国家核桃板栗种质资源圃(泰安)的板栗种质资源收集保存与创新利用进展

乔 谦,褚兆龙,王 刚,刘庆忠,王甲威*

(山东省果树研究所,山东泰安 271000)

摘 要:板栗是原产于中国的壳斗科栗属落叶乔木植物,至少有2500 余年的栽培历史,是重要的木本粮食,也是一次种、百年收的长寿经济林果树。国家核桃板栗种质资源圃(泰安)是我国板栗种质资源最主要的保存单位,也是目前世界上保存板栗种质资源数量最多、多样性最完整、种植最规范的种质资源圃。截至2024年12月,已收集保存板栗种质资源504份,选育出了宋家早、红栗、石丰、华丰等多个优质板栗新品种,推动了板栗基因组、起源演化、分子标记、品质改良、抗病性等基础研究,助力了板栗品种结构调整和产业提升,在乡村脱贫致富和产业可持续发展中发挥了重要作用。本文介绍了国家核桃板栗种质资源圃(泰安)的发展历程,总结和回顾了板栗种质资源圃的工作情况,包括资源收集与保存、鉴定评价、规范与标准、共享利用等方面,并针对板栗种质资源工作存在的资源收集不全面、鉴定评价方法不统一、标准化规范缺失以及资源共享利用不足等问题提出了相应的解决办法。对今后的工作重点与研究方向进行了展望,以期为未来中国板栗种质资源的有效利用和产业发展提供参考信息。

关键词:板栗;种质资源;收集;保存;创新利用

板栗(Castanea mollissima)为原产于中国的壳斗科(Fagaceae)栗属(Castanea)植物,又名中国板栗[1],是中国重要的传统出口果品。在世界经济栽培的4种栗属植物(板栗、日本栗、欧洲栗和美洲栗)中,中国板栗抗病性最强、果仁食用品质最优,以炒食品质好著称,被誉为东方珍珠。中国板栗在我国广泛栽培,总面积约186.7万hm2,总产量超200万t,是我国经济林重要树种之一[2]。同时,中国板栗也先后被美国、日本和欧洲等国引进栽培,常作为育种材料以改良本国栗属植物的抗性和果实品质。我国作为中国板栗的原产地,拥有丰富的种质资源、多样的实生变异种类和巨大的选种潜力,持续加强板栗种质资源的收集与保存工作,将有助于推动栗属植物资源的创新利用与可持续发展[3-5]

1 板栗资源圃现状(收集、引进、鉴定、保存等)

1.1 板栗在中国的主要分布

我国板栗分布范围较广,自然分布界线为北纬18°30′~40°26′,东经99°~124°00′,覆盖寒温带、温带、亚热带,遍及24个省(自治区、直辖市)。板栗在50~2800 m 的地区垂直分布,高差可达2750 m。据统计2015年产量突破10万t的省份包括湖北、河北、山东、云南、辽宁、福建、河南、湖南、广西、安徽;年产量1万~9 万t的省份有浙江、陕西、贵州、四川、江西、北京、江苏、广东。全国每年产量1000 t以上的板栗重点县(市、区)主要有河北省的迁西、遵化、兴隆、青龙、宽城、邢台、迁安、抚宁;北京市的怀柔区、密云区;山东省的岱岳区、费县、莒南、五莲、蒙阴、沂水、乳山;河南省的桐柏、确山、商城、罗山、平桥、嵩县;湖北省的罗田、麻城、大悟、红安、黄陂、广水、通城、浠水、郧阳;安徽省的霍山、金寨、舒城;陕西省的汉滨;云南省的寻甸、宜良、罗平;广西壮族自治区的隆安、隆林。据统计,目前全国有300多个板栗品种,已建立4个板栗植物种质资源库,收集保存栗属植物6个种、347份种质资源。20世纪60年代末,中国科学院南京中山植物园依据气候、土壤特征、栽培管理模式及产品用途等指标,将我国板栗栽培品种划分为6 个地方品种群:华北品种群、长江流域品种群、西北品种群、东南品种群,西南品种群和东北品种群[6-9]

1.2 板栗资源收集保存总体情况

中国板栗种质资源圃的建立和发展经历了长期演变过程。1953—1957年,全国多个研究单位、大学和生产单位对板栗种质资源进行了全国范围的普查[9-10]。在此基础上,许多研究机构建立了自己的资源圃[11]。20世纪50年代中期至60年代,在张宇和研究员(原南京中山植物园)的带领下,中国首次开展了全国范围的板栗种质资源普查工作。研究团队先后对江苏、河北、北京、山东、安徽、浙江、河南、陕西、甘肃、湖北、广西、贵州等12个省(自治区、直辖市)的主要板栗产区进行了系统调查,共收集整理地方品种约300个,引进优良种质50余份,在南京中山植物园建立了板栗种质资源圃。山东省果树研究所于20世纪50 年代建所初期即规划建立了果树原始资源圃,收集保存了包括板栗在内的6个树种资源。1961年栽植板栗实生苗,1965 年开始引进山东地方实生种质资源以及太湖流域的农家品种,并收集保存了日本栗种质资源。国家果树种质资源板栗圃于1980 年在山东省果树研究所正式建立,由王凤才等主持完成建圃工作。1989 年,经农业部专家评审,由山东省果树研究所承建的国家果树种质泰安核桃、板栗种质资源圃正式获批成为国家级种质资源圃,并被纳入国家“七五”重点科技计划。2019年,国家园艺种质资源库作为国家科技资源共享服务平台之一正式成立。国家核桃板栗种质资源圃(泰安)在该项目支持下,板栗种质资源保护和利用工作进入新阶段。目前,国家板栗种质资源圃收集保存了来自我国24 个省(自治区、直辖市)的504 份板栗种质资源,其中中国板栗资源433 份、锥栗资源10 份、茅栗资源10份、野板栗2份、日本栗资源42份、欧洲栗资源4份、美洲栗资源3份。编目的种质资源有板栗5个种,共计463份资源,包括板栗416份、锥栗10份、日本栗32份、欧洲栗4份、野板栗1份(表1)。此外各地还建立以保存地方板栗资源为主的资源圃,形成了较为完善的资源保护网络。以河北省遵化市魏进河林场的国家级资源库为例,该库共保存了108份栗属种质资源,包括燕山板栗54份、南方品种36份、山东品种15份、日本栗2份和朝鲜栗1份。其他主要保存机构及其资源量分别为:河北省农林科学院昌黎果树研究所(中国板栗284份)、广西壮族自治区林业科学研究院经济林研究所(南方板栗205份)、河北科技师范学院(燕山板栗164份、山东板栗5份)、湖南省林业科学院(中国板栗114 份)、西北农林科技大学(中国板栗102 份)和西南林业大学(中国板栗95份)[12-14]

表1 板栗资源保存与编目情况
Table 1 Overview of catalogued and conserved germplasm in chestnut resources

种Species板栗 Castanea mollissima Bl.锥栗 C.henryi Rehd.et Wils.茅栗 C.seguinii Dode野板栗 C.mollissima sp.日本栗 C.crenata Sieb.et Zucc.欧洲栗 C.sativa Mill.美洲栗 C.americana (Michx.) Raf.种质份数Number of germplasm(Acession)433 10 10 2 42编目份数Number of catalogued(Acession)416 10-1 32 4 3 4-

2005 年,张宇和等[15]编著出版了《中国果树志·板栗榛子卷》一书,记载了317 份板栗品种(系)信息。2006 年,国家核桃板栗种质资源圃(泰安)在调查研究的基础上,制定了较为完善的板栗种质资源评价标准;刘庆忠等[16]编著出版了《板栗种质资源描述规范和数据标准》。原农业部(现农业农村部)于2013 年、2016 年先后发布了《农作物种质资源鉴定评价技术规范 板栗》(NY/T 2328—2013)、《板栗种质资源描述规范》(NY/T 2934—2016)。上述工作为板栗种质资源的进一步规范化研究及高效利用奠定了坚实的基础[17]

同时,中国于2003 年正式启动国家级农作物种质资源平台建设项目,该平台已全面建成并投入运行,能够高效支撑育种和科研工作,提供优质的种质资源数据及实物材料。目前,国家板栗资源圃(图1)已完成504 份种质资源的系统化整理工作,包括资源登记、性状鉴定、评价数据标准化等内容,并建立了专业的板栗种质资源共享数据库,相关数据已整合至中国作物遗传资源信息系统实现共享。

图1 国家核桃板栗种质资源圃(泰安)
Fig.1 The National Walnut and Chestnut Germplasm Repository (Tai’an)

1.3 发掘优异种质

自“七五”计划开始,在科技部和农业(农村)部项目资助下,国家核桃板栗种质资源圃(泰安)系统开展了保存资源的表型特征与农艺性状评价工作。研究团队重点针对果实特性、病害抗性及低温耐受性等关键性状进行了系统鉴定,从中筛选出多个具有重要应用价值的优良种质,为后续育种研究和产业开发提供了基础材料[7-9]。通过系统的资源调查与评价研究,研究人员鉴定出一系列具有特异珍稀性状的栗树种质资源,包括红褐色芽体的红栗(图2)、枝条下垂的垂枝栗(图3)、雄花序早期萎蔫的无花栗、刺束退化的无刺栗以及树体矮化的短枝栗等。其中,红栗嫩梢呈紫红色,幼叶、叶柄阳面及刺苞均呈现红色,坚果外皮为红褐色且具光泽,口感细腻甜糯,同时具备稳定的丰产特性。垂枝栗因独特的树干旋曲生长方式和下垂枝条形态,兼具观赏价值与栽培价值。无花栗的纯雄花序在发育早期即停止生长并脱落,仅混合花序的雄花段能正常发育,这种特性显著减少了养分消耗。虽然其单果质量较小,但作为特殊育种材料具有重要价值。无刺栗的刺苞较小且刺束极短,仅约0.5 cm,分枝角度大,刺呈半鳞片状退化。虽然产量较低,但仍属于珍贵的种质资源。短枝栗(如沂蒙短枝)表现出明显的矮化特性,嫁接后第6年树高仅为1.46 m,冠径1.76 m,其产量呈现逐年递增趋势,第7 年达到667.2 kg·666.7 m-2。部分种质资源如红栗和短枝栗已在生产中直接应用,其他则作为重要的育种材料[17]。此外,研究团队筛选出一批优质抗逆品种,如具有红色幼叶和枝条的红栗1号和红栗2号,抗逆性强;燕红、燕丰等品种炒食品质优良、耐贮藏;华丰、华光等早果丰产稳产且广适性强;九家种、处暑红等则具有果个大、丰产性好等特点,适宜作为菜用栗品种[18]

图2 红栗1 号
Fig.2 Hongli No.1

图3 垂枝栗
Fig.3 Weeping chestnut

2 保存资源的创新利用

2.1 支撑基础研究

板栗资源十分丰富,品种间差异较大。科研人员针对板栗种质资源的差异开展了包括生物学特性、生理生化、组织培养、采后生理、分子生物学研究等一系列基础性研究。国家核桃板栗种质资源圃(泰安)支持了板栗、日本栗等基因组研究,支撑发表高水平论文5 篇,申报山东省农业良种工程等省部级项目3项,利用资源培育板栗新品种10余个。

板栗生物学特性研究。张林平等[19]通过连续3年的观察,明确了河北邢台地区板栗雌花簇的分化规律,发现其分化过程始于4月中旬,6月中旬结束,历时约60 d。张馨方等[20]采用通径分析法研究了燕山板栗的园艺性状与单株产量的关系。结果表明,株结蓬数、单蓬粒数和出实率对产量具有极显著影响,树冠径对产量的影响达到显著水平。此外,孙鲁平等[21]探讨了燕山板栗品质与土壤特性的相关性,李保国等[22]优化了板栗果实可溶性糖及淀粉含量的测定方法,秦岭等[23]则分析了板栗种子萌发过程中碳水化合物的动态变化。在光合特性方面,刘庆忠等[24]对比了板栗和日本栗的光合生理指标,发现日本栗的表观量子效率、光补偿点、光饱和点及光合速率均高于板栗,但两者的光合速率和蒸腾速率日变化均呈双峰型,且在8 月均表现出明显的光合午休现象。秦岭等[25-26]对不同中国板栗品种的栗疫病抗性进行了研究,结果表明,北峪2号(紫珀)和兴隆城9 号对栗疫菌表现出极强的抗性;渤海所18 号、燕魁、短花栗和黄花城早栗子抗性较强;而金丰、燕红等品种抗性较差;红光栗、怀黄、怀九等抗病性最弱。这些研究为板栗品种选育和栽培管理提供了重要理论依据。

板栗生理生化研究。王同坤等[27]以燕山板栗为研究对象,系统探讨了叶片过氧化物酶(POD)活性与树体生长发育的关系,并分析了不同品种间过氧化物酶及其同工酶的差异。选取7 个板栗品种进行对比分析,结果显示,不同品种叶片的过氧化物酶活性存在显著差异,其中矮化型品种的酶活性显著高于普通品种。此外,过氧化物酶活性与冠径、树高、干周及新梢长度均呈负相关,表明该酶活性可作为矮化型板栗品种早期筛选的生化指标。进一步对板栗和日本栗共计41 个品种(系)的叶片过氧化物酶同工酶进行分析,发现其酶谱可分为两大区域:第Ⅰ酶区的相对迁移率(Rf)范围为0.056~0.272,共检测出6 条酶带;第Ⅱ酶区的Rf 范围为0.478~0.647,共检测出8 条酶带。基于酶带的出现频率,构建了栗属品种叶片过氧化物酶同工酶的基本酶谱,并采用信息量凝聚聚类法初步绘制了品种间的亲缘关系图谱。结果表明,中国板栗与日本栗的亲缘关系较近。

板栗组织培养技术研究。任鹏[28]以3 年生实生苗为材料,通过两种不同途径成功建立了燕山板栗的离体再生体系:嫩茎段腋芽增殖途径和下胚轴不定芽诱导途径;还攻克了板栗组培苗生根技术难题,首次实现试管内完整植株再生。该体系的建立为板栗优良品种的快速繁殖和遗传转化研究提供了重要技术支撑。

板栗采后生理研究。秦岭等[29]探讨了板栗采后生理变化规律,发现在贮藏初期果皮作为保护层迅速失水,一个月后种子失重加剧。研究将贮藏过程划分为三个阶段:第一阶段从采后至11 月中旬,表现为呼吸强度大、淀粉水解酶活性高,导致栗果损耗严重;第二阶段为11 月中旬至12 月底,种子进入自然休眠期,呼吸速率降低,α-淀粉酶活性维持在低水平,β-淀粉酶活性稳定,此时果实风味良好且腐烂率较低;第三阶段进入贮藏后期,种子解除休眠后呼吸作用增强,α-淀粉酶与β-淀粉酶活性升高,可溶性糖积累使甜味凸显,但伴随果实皱缩、萌动或“石灰化”现象,食用品质下降。研究表明,当种子含水量降至28.08%时会出现严重脱水硬化及“石灰化”现象,而40%含水量能较好维持果实品质。因此,低温处理可有效抑制板栗呼吸代谢,延缓生理活动,从而延长贮藏期限。

板栗分子生物学研究。近年来,随着分子生物学的不断发展,板栗分子生物学研究也有了长足进步。在板栗基因组学解析、板栗遗传多样性分析、板栗基因鉴定与克隆等分子生物学研究领域取得了突破性进展。在基因组学研究方面,北京农学院秦岭教授课题组组装的中国板栗基因组是栗属植物中第一个完整的基因组,基因组测序揭示了板栗基因组结构和功能基因的分布[30]。随着测序技术的不断进步,后续研究者又以不同的板栗材料开展了基因组组装与分析。目前,已有8 个高质量板栗基因组[30-35],对板栗基因组所呈现的结构差异和重复序列进行深入分析和探讨,为板栗的基因组演化奠定了基础。在遗传多样性研究方面,分子标记技术发挥了重要作用,AFLP、SRAP、RAPD、SSR 和ISSR 等方法被广泛应用于资源分类、起源分析及品种鉴定。周连第等[36]通过AFLP-荧光法对86 个板栗品种进行检测,验证了该技术在分子水平遗传多样性研究上的可行性。向晖等[37]和龚榜初等[38]分别采用SRAP和ISSR标记技术对我国锥栗自然居群进行分析,发现湘西地区可能是锥栗的次生分布中心及现代遗传多样性富集区。张馨方等[39]、王同坤等[40]分别以燕山板栗为材料,建立了稳定的SSR 和RAPD技术体系,用于种质资源多样性研究。

项艳等[41]采用RAPD 分子标记技术对安徽省14 个板栗品种进行了系统的遗传多样性分析。通过优化的RAPD 反应体系,成功构建了板栗品种的分子检索表,为品种鉴定提供了可靠的技术手段。基于遗传多样性分析结果,筛选出具有重要保存价值的核心品种资源,为安徽省板栗种质资源的保护与利用提供了科学依据。艾呈祥等[7]基于SSR 标记技术探讨了山东主栽板栗品种的遗传背景,揭示了鲁中南与泰沂山区品种的起源差异。白晓倩等[42]通过全基因组测序开发了大量SSR 位点,为栗属植物品种鉴定和资源评价提供了新工具。随着板栗基因组数据的不断完善和分子生物学技术的进步,研究者逐步开展了板栗关键功能基因的鉴定与克隆研究。杨涌等[43]系统鉴定了板栗及其6 个近缘壳斗科物种的SWEET基因家族,通过深入分析该基因家族的复制模式,为后续利用分子生物学技术改良板栗果实品质提供了重要的理论支撑。该研究不仅揭示了SWEET基因在板栗中的进化特征,还为其在糖分转运和积累过程中的功能研究奠定了基础,对板栗品质改良育种具有重要指导意义。任艳艳等[44]采用同源序列比对方法,从板栗基因组中成功鉴定出60个CmNRT基因家族成员,发现这些基因在外生菌根共生过程中呈现显著上调表达;进一步对CmNRT3基因进行了系统的时空表达分析和功能验证,阐明了该基因在板栗-外生菌根共生体系中的氮素吸收调控机制,为解析菌根促进植物氮素吸收的分子机制提供了重要的试验证据。赵爽等[45]对板栗WRKY转录因子家族进行了系统研究,通过表达谱分析将CmWRKY 基因分为不同表达模式类别,揭示了干旱胁迫条件下CmWRKY 基因的调控网络及其靶基因特征,阐明了该家族基因在板栗抗旱生理过程中的分子调控机制。该研究不仅丰富了植物WRKY基因家族的功能研究,也为板栗抗旱育种提供了理论依据和候选基因资源。

2.2 支撑育种

我国板栗新品种选育工作始于20世纪60年代,经过几十年的发展已取得显著成效。据统计,1979—2019 年全国共培育板栗新品种132 个,主要来源于以下育种途径:实生选种(117 个,占88.6%)、杂交育种(9 个,占6.8%)、芽变选种(5 个,占3.8%)和辐射诱变育种(1个,占0.8%)。从育种单位分布来看,山东省果树研究所(含协作组)以20 个品种位居首位,其次为河北省农林科学院昌黎果树研究所(14个)和云南省林业科学院(9 个)。其他主要育种单位包括:遵化市林业局(7 个)、北京市农林科学院(7个)、烟台市林业科学研究所(7 个)、河北科技师范学院(4 个)、河北农业大学(3 个)、山东农业大学(3个)以及北京市怀柔区板栗试验站(3 个)。这些成果充分体现了我国板栗育种工作已形成以科研院所为主体、多单位协作的创新体系。燕山区域的河北和北京选育的板栗新品种有燕丰、燕昌、燕山红栗等46个,云南选育的新品种有云丰、云腰、云富等9个,湖北选育的新品种有新岳王、沙地油栗、鄂栗1 号等8个,浙江选育的新品种有双季板栗、浙早1号、浙早2号等5个,河南省选育的新品种有确红栗、豫栗王、豫板栗2号、艾思油栗4个。

总体来看,在板栗育种途径上,目前所选育的新品种主要通过实生选种这一途径。由于历史上板栗以实生繁殖为主,至今仍有许多优良变异存在于尚未被有效发掘利用的自然群体中。因此,挖掘并利用板栗的优良变异,将其培育成投资少、周期短、见效快的新品种,仍然是当前板栗品种(良种)的选育方法。但也应认识到,实生选种只是对自然界已有变异资源的充分选择和利用,缺乏能动性和创造性,不能有的放矢地创造变异,培育符合生产和消费需求的新品种。因此,未来仍需持续加强杂交育种、诱变育种、分子辅助育种等多种育种途径的应用,以加大对板栗种质资源的创新和利用。从育种目标来看,目前选育的新品种多侧重于丰产性,兼顾内部和外观品质,少数属于短枝型或矮化型,以及适于加工的品种。未来的育种目标应当在丰产的基础上,更加侧重于品质育种。同时,应重视早、中、晚不同成熟期、适于欧美市场的大粒、抗病虫且适应性强的品种选育,以及砧木育种[15]

2.3 支撑产业提升

目前,中国板栗产业发展中还存在一些问题,主要包括栽培管理技术、产品加工与销售等方面。板栗的栽培管理,总的来说,还比较粗放。在生产过程中,许多栗农重栽疏管,除了简单的修剪外,对施肥、及时灌溉等关键环节以及无公害病虫害防治重视不够,对板栗集约化经营管理的重要性认识不足,导致单产始终偏低。同时,存在栽培品种杂乱、良种规模化程度低等问题,商品化生产水平亟待提升。以燕山地区为例,大专院校、科研单位、基层技术部门选育的新品种已有40 多个,但在生产上应用不多,没能像其他水果那样形成主栽品种与良种的规模化生产。

目前,国内板栗销售仍以内销为主,外销比例很低,外销量一般在3 万~4 万t,占总产量的2.29%,且以亚洲市场为主,欧美市场比例很低。国内市场以糖炒板栗和深加工产品小包装栗仁为主要销售产品,其他深加工产品较少。板栗产品数量、加工企业生产规模与我国板栗栽培面积及产量明显不符,龙头企业带动作用弱,产品加工相对滞后,精深加工产品亟待开发。我国板栗加工的大型龙头企业数量与板栗生产规模相比较少,初加工产品较多,深加工产品较少,加工转化率相对较低。这些问题如果得不到有效解决,必将制约板栗产业的进一步发展。以河北省青龙满族自治县为例,近几年大力发展板栗产业,栽培面积已达到了6.12万 hm2,其中结果面积只有3.33 万 hm2,尚有约2.67 万 hm2即将进入结果期,届时产量必然大幅提升,而本区域内又缺少大型龙头加工企业,产品销售问题必将凸显。

为了更好地发展板栗产业,需要大力推广新品种、新技术,努力实现品种的规模化种植和商品化生产与销售。(1)确定区域主栽品种。目前,虽然选育出的板栗新品种已有130 多个,但由于缺乏对现有新品种系统化的比较试验,板栗作为小乔木具有生产周期长等特点,再加上新品种在适应性方面都有一定的区域性,所以很难像其他水果那样确定出在全国范围内的主栽品种。因此,在各县或更大范围内确定3~6 个新品种作为主栽品种,力求做到品种规模化种植、商品化生产,以提高产品质量,从而提高商品性、竞争性。(2)大力推广新技术,努力提高生产水平和单位面积产量。由于我国板栗的单产水平比较低,所以增产的潜力很大,需努力提高栽培管理水平,提升效益。针对板栗主要在丘陵山区发展以及农村缺乏年轻劳动力的实际情况,要重视省力化高效栽培技术的研究与推广。(3)高度重视产品品牌化建设,努力开创板栗营销的新局面。品牌化的基础是质量,只有实现高质量发展,才能形成有影响力的品牌,而好品牌又会进一步促进发展。因此,必须高度重视板栗生产的质量问题,要努力实现品种的良种化、布局的区域化、生产的标准化、经营的产业化。在此基础上,以区域特色打造特色品牌为抓手,着力实施品牌战略。品牌建设是一项系统工程,其核心是产品质量和创新能力,但需要宏观谋划、综合施力。(4)注重龙头企业建设,发挥龙头企业带动作用。发展大型板栗加工龙头企业,既能使栗果有稳定的销售渠道,有效降低市场风险,又能实现产品附加值的提高,促进板栗产业的可持续发展。同时,还能使板栗企业成为企业发展的中坚力量。目前,存在的问题是板栗粗加工产品多,精深加工产品少,有关研究开发工作还需要进一步加强。加大板栗产业技术研发力度,努力为板栗产业健康持续发展提供科技支撑。因此,相关院校、科研单位要积极围绕板栗产业发展需要,加强板栗产业全产业链的技术研发工作。

3 展 望

3.1 加强板栗种质资源的收集保存

板栗种质资源在经历多次资源普查后在数量和质量上都有了显著的提升,但仍然存在一些不足之处。(1)种质资源的采集范围尚不全面。虽然我国已建立了部分板栗种质资源库,但相对于板栗丰富的自然分布区和悠久的栽培历史,现有种质资源的收集仍不够全面,可能遗漏了部分有特殊价值的野生种质资源或乡土品种。(2)板栗种质资源保存技术有待优化。当前保存方式以实生苗保存为主,但这些保存方式在长期遗传稳定性、保存成本和效率方面存在一定的局限性。(3)资源利用效率不高。资源库中的一些板栗种质资源缺乏有效的利用机制和平台,使这些珍贵的遗传资源在科研价值、社会经济效益等方面没有得到充分发挥。(4)数据共享机制不完善,种质资源信息的数字化管理水平不高。各研究机构之间的数据共享不足,这限制了跨学科、跨领域合作的可能性,不利于资源的快速检索和比较研究。

3.2 加强板栗种质资源的鉴定评估和挖掘利用

目前,板栗种质资源圃在支持鉴定评估和挖掘利用板栗种质资源方面主要包含两个方向。(1)以科研为导向,针对丰富的板栗种质资源,开展板栗分子生物学、细胞生物学、发育生物学等研究,为开发利用板栗资源奠定生物学基础,为板栗育种工作者开展应用基础研究提供资源;(2)面向生产和市场需求,板栗生产上栽植利用的品种资源众多,这些品种性状各异[15],对各品种资源表型性状进行遗传多样性分析和综合评价,有利于不同品种的分类开发利用。积极围绕板栗产业发展需要,推进板栗功能活性成分的提取和新产品开发,加强板栗产业全产业链的技术研发工作。

目前,板栗种质资源鉴定评估工作量较大,正处于起步阶段。工作内容大多集中在植物学特征、生物学特性和农艺性状等方面,对资源的抗逆性研究还比较欠缺,今后的工作重心应更多倾向于精准化鉴定、评价和资源整合。

3.3 健全保存板栗种质资源的技术与共享机制

为优化资源使用效率并促进信息与材料的互通共享,现代信息技术和互联网平台已在果树种质资源管理领域得到广泛应用,具体涵盖种质资源信息评估、优异种质数据库构建、资源数据交互平台以及数字化管理体系的建设[46]。中国从1990 年起逐步构建了国家农作物种质资源数据库[47]。2000 年,进一步开发了作物种质资源信息共享网络[48],并于2003 年正式启动国家级农作物种质资源平台建设项目。目前,该平台已全面建成并投入运行,能够高效支撑育种研究和科研工作,提供优质的种质资源数据及实物材料[49]。追溯发展历程,中国农作物种质资源信息化管理工作始于20 世纪80 年代。1988年,中国成功开发的第一代中国作物种质资源信息系统(CGRIS,https://www.cgris.net/)标志着我国种质资源管理步入规范化、系统化阶段。该系统不仅为农业科研人员提供了种质信息与实物共享服务,促进了农业可持续发展,同时推动了种质资源信息的国际交流与合作[50]。经过多年发展,该系统已经发展成为一个集数据信息、分析工具和咨询服务为一体的在线网络数据库,将前期整合的几十万份农作物种质资源数据开放共享[51]。目前,还需持续开发利用数据库,做好种质资源共享服务。

3.4 加强人才培养及团队建设

为更好地开展板栗种质资源的保存、发掘与利用工作,培育新质生产力[52],必须加强相关领域的人才培养和团队建设,建立多层次人才培养体系。在农林高校开设相关课程,培养具备专业知识和实践技能的人才[53];定期组织在职科研人员和技术骨干参加国内外的专业培训和学术会议,更新知识,提高技术能力;与国际知名科研机构和大学合作,选派优秀人才进行交流学习,引进先进的研究理念和技术方法。同时,组建跨学科团队,包括植物学、遗传学、分子生物学、育种学、农业工程学等多学科背景的科研团队[54],综合多方面的知识和技术优势,推动板栗种质资源研究的深入发展;积极参与国际板栗种质资源研究项目,与国外研究机构联合组建团队,共同开展研究工作,共享研究成果。此外,提供职业发展机会,为板栗种质资源研究提供更多的科研项目和经费支持,鼓励科研人员进行创新性研究。建立科研成果奖励机制,激发科研人员的积极性和创造性。

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Progress of collection, conservation and innovative utilization of chestnut resources in the National Walnut and Chestnut Germplasm Repository(Tai’an)

QIAO Qian, CHU Zhaolong, WANG Gang, LIU Qingzhong, WANG Jiawei*
(Shandong Institute of Pomology, Taian 271000, Shandong, China)

Abstract: Chestnut, a deciduous tree of the genus Castanea in the Fagaceae family, is native to China and has a cultivation history of at least 2500 years.It is an important woody food crop and a long-lived economic fruit tree that can be planted once and harvested for a hundred years.Chestnuts are widely cultivated in China, with a total area of nearly 1.9 million ha and a total output of over 2 million tons.Both the cultivation area and output rank top in the world.As the original home of Chinese chestnuts,China has rich germplasm resources, diverse seedling variations, and great potential for selection.Continuously strengthening the collection and preservation of chestnut germplasm resources will help promote the innovative development and sustainable utilization of Castanea resources.In response to China’s rich chestnut resources, from the mid-1950s to the 1960s, China conducted its first nationwide survey of chestnut germplasm resources, collecting and organizing about 300 local varieties and over 50 superior introduced germplasms.A chestnut germplasm resource collection was established at the Nanjing Botanical Garden of the Chinese Academy of Sciences.Subsequently, many research institutions established their own resource gardens.The Chinese chestnut germplasm resource collection was established in 1980 based on the Original Resources Garden of the Shandong Institute of Pomology.In 1989, after expert review by the Ministry of Agriculture (now the Ministry of Agriculture and Rural Affairs), the National Chestnut and Walnut Germplasm Resource Collction in Tai’an, built by the Shandong Institute of Pomology, was officially approved as a national-level germplasm resource collection and finacially supported by the key science and technology program of the national Seventh Five-Year Plan.Currently, the National Walnut and Chestnut Germplasm Repository (Tai’an) is the main preservation unit for chestnut germplasm resources in China and is also the world’s largest, most complete, and most standardized chestnut germplasm resource collection.504 accesions of chestnut germplasm resources have been collected and preserved by December, 2024, and many, special germplasms have been selected and such as Red Chestnut, Weeping Chestnut, Flowerless Chestnut, Thornless Chestnut, and Short Branch Chestnut, and more than ten multiple high-quality chestnut varieties have been bred such as Songjia Zao, Shifeng, Huafeng, Yanhong, Yanfeng, Hongli No.1, Hongli No.2, Jiujia Zong, Chushu Hong, and Yimeng Short Branch.The basic researches on the origin and evolution of chestnuts, molecular marker-assisted breeding, quality improvement, and disease resistance have contributed to the adjustment of chestnut variety structure and industrial upgrading, playing an important role in rural revitalization and sustainable industrial development.Currently, after multiple resource surveys, the quantity and quality of chestnut germplasm resources have significantly improved, but there are still some deficiencies.For example, the collection range of the germplasm resources is not comprehensive, the preservation mainly relies on seedling preservation and seed preservation, the preservation technology level needs to improve, the utilization of resources is not sufficient, and the data information sharing mechanism is not perfect.In the future, studies on the molecular biology, cell biology and developmental biology of chestnuts, and active functional components of chestnuts and the development of new deeply processed products should be strengthened to satisfy the needs of breeding and industry.

Key words: Chestnut; Germplasm resources; Collection; Conservation; Innovative utilization

中图分类号:S664.2

文献标志码:A

文章编号:1009-9980(2025)11-2602-11

DOI: 10.13925/j.cnki.gsxb.20250123

收稿日期:2025-04-07

接受日期:2025-06-11

基金项目:国家园艺种质资源库(NHGRC2025-NH14)

作者简介:乔谦,助理研究员,博士,主要从事植物资源收集、保护与繁育工作。E-mail:qiaoq404@163.com

*通信作者 Author for correspondence.E-mail:wangjw-sdip@qq.com