRoberts(1980)均提出了關於種子壽命的預測。不相同的作物種類對於溫度與濕度的變化各有不同的反應也是合理的。

4.其他因素:氧的含量高有加速種子喪失生命力的傾向,特別是水分含量高的種子。CO2N2含量高或真空條件可以延緩種子變質。種子用紫外線照射會更快地變質,輻射對種子是有害的(Harrington, 1970)

 

3.2.3 人為因素

大型種子貯藏中心的管理需要持續的人力和行政支援、持續的經費支持、收集者、其他管理者、使用人員及種子生理學家的共同合作及冷藏工程師的協助。政治的不穩定、戰爭或內亂的破壞、自然災害如地震及洪水、電力供應不可靠,也會增加種原收集品的損失(Reitz, 1976; IRRI, 1980b; Chang, 1984b; Goodman, 1984)。綜上所述,種子的安全需要基因庫工作人員時時專注的照顧以及警戒,而這些人員已往往負擔過重的經常性工作(Chang, 1984b),在人員、管理或資金提供方面發生問題時,會導致可貴的種原喪失的實例,有Larson(1961)MengeshaRao(1982)Goodman(1984)的敘述,應有警惕。

3.3 生產高品質種子為保存及貯藏用

 

收集的新鮮種子在數量上常常不能滿足直接用來貯藏,每次的繁殖或更新應生產足夠的及具高度活力的種子。種子繁殖的管理操作應考慮到保存原始群體的遺傳結構。

3.3.1 種子生產的數量

盡可能在少數幾次繁殖中生產大量足夠貯藏及分贈的種子。應避免小區田園的經常性更新(繁殖)種子,因為這種方式的更新:(1)可能在鑑定樣品中產生錯誤,並增加機械性混雜,(2)不適應或有敏感性狀的新收集品有可能喪失,(3)當群體很小時,會引起某一小群體的遺傳組成改變或流失(genetic drift)(4)增加額外的工作負擔和增加田區的需要量及貯藏空間(Chang,1979)

一般估計,每份材料作為全套材料長期貯藏時,至少需要300012000粒種子(IBPGR, 1976b),為進行評估與分贈之用而貯藏於中期庫的常用材料,其需要量更大(Chang,1979)

許多種子庫在保存的種子儲備耗盡或活力降低時,依靠育種工作站來提供新鮮的種子。至於地方品種或野生種,理想的繁殖地點是在原產地或相似環境條件的地方。不過,許多種子庫發現,要徵召擔負這種任務的合作者是很困難的。各國際農業研究中心的基因庫通常是在他們的農場繁殖種子來儲備。勉強在異地(ex situ)條件下進行種子生產,有時種子產量會很少,並且可能因不適應或受環境影響或感染病蟲害而損失收集品,有時需分期播種以配合品種的光週期反應(Chang, 1980)

 

3.3.2 保存群體結構的方法

對於自花授粉品種,種子應稀疏撒播或以單株插秧以徹底去除機械性混雜。要完善防除病害和蟲害。土壤要肥沃,但肥料應適當施用。自國外引進的種原,在最初種植時要進行植物檢疫手續。不同成熟期或不同光照反應的材料應在不同時期播種以便獲得最多的種子,並避免對不適應的個體進行選種。表現型不同的樣品,如紅色種皮與白色種皮,可以分成兩份材料來保存。同名品種的生態品系也可作為不同的材料分別保存。原始群體中其它變異不大的樣品,應該視為一混合群體(bulk)而全部收穫。收穫的植株應捆成束,裝入布袋中以免在運輸和乾燥過程中發生機械性混雜,並降低脫粒到最少程度。

對於野生種,很重要的一點是要為它們提供與原產地相似的環境條件。野生群體的栽培數量要足夠保存它們的遺傳組成。對於水稻的地方種和野生種,每個群體要分別種2010046(Oka, 1983)。野生稻的每個穗要套袋,以減少自然雜交,並便於種子收穫減少自然脫粒的損失。收穫的種子應以混合群體(bulk)保存起來。Oka(1983)曾進行種子譜系法與混合群體法的比較研究。

對於異花授粉作物,用下列方法之一進行種子繁殖:(1)在隔離區種植,(2)自交或姊妹交,(3)綜合品種,如玉米品種保存(TimothyGoodman, 1979, Hallauer, 1995)。異交作物,例如珍珠粟基因團保存的問題,Burton(1976)已予討論。

對於多年生和根莖類野生種,應當採用的措施是防止地下莖侵入鄰近材料區或變成一種令人討厭的雜草。這類野生植物的種子如落入土壤中可以在幾年內還保持活力。

對形態與農藝性狀的系統化特性調查,可以於第一次種子繁殖時即進行。

在種子播種前,應從原種中取出少量種子並置入「種子檔案」中。這種檔案在日後,當保存專家發現需要用原始樣品進行比較,用來檢驗繁殖種子的純正性時,就能顯出它的價值。關於鑑定的其他問題,詳見《Manual on Genetic Conservation of Rice Germplasm for Evaluation and Utilization(Chang, 1976e)

 

3.3.3 種子更新

種子更新(seed regenerationrejuvenation)為保存工作中甚少提及而是一個艱苦的任務:當初次繁殖種子經分發而數量不多,或因發芽率有下降徵象後都須再次繁殖(往往多次),稱之為更新。在工作上似乎是再一次繁殖而已,但更新步驟上仍為繁複並且需要格外小心,例如在整理與準備種子需與原本樣本(存種子檔案內)先作比對,無疑問後再下種,在生育期間須與已描述之農藝性狀儘可能一一比對,若有不符時則不予收藏或分別置放後再複對,入庫前尚需與檔案中標籤再對一下,以上是IRRI採取的方次與核對。

因更新是一費錢、費工、費時的操作,若份數眾多而人、土地、財力不夠時,它變成保存的一大瓶頸,甚至使保育工作癱瘓。據知幾個大的國家收集品在往年缺乏冷藏情形人需每年更新,工作人員難以擔任此項工作,據知印度的中央水稻研究所到近年為止每年需更新,結果是一半的材料已是名不符實,甚為可悲。

亦因更新工作不易,以一次多繁殖種子數量為宜。即使在IRRI因土地、人員、病蟲害等限制,二十多年來尚未完成更新工作,這亦不是行政人員所能了解其中若衷者。

3.4 種子冷藏保存

 

3.4.1 種子貯藏的特性

許多作物的種子可以在低含水量及低溫下貯藏,這些種子稱之為耐貯型(orthodoxnon-recalcitrant)種子。另一方面,某些熱帶特用和果園的作物,如茶、咖啡、可可和橡膠樹的種子在這種溫度和濕度狀況下,將很快地變質並在短期內死亡--這就是不耐貯型(recalcitrant)種子。無性繁殖體或器官對缺水和寒冷的忍受力也很低。

 

3.4.2 耐貯型種子的貯藏條件

全套材料應在低水份含量、低溫、低相對濕度和密封盒等理想條件下,分套在不同地點貯藏。昔聯合國糧農組織專家小組最初規定-18℃和5±1%水分含量作為標準貯藏條件。這一組條件為長期貯藏(long-term, LT)的條件。在長期貯藏下,種子活力估計可能超過100(RobertsEllis, 1977)

不過,這種溫度和濕度狀況很難保持,特別是在潮濕高溫熱帶區。國際植物遺傳資源委員會(IBPGR)種子貯藏研究小組曾建議用-10℃較高溫度的水準(IBPGR, 1976b),但另一方面,在-10℃貯藏種子,種子需要更新的頻率為在-18℃貯藏時的一倍(壽命減半)

例如,在IRRI長期貯藏的水稻種子,含水量為6%,密封在減壓(0.5大氣壓)的鋁罐中,貯藏在-10℃下,相對濕度為3740%空間,壽命可望在50100年以上。在全世界,有長期貯藏條件的基因庫,直至今日為數不多(Plucknett, 1983)

許多常用材料貯藏在中期(medium-term, MT)庫中,溫度範圍為010℃之下,四周空間相對濕度為1550%,種子貯藏在密封良好的容器內,往往為瓶子或鋁箔袋,預計種子的壽命為1030年或更長一些(以各種因素的綜合作用而定)。大約30個以上基因庫有這樣的設備條件(Plucknett, 1983)IRRI較早的中期庫的條件為種子含水量8.5%,溫度23℃,相對濕度60%,種子密封在放有大量矽膠的玻璃瓶內,種子壽命可保持至少三十年,其中二個熱帶品種經26年後萌芽率未見變化(Chang, 1991a)。現有的基因庫體系下為含水量6%,減壓鋁罐,23℃,相對濕度40%

植物育種家廣泛地使用短期庫。短期庫的貯藏條件變化很大,因而在開放型貯藏器或密封的貯藏器中的種子,在架上的壽命(shelf life)3(熱帶)10年以上(在非常乾燥的環境條件中),不易預測或保障,因此常行更新。

 

3.4.3 不耐貯型種子的貯藏條件

不耐貯型種子的貯藏辦法用於某些水生植物種、許多大體積種子的種、多數熱帶樹木種、果樹及若干木材用樹種。有這種特性的經濟作物是咖啡、茶、椰子、油橄欖、橡膠樹和美洲野生稻。不耐貯型種子不能以降低含水量來使其乾燥並保存活力,因此不能在0℃條件下貯藏。有些種甚至在1015℃時就受到冷害(Roberts, 1975; RobertsKing, 1980)。而且,貯藏中受失水的損害(Harrington, 1972),微生物污染和胚芽自行發芽造成了額外的困難。KingRoberts (1980)FAO(1996)已提出不耐貯型的種名錄。

種子或其他生長組織經適當的處理(洗淨、加熱、及消毒殺菌)後,密封在薄聚乙烯袋中是隔絕潮濕、免除微生物生長和發芽的最實際方法。這樣,種子貯藏的壽命可能延長,但相對於不耐貯型種子而言,總壽命仍是較短(6個月到幾年)。浸放在液態氮中可能是一種替代方法,但還需要進一步研究以改善這種技術(KingRoberts, 1980)。近年來將胚芽置放在液氮中似為一可行之途徑。

 

3.5 耐貯型種子中期和長期貯藏的準備

 

3.5.1 選擇高品質的種子進行貯藏

只有明顯沒有受到高溫損傷或機械性損害、表面沒有微生物或害蟲侵害的高品質種子,才可用於中、長期貯藏。精選的過程包括機械選擇與清理、燻蒸、用外觀檢驗或用電動種子精選器單粒選擇,挑出雜草種子與混雜的種子(Chang, 1983c)

 

3.5.2 種子乾燥

對中、長期貯藏的種子,含水量必須先降低到短期貯藏的安全水準(1013%)。同樣重要地,種子要慢慢乾燥而不以高溫加熱來乾燥。這種處理可在已除濕的環境中達到。否則加熱到50℃以上者種子壽命將明顯縮短(Harrington, 1970),用陽光曬乾亦有損害,並且乾燥程度不均勻。

通常種子乾燥的方法有:

1.將防潮劑,如矽膠,包在多孔的紙袋或細網布袋內與種子放在一起,盡量用多量矽膠,然後放在密封乾燥器內。23周後用新的有效矽膠換一次,種子含水量可降到89%IRRI19631978年曾用這種方法,種子壽命在2℃下超越三十年,顯示是一種安全的作法。

2.將種子放在空氣乾燥房內乾燥。英國皇家植物園KewWakehurst的分站植物園及在Wellesbourne的國家蔬菜研究站用的組合是15℃和1015%相對濕度及良好的空氣循環(Cromarty, 1982)。在日本的筑波,國家農業生物資源所的種子保存中心,用的方法是將種子放在保持25℃和15%相對濕度的房內慢慢乾燥,直到達到所要求的含水量(Kumagai, 1979)我國的種原中心則使用20℃和8-10R.H.吹風使乾燥。

3.含水量11%的水稻種子裝在用錫箔型(大小)紙袋(paper coin envelope)中,經過一串的循環處理:烘箱維持在38℃,箱內空氣不斷循環,頂部的空氣則吸進一個由lithium chloride吸水劑的迴轉式去濕機,溫度稍增高,接著在一冷氣機迴形管群中冷卻至8℃及13% R.H.,再打入烘箱內經加熱,維持在38℃,在此循環系統下吸水量大增,在20小時內可將種子含水量降至6%;同時去濕器的輪圈不斷吸濕、加熱後去濕,繼續有除濕作用。在IRRI就是用這種乾燥方法進行中期及長期庫種子的乾燥(IRRI, 1980b; Chang, 1983c)

這些方法可能還會再改善,但種子保存專家們首先考慮的是一個適當的濕度計算圖與水氣壓力計算圖,以測定種子在不同溫度系統下,相對濕度與種子含水量的平衡關係。作物品種在相對濕度平衡關係上大不相同,特別是在低油脂含量與高油脂含量的種子間有差別。對水稻、小麥、大豆、花生的曲線已由Cromarty等人(1982)提出。因為作物種子大小的不同,空氣流動速度和乾燥所需時間要單獨計算。Cromarty等人(1982)的指導可能是有益的。大粒種子的乾燥過程需要兩個階段:第一階段1719℃,相對濕度4050%;第二階段為30℃,相對濕度1015%。油脂含量高的大粒種子如花生,以兩個乾燥過程較好。

油脂含量高的豆類種子,如大豆的保存,需要特別注意,含水量要保持在10%以下,但不能低於6%。乾燥的溫度不應超過43(CarterHartwig, 1962)

二十年前報導的冷凍乾燥是另一種方法,把種子含水量降到25%的範圍,以防止由於熱和過於乾燥而發生潛在的損害。用這種技術在溫和的溫度下可以改善種子的耐貯性(Woodstock, 1983)。不過,冷凍乾燥設備並不是所有種子實驗室都具有。

近年來英、美二派種子生理學家各創有關種子貯存的論說,英國Ellis等建議將種子含水量降低至4%較合長期貯存有效期限(Ellis1989, Ellis, 1991)。另一方面美國學者主張貯存不同種子在1927R.H.空氣5°∼20℃環境下均可(VertiucciRoos, 1990)。此種論說尚未經長期試驗,亦不易為一般大規模的種原庫做到,不可輕信。

 

3.5.3 密封與貯藏前種子含水率與發芽率之檢測

因為任何設備都可能功能失常或失效,進行乾燥的種子量應多於所需量。乾燥過程後種子含水率應予檢測(參閱1976ISTA規定和其1981年對程序的修定)Cromarty等人(1982)已確定了程序的主要環節。發芽試驗應在開始加工及選擇過程的初期進行,以確保種子貯藏活力的安全。

 

3.5.4 密封種子容器的選擇

多數作物的種子是吸濕的,同時冷藏條件--特別是相對濕度因子,可能不穩定,因此使種子含水量不變的最保險方法是使用不透濕氣的種子盒,也就是密封種子容器。

密封種子容器有三種類型:金屬的、玻璃的與塑膠的。有密封蓋的金屬容器,價錢相當低廉,有長久的保存作用,只要不生(如鋁製的或塗一層塑膠薄膜的),這種罐子的罐蓋應有一個高品質並有彈性的橡皮密封墊。IRRI的鋁罐是由一片鋁片壓出來的,不像一般鐵罐是用鐵片圈封起來,再在騎縫線用融化的鉛銲接塗鑄而成,再加罐底。需用配備有真空幫浦的封口機,抽氣後以雙鎖方式將罐蓋封閉。有的中期庫用有螺旋蓋的罐盒,蓋內有橡皮墊帶,可再次使用,但不應過度用力旋緊。

玻璃種子瓶用的是管狀瓶(vial)、瓶子(bottle)與廣口瓶(large-mouth jar)。每種類型都要有螺旋蓋,蓋內要有墊圈。橡皮墊圈比紙墊圈更好。為監控玻璃瓶內的濕度,如矽膠,不論是單色(無色)或變色的指示劑(乾燥時為藍色,潮濕時為粉紅色),均可放在玻璃瓶內。這種去濕劑,作為低濕度含量的保持劑、指示劑作為濕度變化的指示。再次乾燥後,氯化鈷紙條也可使用為指示劑,但其對濕度的變化非常敏感,而且只在濕度非常低的水準時才有效。

塑膠製的瓶子、廣口瓶、紙袋、聚乙烯(PE)鋁箔袋都可使用為短期貯藏。對於少量的種子普遍使用的是鋁箔袋子。鋁箔袋子不能裝滿,也不能裝表面粗糙或有刺的種子。這種鋁箔-PE袋子可作中期貯藏用,亦有種原庫將它用在長期庫,可靠程度尚不明。

當大量生產時,所有的塑膠容器在品質上都有變異。所以用久後所有塑膠都會變彎、變脆,或隨著時間而產生看不出的裂縫。因此,塑膠容器需要在使用前試驗其密閉性並定期檢查它的不滲透性。在國際稻米研究所的試驗中,塑膠瓶和鋁箔袋子在最不良環境下保持密閉性大約四年(ChangTolentino, 1983)。關於這些種子容器的討論,可見Cromarty(1982)Chang(1983c)的著作。

3.5.5 記錄

在中、長期庫貯藏的種子,每個樣品的編號應在貯藏盒內外均加上標記。常用的方法是貼標籤和使用不褪色墨水寫標號,也可用打號機將號碼打在紙上,容器內外都應有標記。近年來可用電腦錄印有條碼(bar code)的標韱。

種原保存的貯存紀錄上應包含:(1)材料編號,(2)種植季節/種植年份,(3)包裝日期,(4)樣品或一批樣品包裝時的活力率,(5)整批種子的重量,(6)貯放位置(種子架編號)(7)更新時間表,(8)有關分配或種植利用的紀錄。這些用電腦儲存的資料應在種子貯藏過程開始時就建立。

 

3.5.6 有效率的種子冷凍保存設備的應具條件

中、長期種子冷藏保存設備的安裝、管理與維修是耗用經費的。對設計與設備必須要仔細選擇以適應該作物及相關的需要。要慎重考慮下列因素以保證效率和安全:

1.種子庫位置的選擇要確保安全及管理的功效:應考慮到水災及地震等危險因素,必需要有電力供應的替代設備。

2.設計的功能性:設備的設計必需要符合溫度與相對濕度的特定需求。對不同工作區域的空間安排,諸如種子處理、裝罐及貯藏,在操作上必需依照作業程序排列。乾燥(無水)區和潮濕(用水)區要分開,需要全日空調的地區與普通工作區亦分開,並有緊密的門戶與窗戶;低溫庫門前往往需要一空間(air lock)來隔離潮濕高熱的空氣,此空間需要除濕與冷氣。

3.冷凍室及逐步冷藏室作有效隔離,以及從較暖的地方向較冷的地方除濕,將減少機器運轉及維護成本。若有滲漏要立即補好。

4.貯藏室各部份的冷卻要均勻,有24小時空調,這是基本要求。

5.有效的密封容器是溫濕度控制上可靠的保證。在裝罐或裝瓶之前的開放貯藏(open storage)期間要盡可能縮短,以免種子壽命減短。

6.要選擇簡單、有效和十分安全之操作裝置及步驟,並提供額外的後防設備、條件及零件以便設備發生問題時使用。

7.良好的維護是長期運轉的決定性因素。

8.活動架可以增加可用的貯放空間。

9.定期檢測種子保存容器、種子含水率及監控設備之準確性。

IBPGR種子長期貯藏工作小組(IBPGR, 1976b, 1985)Cromarty(1982)Chang (1983c)對這些方面有詳細的討論。對於少量收集品,用家庭用的食物冷凍箱就可以貯藏(EllisRoberts, 1982)。再者,密封的容器例如小玻璃罐或小瓶也可提供理想的保護。在設計一個國家種原庫時應仔細考慮與測定,在著者協助美國NSSL重建其設施時,錄有一組專家的研議,可供參考(NRC, 1988)

 

3.5.7 種子入庫前調製與處理法參考

有關耐貯種子在乾燥後應有各種步驟,如測含水份與發芽率、燻蒸除蟲,有助選擇的X光以測視機械性損傷等等,工作人可參考Chang(1976e), Justice and Bass(1978), Leon(1984), Hanson(1985), Ellis etal(1985a,b),Leon and Withers(1986);但應注意IBPGR委託出版的手冊(Hanson, 1985, Ellis1985a,b)中有若干不易為種原人員所能在大量工作上使用者,應考慮簡捷與可靠之法。

 

3.5.8 種子有效長期貯藏的附屬說明

即使是耐貯型種子,長期貯藏也需要付出大量心力以達到最大有效潛力。種子活力退化是許多因素的效應,除了直接檢測發芽力之外,幾乎不可能發覺活力的變化。作物種原保育學家在種子入庫保存的計畫中應包括以下的操作管理項目:

1.定期檢查種子活力:種子活力的測試包括所貯藏種子的退化情況。發芽率測試時,每次可能需要用到百粒以上種子。用tetrazolium test(TTC)法或循序測試法可以減小測試規模(Roberts, 1983)。對密封的種子容器和周圍空氣的間接測試,有助於將種子的損失減到最小程度。由於在同一個作物種內,如水稻,來自不同國家品種的種子壽命不同,使這一項任務複雜化(IRRI, 1981; Chang, 1991a)

2.種子更新的臨界標準:決定何時種子應該開始更新,種子發芽率水準是關鍵問題。Roberts(1975)曾建議在種子活力降低到85%時,為種子更新的依據。不過,這個規定對多數的貯藏計畫而言,顯得太高但不切實際。美國(NSSL)與日本等用約50%的水準可能更實際些(IRRI, 1976a; KawakamiFujii, 1981)

3.貯藏種子的遺傳穩定性:有些發現指出,陳年種子其突變和染色體變異的頻率明顯高於新收種子(Roberts, 1975)。這種現象對某些作物種來說,可能是會發生。在溫度為零度經過十年多的情況下,水稻栽培品種尚有50%50%以下的活力,但在IRRI進行測驗中,沒有發現突變率增加。

4.冷藏設備的可靠性:手邊必須有冷凍設備零件以作為安全措施。對中、長期貯藏室也須要有應急的發電機,並需要冷藏工程技術人員的經費與全力支持。

 

3.5.9 無性繁殖種原的保存與去病技術

農作物中諸如馬鈴薯、甘藷、樹薯、山藥、甘蔗,塊莖植物,多種果樹都屬無性繁殖並維持的作物,它們的長處是沒有自然雜交與後代分離之慮,易於繼續繁衍同樣的遺傳質,可是亦需要不同的方法並且繁殖比率不高。

保存方法通常是將一套收集品種於田間,給予適當距離與標誌(並另繪田間地圖)予以保存或繁殖,有地下根或莖的材料必須避免地下的交錯混雜,收穫前必須查對。第二套可種於網(或溫)室盆罐中;注意防除昆蟲,以免傳染病害(尤其是病毐)若可用組織培養則採用生長點做離體培養法,經相當時間後再分植,亦可置入液態氮罐內保存。

無性繁殖雖無自然雜交之可能,突變(田間一分枝上或培養基上之組織)仍可能產生,應予注意。將近成熟的植株亦需有完整的描述,供來日參考。以馬鈴薯、樹薯及柑桔為例,在初步繁殖過程即應進行去(或避)病的技術,利用高溫處理(38)壓制病毒或用再度分割,獲得健康的後代,但仍得用ELISA血清鑑定;另用isozymes, PCR, RARD, RFLP等技術鑒辨外形相似的樣本。

以上方法已有多處使用,美國另設八個Clonal Repositories來保存此類經濟植物,有價值的參考文獻可見Westwood, 1986, 1989; Towill(1988); Chang et al.(1989); 農業試驗所(1995)

 

3.6其它類型的貯藏及保育技術

 

3.6.1 無性繁殖冷藏

馬鈴薯塊莖在4℃可保存19個月(Hawkes, 1970)。不過,這種貯藏期屬於短期的範圍。因此,祗要是不嚴格要求基因型固定,以保存種子較為有利。馬鈴薯種子像多數的耐貯型種子一樣,有良好的貯藏性,但後裔會有分離現象。

山藥塊莖可以在1520℃貯藏。小塊莖有較好的貯藏壽命。氣生塊莖的貯藏壽命可長到2年以上(Martin, 1975),可參閱Rocca(1989)討論。

 

3.6.2 植株部分的離體培養

最近的研究指出,以馬鈴薯、甘藷、樹薯和山藥幼芽生長點繼續培養進行組織培養貯藏,不僅費用低廉,且可避免病蟲害、氣候變化及土壤問題等影響。而且這種方法對於國際間的交換也是方便的(Roca, 1979, 1989; Henshaw, 1997)。塊根、塊莖類的節部切段,可繁殖大量的營養系。生長點培養可按規定轉移到新鮮培養基中繼續保持下去。用轉換不同培養基的方法,可獲得單一或多個生長點培養體。在最慢生長的環境下貯藏,樹薯培養基的移轉間隔可以延長達4(Roca, 1984)。在國際熱帶農業研究中心(CIAT),樹薯種原收集品中有3500份材料,50%以上放在組織培養庫,貯藏於緩慢生長培養基中(W.M. Roca, 個人通信),超低溫液氮貯藏也顯示出某種希望,特別是對木薯和馬鈴薯(HenshawRoca, 1976; GroutHenshaw, 1978)

組織培養適用於單細胞及原生質體、花藥和花粉、生長點、胚芽、癒合組織及細胞懸浮體。隨著植物種類的不同,部份或所有的培養體都可以保存。對於生長點,培養程序包括:(1)選擇適合的材料,(2)健康樣本的取出,(3)生長點取出與植株更新方法的選擇,(4)對生長點長出的植株,更新所需的培養條件最優化,(5)培養體在營養最低的培養基,或降低溫度條件下(69)或用液態氮在-196℃冷凍貯藏,(6)應用貯藏植株的生長點進行更新(Withers, 1980; Wilkins, 1982)。雖然組織培養只要相當小的空間,保存相當簡單,費用低廉,能保持無病毒條件,但它也可能發生難以解決的問題如:再生困難,培養體在貯藏過程中遺傳性會變得不穩定,形態遺傳的潛力可能會喪失,或培養體內含有許多異常的細胞(DS Amato, 1975)。因此,期望能用液態氮貯藏,並用合適的低溫保存劑保存。這種技術正在發展並改良。但對許多種作物而言,利用這種技術仍需進一步的試驗與改善(Henshaw, 1975; Withers 1984, 1991, 1993)。這種技術需每隔60天補充一次液態氮,但不需花費電力。目前使用液氮保存的作物有部份種子類作物,如番茄種子。

Withers(1980)認為:需要許多生理學/生物物理學的研究,以便了解在冷凍處理前的前處理管理及冷凍處理後的恢復生長時期,由細胞之生長及內在功能之現象,而瞭解冷害之作用。當這些方面研究得出結果時,組織培養保存就可能變成一種常規保存及進行交換的工作。可以預期在未來,凡能以組織培養保存之植物,將以超低溫做為全套材料,而以緩慢生長環境(條件)做為常用材料(W. M. Roca,個人通信)

 

3.6.3 群體保存

群體是一綜合族群,由一系列廣泛背景材料自由相互雜交而得。這些材料包括已適應之當地品種及由外引入之初始或野生品種。這些材料可提升育種之成效(Simmonds, 1962; Frankel, 1970b)。關於這種方法的可行性和結果,目前還沒有資料。

 

3.6.4 遺傳質保留區

遺傳質保留區包括提供有組織的保護給瀕危的野生種、牧草、森林樹木群落。這種群落是在距它們原產地最近或最適合的生態系統中,以保證群落繼續生存和演進的潛力(Frankel, 1974, 1984; Jain, 1975)1974Frankel曾敘述過與人類有關的野生種範疇的時代標誌,以及對就地(in situ)保存的遺傳系統的各種要素。目前已開始進行一些努力,來建立遺傳質保留區,但其管理和成功的利用仍有待試驗與闡明(Prescott-AllenPrescott-Allen, 1981)

 

3.6.5 就地保育

近年來生物界人士鑒於種子庫的可靠性可慮及智慧財產權的困擾,注意力轉向就地(in situ)保育,認為是另一種辦法,其實它不是一新辦法,在森林方面,應屬最可行者,已提倡多年,祇未見實現。在農業方面可適用的有:原始性老品種、近緣野生親屬及遠緣野生親屬。進行方式是(1)設立保留區,(2)維護目前生長地點,(3)添加鄰近自然保留區內的種植。在稻作方面,栽培稻有若干經少數民族在保留區內不斷種植,並有當地小學,指導學生每年栽種,或由政府鼓勵(實為規定)種植小部份地區。在緬甸、泰國與印度可見若干小規模行動;菲律賓的著名梯田區則大半為老品種,尚有七、八百之多。野生親屬則少有保護。許多原生地因公路或寓所的開發、水壩的建立,乏人清理水道,所剩無幾。台灣新竹(多年生)及桃園(一年生)的野生稻已在原生地滅跡,誠為可惜。泰國與印度亦日趨消失。少數政府建立的保留區亦因當地人民的不合作或破壞,地方機構缺乏財力與人力,尤其是技術人員的投入不夠,管理有困難。其他因種子不易收集及貯藏、缺乏技術與環境的管理、不良氣候的損害、當地人民不願參與,甚至破壞環境,就地保育工作前途缺乏保障。但在田間、市郊,若有農民繼續栽種,及都市住戶合辦民間組織保留舊品種種子行動,確是一有效方式。總之,應有關心人士自行續辦;政府的投入不易持久。吾人應了解,in situex situ保育二法應互相協補,增加保育的功能。有關作物就地保育的討論可參閱VaughanChang (1992), Brush(1989),糧農組織的一小手冊(FAO, 1989)NRC(1993)報告,與糧農會議報告(FAO, 1996),實際的成功例子仍是少見(FAO, 1996)

 

3.6.6 生物技術之應用

近年來生物技術之大進展集中在遺傳因子定位或移轉之應用,與保育工作饒有價值者為:

  1. 大規模並迅速的繁殖營養體細胞及組織。
  2. 離體型細胞或組織培養,延及貯藏。
  3. 引致多倍體的形成。
  4. 細胞原生質之操縱,用以雜交。
  5. 以原生質體轉移基因。
  6. 超低溫貯藏。
  7. 鑑別種原間之異同並估測歧異程度。
  8. 鑑定病毒的存在。

雖然以上利用法較適用於作物改良,產生之新遺傳材料亦擴大了種原的範圍。

在本章及後段(尤其是第4)對上述題目亦有討論,較詳細的敘述可參閱Dinoofor(1988), Withers(1991), NRC(1993)StalkerMurphy(1992)書中數章;超低溫(液體氮)的貯藏技術可參閱Sakai(1984), Withers(1991), Bajaj(1989)等。

 

3.6.7 種原中心之體系與管理

一個完整與設備良好的種原中心必須有一整體設計而得的組織、設備人員、業務規劃與預算及支配,並滲入近代的管理制度才會持久並發揮作用,因業務屬任務的首題,一個中心應包括下一系列的工作:

  1. 收集,徵集,交換。
  2. 繁殖,更新。
  3. 特性描述。
  4. 庫內、外保存。
  5. 記錄檔案與資訊制度。
  6. 分配,交換。
  7. 種原的研究。
  8. 人員的培育。
  9. 與其他研究人員、評估人員與育種人員的聯繫與合作。
  10. 給予較小場所在種原上支援。
  11. 國際上聯繫與合作。
  12. 公共關係之建立與宣導工作。

因此籌劃、人員結構、任務的執行、業務的管理與其他機構的合作與聯繫為五大管理上題材。根據著者的個人經驗,一個種原中心必須將業務與人員配合使命,有服務精神,不會孤立;中心內常有溝通場合,並與其他機構(單位)合辦,一個中心不能全做到的任務,如分地更新、評估與貯藏,有來有往相互。

中心內部有分工合作、互助的措施,合作研究與交換經驗,前一輩帶領後一輩,在工作中訓練自已及後人,在種原內找尋可研究及發表的題材,授予發揮負責性的工作,並有進修及進昇機會。種原人員若樂予助人,必有回報受到尊敬,萬不可以種原當是私人的財產。對不良氣候、病蟲害發生或斷電均需警覺,常蓄有後備材料或設備。敬業之心:將每一份材料當為今世唯一的寶藏;亦願從其他學科人員學()習;各步驟均有複核。最大的考驗:能否使上司、同人(尤其是另一單位)了解種原工作的重要與不斷的需要與漫長無止境的各種支持,同時亦需開源節流,不浪費資源,不斷的改良作業。見Chang(1991b)IRRI(1991)內討論與冷氣(空調)工程師應建立良好合作。

 

3.7 尾語

 

種原之保存誠為保育工作之核心,其重要性已明顯示出,但亦是一項最鉅重艱苦任務,若有過失全功盡棄,同時亦是最漫長無終的責任,應儘求簡便可靠的方法與設備,但不應為節省小錢使安全性受慮。

可幸者為大多數作物可用最簡省的低濕低溫貯藏到相當長時期(50年以上是易達的指標),最近二十年來冷藏與乾燥設備,以及絕緣材料大有進步,使可靠性大增,但人為因素:設計方面,日常操作,預防天災或人為破壞,維護及不斷改良仍是主要影響長期績效的主因。因此除可靠與長期經費支援外,種原人員之培育素質、敬業精神與職務上的鼓勵有更大的作用。

種原人員往往從育種或農()藝出身,遇到錯綜複雜的保育技術常有不可抗拒之畏,全球只有Birmingham大學開辦種原專科課程,但當地無一種原貯存設備及農場可供使用及實習,只有IRRI辦到實地學習課程二次,畢業生不多,其他訓練班亦只是上課或參觀,甚難學到並不高深但其中甚多學識的工作與較學術性的原理,並且保育包羅萬象,非一種專門學科即可充實所需學識,若從一群背境不同但均有農業科學訓練的人員共同研求,則可顧及多方的考慮。在一次美農藝學會上討論種原人員的培育問題時,大多數學者以為主修育種及遺傳者為宜,但著者認為種子科學、作物進化與擴大的生物系統學(biosystematics),加上生物技術及電腦操作,才能組成一有效的隊伍。

近年來種子生理研究甚多進展,將生化引入,可惜大半是短期研究,靠研究生或後博士做試驗,與種原中心無合作,因此在萌芽力的衰退與預測尚無可供種原中心使用辦法,尤其是IBPGR出資試驗及出版的手冊,並不適合樣本眾多、設備平平、人員經費不足的種原中心,至為可惜。

著者本人的哲學是聽、試、再做,新方法必須可靠、簡單、易用、不浪費難得的經費,同時做好基本工作:健康種子,隔絕良好之貯藏室,可靠容器與經常核對,在這種條件內IRRI種原中心仍是全球最高效率、服務最廣大的基因庫。

除種子庫外,各種就地保存的措置亦應研討使用,二者有互補之效用,因此需要農民與大眾的參予。