植物、作物種質(zhì)資源庫數(shù)據(jù)采集-多光譜和計算機斷層掃描系統(tǒng)

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

植物離體庫

 種質(zhì)資源庫包括“五庫”——種子庫、離體庫、DNA庫、微生物庫、動物庫和“一圃”——種質(zhì)資源圃，收集保存野生動植物和微生物種質(zhì)資源，重點收集瀕危、特有、有重要經(jīng)濟價值和科學價值的物種。

 經(jīng)過10余年建設(shè)，中國西南野生生物種質(zhì)資源庫保存的野生植物種子已達10048種，突破萬種大關(guān)，提前實現(xiàn)了保存野生植物種子1萬種的長期目標比2014年有了大幅度提升。而截至2014年年底，中國西南野生生物種質(zhì)資源庫已收集保存包括植物種子、植物離體材料、DNA、動物細胞系、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，對一批處于極度瀕危的種質(zhì)資源進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)，對其種子繁殖、超低溫保存和離體保存技術(shù)等方面進行研究，成功實現(xiàn)了長期保存目的。

 我國已知的高等植物有3萬多種。中國西南野生生物種質(zhì)資源庫是我國野生生物種質(zhì)資源庫，也是亞洲較大的野生生物種質(zhì)資源收集、保藏機構(gòu)。

 該庫按照國際標準對我國重要野生生物種質(zhì)資源進行了搶救性采集和保藏，重點收集、保存珍稀瀕危物種、中國特有物種和具有重要經(jīng)濟價值的野生物種，已保存野生植物種子80105份、10048種，占我國種子植物總數(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)、抗病（蟲），抗逆新品種的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類社會生存與發(fā)展的戰(zhàn)略性資源；是提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，維系國家食物安全的重要保證；是我國農(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，用之不竭的基因來源。保護、研究和利用好作物種質(zhì)資源是我國農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新和增強國力的需要，是爭取國際市場參加國際競爭的需要。

 中國作物種質(zhì)資源信息系統(tǒng)的建立，對發(fā)展我國農(nóng)業(yè)科學具有較高的實用價值和理論意義，可以實現(xiàn)國家對作物資源信息的集中管理，克服資源數(shù)據(jù)的個人或單位占有，互相保密封鎖的狀態(tài)，使分散在全國各地的種質(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和持續(xù)利用提供了重要依據(jù),使我國作物種質(zhì)信息管理達到世界先進水平。

 通過國家“七五”、“八五”、“九五”科技攻關(guān)，我國已建成了擁有200種作物(隸屬78個科、256個屬、810個種或亞種)、41萬份種質(zhì)信息、2400萬個數(shù)據(jù)項值、4000兆字節(jié)的中國作物種質(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,包括國家種質(zhì)庫管理和動態(tài)監(jiān)測、青海國家復份庫管理、32個國家多年生和野生近緣植物種質(zhì)圃管理、中期庫管理和種子繁種分發(fā)、農(nóng)作物種質(zhì)基本情況和特性評價鑒定、優(yōu)異資源綜合評價、國內(nèi)外種質(zhì)交換、品種區(qū)試和審定、指紋圖譜管理等9個子系統(tǒng)，700多個數(shù)據(jù)庫，130萬條記錄。

 中國作物種質(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、繁種、更新、分發(fā)、鑒定、評價和利用數(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)導部門提供作物資源保護和持續(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,為社會公眾提供作物品種及生物多樣性方面的科普信息。

 中國作物種質(zhì)資源信息系統(tǒng)的主要用戶包括決策部門、新品種保護和品種審定機構(gòu)、種質(zhì)資源和生物技術(shù)研究人員、育種家、種質(zhì)庫管理、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)。

 中國農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)采集是在國家統(tǒng)一規(guī)劃下，有組織的在全國范圍內(nèi)進行的。鑒定的項目是依其重要性，經(jīng)專家評審后確定的。鑒定的方法和技術(shù)是在對國內(nèi)外多種鑒定方法對比分析的基礎(chǔ)上，征求國內(nèi)有關(guān)專家意見而統(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)資源庫建設(shè)中種子測量（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計算機斷層掃描成像系統(tǒng)可用于種質(zhì)資源庫建設(shè)、種子資源庫建設(shè)，測量種子顏色、形態(tài)、生理、活力以及種子內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)等等各個指標。目前已經(jīng)被國際種子檢驗協(xié)會所大力推薦，廣泛應用于世界末日種子庫等機構(gòu)。

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

 VideometerLab間接測量或計算：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。

應用實例

 T. T. Chang Genetic Resources Center擁有超過 100000 序列的水稻。對每個序列而言，都有一小批采集的最原始材料，存儲在基因庫中 。每次將該序列的種子再次繁育來替換種子庫存，需要將新收獲種子與種子檔案進行比較以確保表型匹配。該對比工作由經(jīng)驗極豐富的基因庫人員進行。近年來，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)助基因庫人員確保種子表型在更替換代時的穩(wěn)定�，F(xiàn)研究工作已經(jīng)擴展到更大數(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)過計算并進一步利用機器學習算法處理。特征選擇用于鑒別特征集并獲取單個特征和特定特征子集的通用描述信息。該技術(shù)可用于基因庫領(lǐng)域，來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)有序列批次與新進入材料進行比較，避免不必要重復。

Frauhofer計算機斷層掃描系統(tǒng)

 Frauhofer計算機斷層掃描技術(shù)可用于種子質(zhì)量控制以及種子檢測標準確立，該系統(tǒng)能檢測細微的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（種皮、外殼、胚芽、空腔）。對每一粒種子檢測，都需要復雜的處理流程。檢測的目的是為了保證其不變高品質(zhì)。盡管有各種實驗方法可以選擇，但是在種子檢測方面，X射線仍是比較可靠的方法，通過影響處理系統(tǒng)，CT設(shè)備可檢測到每一粒種子。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，對植物材料的研究已經(jīng)從種子擴展到植物根、莖、果實等領(lǐng)域，走在CT植物表型研究的最前列。計算機斷層掃描系統(tǒng)分為便攜式、臺式、落地式以及高通量等型號。臺式高精度計算斷層掃描系統(tǒng)的精度可達2um，可顯示植物種子的細微結(jié)構(gòu)如縫隙、損傷、缺陷等等。其中一款自動化系統(tǒng)，種子無需單獨分開，軟件可將每粒種子從混合種子中分離，從而簡化了樣品制備，能在一次實驗中實現(xiàn)大量種子檢測。此外，也可實現(xiàn)自動機械臂取料，托盤內(nèi)科放置多個小盒。操作界面簡單，校準或系統(tǒng)射線管溫度控制均為獨立。該設(shè)備可實現(xiàn)對種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、清晰成像，幾何分辨率約為50um。

 北京博普特科技有限公司是丹麥Videometer公司和德國Frauhofer研究院系列CT斷層掃描系統(tǒng)中國區(qū)總代理，全面負責其系列產(chǎn)品在中國市場的推廣、銷售和售后服務。