Организация Национальной лаборатории по хранению семян в США
С самого начала колонизации Америки интродукция растений существенно содействовала развитию сельского хозяйства в Соединенных Штатах, но до 1898 г. эта работа была плохо организована и на нее редко отпускались средства. Чтобы систематизировать эту работу и придать ей необходимый размах, в 1901 г. в отделе растениеводства была создана секция интродукции семян и растений Однако инвентаризация интродуцированных растений была начата еще в 1892 г., каждая интродукция получила номер. До 1970 г. свыше 350 тыс. интродукций получили номера. К сожалению, не было создано эффективной организации, обеспечивающей сохранность различных коллекций. Семена присылались специалистам отдела растениеводства или научным работникам опытных станций различных штатов, из которых ни одна не имела соответствующего оборудования для хранения семян. Если интродупированные растения не обладали выдающимися свойствами, остатки семян выбрасывали или ссыпали в ящики, где они оставались до тех пор, пока окончательно не теряли жизнеспособность. Подсчитано, что до конца 1940-х годов таким образом было утеряно от 66 до 98% интродукций растений. Такие потери вызывали необходимость повторных интродукций того же материала. Но во многих случаях оказалось невозможным повторно интродуцировать зародышевую плазму, которая могла бы способствовать активизации работ по селекции растений в США. Ученые, наконец, осознали, что сохранению зародышевой плазмы уделялось слишком мало внимания. В 1944 г. Национальный научно-исследовательский совет рекомендовал Министерству сельского хозяйства США создать необходимые условия для хранения ценной зародышевой плазмы. Это предложение поддержали практически все организации, участвующие в работе по селекции растений, но денежные средства для постройки Национальной лаборатории по хранению семян были получены только в 1957 г., и осенью 1958 г. лаборатория была готова. Это было первое учреждение такого типа, оно и поныне остается сооружением, обладающим уникальным оборудованием, дающим возможность хранить семена, как угодно долго. Национальная лаборатория по храпению семян для США находится в Форт Коллинсе (штат Колорадо), расположенном в предгорьях Скалистых гор. Климат этой местности характеризуется умеренными зимами и прохладным летом. Относительная влажность колеблется от очень низкой (5%) в летнее время до 95% в отдельные дни периода ливневых дождей зимой и весной. Атмосферная влажность мало влияет на влажность в замкнутой системе хранилищ, но умеренные температуры позволяют сократить расходы на охлаждение. Лаборатория занимает три этажа. Все холодильные установки и кондиционеры воздуха сосредоточены на первом этаже, административные отделы расположены на втором, хранилища для семян и лаборатории для определения всхожести — на третьем этаже. Помещения для оборудования и хранилища для семян сооружены из особо прочного железобетона и, по общему мнению, способны выдержать атомный взрыв с эпицентром на расстоянии 4,8 км. Окна имеются только в поперечной стене коридора первого этажа около гаража, на фасаде административной части здания и в лаборатории для проращивания семян. В 10 помещений для хранения семян попадают из общего коридора; их вместимость позволяет хранить в самых крупных 42 000 поступлений по 450 г каждое; в каждом из хранилищ, показанных в верхней части рисунка 73, — примерно по 12 000 и в одном малом хранилище — около 4000. Все хранилища могут вместить 180 тыс. образцов по 450 г каждый. В случае необходимости в хранилищах можно разместить во много раз больше образцов, помещая небольшое количество семян в пакеты из фольги. Например, 4—5 г семян табака занимают сейчас в хранилище столько же места, сколько 500 г пшеницы. Если же хранить семена табака в небольших пакетах из фольги, то 20 поступлений займут не больше места, чем одна жестяная коробка. Поступления размещают на нумерованных стальных лотках, а лотки — на нумерованных стальных стеллажах. Опасность пожара практически устранена, исключение составляет изоляционный слой (10 см) пробки, проложенный по периферии комнат. Но пробка защищена слоем штукатурки толщиной 1,25 см. В хранилищах поддерживают температуру около 4° С при средней относительной влажности 32%. Влажность поддерживают на этом уровне методом повторного подогрева: воздух выходит из испарителя с температурой по крайней мере на 12—15° С ниже 4° С, и затем его подогревают до заданных 4° С. Температура 4° С выбрана, как наиболее подходящая для хранения большинства семян. Но три помещения оборудованы таким образом, что в них можно поддерживать температуру —12° С. Для исследовательских целей на первом этаже оборудованы три небольшие камеры искусственного климата. В них можно поддерживать температуру 10, 21 и 32° С, а в камерах, установленных внутри этих помещений, относительная влажность сохраняется на уровне 50, 70 и 90%; таким образом, создается девять климатических аналогов: от условий, преобладающих в северных штатах, до условий, характерных для крайнего юга США. Семена принимаются от всех государственных и общественных учреждений, коммерческих семенных фирм и отдельных лиц, занимающихся селекцией растений или изучением семян. Сразу после поступления определяют жизнеспособность семян и дают им входящие номера. Если всхожесть удовлетворительна, семена помещают в жестяные коробки и переносят в хранилища. Коробки герметически не закрывают, так как из них часто отбирают пробы. При относительной влажности 32% герметизация не требуется. Влажность семян уравновешивают с относительной влажностью 32%, что наряду с температурой 4° С исключает возможность заражения вредителями и грибными болезнями. Каждый образец получает два входящих номера. Один из них порядковый, а вторым зашифрованы названия рода и вида. Если в качестве примера взять семена овса, то первая полученная партия семян будет обозначена А-1, а сотая —А-100. Род Avena обозначают на перфокартах числом 054, а вид sativa — числом 407. В пределах всей системы шифра Avena всегда пробивается в виде числа 054 независимо от вида, a sativa — числом 407 для любого рода, имеющего вид sativa. Лаборатория для испытания всхожести оборудована двумя передвижными аппаратами для проращивания семян, с электронными регуляторами, позволяющими поддерживать температуру в пределах от 15 до 30° С. Шесть дополнительных малых аппаратов для проращивания семян в тех же температурных пределах дают возможность широко развернуть исследовательскую работу. Бели семена приняты на хранение, лаборатория несет ответственность за их дальнейшее состояние. Здесь применяют систему повторных испытаний с пятилетними интервалами, и если за время хранения жизнеспособность семян снизится до 50%, то в соответствии с договорами лаборатория имеет право произвести новое поколение того же генетического состава, что и первоначальный образец. Это исключает хранение гибридов. Однако мы должны пытаться получать инбредных родителей гибридов. Всхожесть семян, относительно быстро теряющих жизнеспособность, проверяют каждые два года. На хранение принимаются любые семена, которые представляют ценность в настоящее время или имеют потенциальную ценность, но обязательно в сопровождении соответствующей документации, которая состоит из описания сортов или селекционных линий или ссылок на печатные работы, в которых можно найти эти описания. Садоводческие или агрономические особенности каждой культуры зашифровывают и заносят на перфокарты для облегчения нахождения материала. Вся документация превращается в конце концов в ленты для обработки на компьютере. Число семян, помещаемое на хранение, определяют в зависимости от сорта и трудности их производства. Для большинства сортов, имеющих название, мы предпочитаем хранить от 5000 до 10000 семян. Это количество семян дает возможность проводить ряд повторных испытаний и удовлетворять заявки, поступающие на семена. Если дело касается генетических материалов, семена которых часто бывает трудно получить в большом количестве, приемлемым считаются 500 семян, и в этом случае сдатчик принимает на себя обязательство в дальнейшем по возможности увеличить это количество. При испытании всхожести таких семян их число в пробе обычно снижают до уровня, обеспечивающего только грубую оценку жизнеспособности. Сразу после того как лаборатория была организована, группа лиц, состоящая из коммерческих селекционеров, семеноводов и представителей рынка, опытной станции и Министерства сельского хозяйства США, разработала и опубликовала ряд принципов, которыми должна была руководствоваться лаборатория в своей работе. Семена, принятые на хранение, становились собственностью государства и подлежали оплате. Единственным исключением из этого правила было положение о том, что сдатчик мог настоять на наложении пятилетнего моратория на распределение семян. Хранению подлежат только семена, причем чистые и с жизнеспособностью выше 60%, а предпочтительнее выше 75%. Семена с низкой жизнеспособностью хранят временно до тех пор, пока взамен них не поступят семена с более высокой жизнеспособностью. В случае поступления крупных коллекций сдатчику посылают протокол всхожести для всей коллекции. При наличии такого протокола он может планировать замену семян для увеличения их количества или в соответствии с программой селекционных работ. Хотя не предполагалось, что лаборатория будет заниматься распределением семян, тем не менее любой научный работник США или их владений может бесплатно получить номинальные количества семян, если их нельзя получить нигде в другом месте. Лаборатория не является агентством по обеспечению научных работников семенами, но сотрудничает с ними, консультируя отдельных лиц по вопросу об источниках семян, хранящихся в лаборатории. Лаборатория не песет ответственности за связи с зарубежными странами. Все поступления семян и запросы на них из зарубежных стран идут через отдел изучения новых культур службы сельскохозяйственных исследований при Министерстве сельского хозяйства США в Белтсвилле (штат Мэриленд). Это не означает, что зарубежные страны не могут пользоваться услугами лаборатории. Мы принимаем от них и посылаем семена зарубежным научным работникам, но только с разрешения отдела изучения новых культур. Лаборатория обязана публиковать списки семян, находящихся на хранении. Такие описки публикуются каждые два года и рассылаются по Соединенным Штатам. Всем научным работникам рекомендуется знакомиться таким образом с имеющимся материалом. Списки разбиты на группы по различным культурам и содержат только перечень семян и фамилии сдатчиков. Последние списки, опубликованные в марте 1970 г., включают 73000 поступлений. Официально признано, что определение ценности зародышевой плазмы, которую лаборатория обязана хранить, сильно варьирует в зависимости от современной коммерческой ценности данной культуры и от оценки ее отдельными научными работниками независимо от их специальности — генетик, садовод, агроном, физиолог или фитопатолог. В соответствии с официальным правительственным заявлением ценную зародышевую плазму содержат многие сорта семян. Наибольшее количество хранящихся семян представляет собой мировые коллекции. Последние состоят из семян зерновых культур, хлопчатника, сои и других масличных семян, сорго и табака. Мировые коллекции хранятся главным образом в качестве резерва на случай, если коллекции, находящиеся в других учреждениях, по непредвиденным обстоятельствам погибнут. Лаборатория не несет ответственности за распределение мировых коллекций. В США имеются четыре региональные станции по интродукции растений, где размножают и оценивают интродуцированные растения. Семена, получаемые на этих станциях, хранят там в долгосрочных хранилищах, и они доступны для научных работников. Когда количество семян на этих станциях превысит их потребность, часть их передают Национальной лаборатории в качестве резерва. Эти интродукции составляют вторую по величине часть нашей коллекции. Большую часть 73000 поступлений, хранящихся в настоящее время, составляет сортовой материал. В него входят вновь выведенные сорта, постепенно исчезающие и уже исчезнувшие. Последние имеют такое же важное значение, как вновь выведенные сорта, так как никогда нельзя быть уверенными в том, что сорт, восприимчивый к определенным доминирующим патогенам, не окажется в будущем устойчивым к новой расе. История сельскохозяйственных культур в США показала правильность этого положения. И, действительно, мы часто получаем требования на семена сортов, которые 30 или 40 лет назад исчезли из сельскохозяйственной практики. Перекрестлоопыляемые сорта полевых и садовых культур быстро вытесняются гибридами. Перекрестноопыляемый материал важно сохранить, чтобы иметь широкую основу для выведения инбредных линий. Иябредиые линии независимо от того, используются они в настоящее время или нет, в свою очередь, считаются ценной зародышевой плазмой, и все имеющиеся линии подлежат хранению. Другая ценная зародышевая плазма, которая хранится в ограниченных количествах, включает определенные генетические линии, не имеющие промышленной ценности, но представляющие значительный научный интерес. Классическим примером материала этого типа является коллекция Datura, собранная Блэксли. Одна ценная интродукция может спасти целую отрасль сельскохозяйственного производства, а выгоды, полученные от одной интродукции, по-видимому, могут оправдать постройку хранилища и его содержание в течение многих лет.
Организация Национальной лаборатории по хранению семян для генетических ресурсов в Японии
Национальная лаборатория по хранению семян для генетических ресурсов была организована в отделе генетики отделения физиологии и генетики Национального института сельскохозяйственных наук в Хиратсужа (Канагава, Япония) в 1966 г. Город Хиратсука расположен в 60 км юго-западнее Токио. Эта лаборатория является главным учреждением Проекта генетических ресурсов культурных растений при Министерстве сельского хозяйства и лесоводства, постройка ее была начата в 1965 г. Таким образом, лаборатория является частью института, но работает под наблюдением Научно-исследовательского совета по сельскому хозяйству, лесоводству и рыболовству Министерства сельского хозяйства и лесоводства. До создания этой лаборатории долговременным хранением и распределением генетических ресурсов занимались отдельные селекционеры или генетики. Но в настоящее время не только повысился спрос на генетические ресурсы, но и предъявляемые к ним требования стали очень строгими вследствие быстрого развития селекции и генетики, поэтому потребовалось создать специальную организацию. Лаборатория стала центром хранения семян и распределения генетических ресурсов для всей Японии. Первая и основная задача лаборатории — сохранять генетические ресурсы для будущего использования в селекционных и генетических исследованиях; вторая задача—сбор и хранение больших количеств соответствующим образом описанного генетического материала различных типов для работ селекционеров и генетиков и третья — предупреждение потери ценных генетических ресурсов. К концу марта 1970 г. на хранение был принят 12991 образец 61 вида, в том числе 10321 образец 12 видов продовольственных культур, 1192 образца 31 вида садовых культур, 1299 образцов 6 видов технических и 179 образцов 12 видов кормовых культур, причем число образцов неуклонно возрастает. За последние три года 3782 образца семян были использованы для селекционных и генетических исследований.
До разработки способов долговременного хранения семян выполнять указанные выше функции Центра генетических исследований было чрезвычайно трудно, поскольку, выращивая семена в поле, нельзя было исключить действие естественного отбора. Благодаря развитию промышленности, выпускающей кондиционеры воздуха и холодильные установки, долговременное хранение семян стало достаточно несложным, приобрело популярность и является теперь основным методом сохранения растительных материалов для генетических ресурсов. На Объединенной конференции ФАО/МБП по растительным генетическим ресурсам, проходившей в Риме, Харрингтон указал, что «семена многих растений, вероятно, можно хранить в течение сотен лет, если условия хранения будут идеальными». «Идеальные условия хранения, — продолжал он, — для семян большинства видов включают относительную влажность около 15%, возможно более низкую температуру ((предпочтительно температуру глубокого замораживания —20°С или ниже), атмосферу с низким содержанием кислорода и высоким углекислого газа, отсутствие света и хранилище или контейнер, сводящие до минимума радиационные повреждения». В указанных выше идеальных условиях влажность семян составляет около 4—6%. Роберте изучал зависимость между долговечностью семян и условиями хранения и пришел к выводу, что температура хранения и влажность семян являются самыми важными факторами, влияющими на их долговечность. Мы применили эмпирические уравнения, которые он использовал для описания этих зависимостей, в сочетании с константами жизнеспособности, опубликованными им для риса, для вычисления периодов, в течение которых способность к прорастанию не опускалась ниже 90%. Таблицы, основанные на этих показателях (которые можно составить на основании номограмм для риса), хорошо согласовались с нашими результатами, полученными на практике в различных условиях, начиная с 1956 г.
Специфические особенности метода хранения
Методы хранения семян, применяемые в лаборатории, имеют следующие три особенности: во первых, применение двухступенчатой системы хранения семян; во-вторых, использование помещения с низкой влажностью для сушки и упаковки семян перед закладкой их на хранение; в-третьих, применение специальных типов влагонепроницаемых контейнеров для распределения и хранения семян. Основной задачей хранения семян в лаборатории является сохранение генетической структуры семян, присущей им в момент поступления в лабораторию. Лучшим способом сохранения генетической структуры материала является закладка на хранение сразу достаточно большого количества семян, тщательное перемешивание и поддержание их жизнеспособности в течение долгого времени. Для практических целей этот способ неприменим без некоторых модификаций, так как емкость хранилищ ограничена, но почти такого же эффекта можно добиться, если число поколений хранящихся семян довести до минимума. Эффективным способом избежать нежелательного увеличения числа поколений является принятие двухступенчатой системы хранения семян. В лаборатории хранятся два образца семян: один служит для размножения хранящихся семян, второй — для распределения. В хранилищах для семян, предназначенных для размножения, созданы лучшие условия хранения, чем в хранилищах для семян, подлежащих распределению. Когда лаборатория получает требования на присылку семян, селекционеру или генетику передается образец из контейнера, содержащего семена для распределения. Такая практика существует до тех пор, пока запас семян для распределения не будет почти полностью исчерпан или высокая жизнеспособность семян не начнет снижаться. Тогда из контейнера с семенами, предназначенными для размножения, отбирают некоторое количество семян, и лаборатория просит селекционера или генетика размножить их в том экологическом районе, где они были получены. Размноженные семена хранятся для дальнейшего распределения. Такие циклы повторяют до тех пор, пока почти не истощится весь запас семян, предназначенных для размножения, или не снизится их жизнеспособность. Таким образом, число поколений, через которые проходят семена до распределения, доводится до минимума, и соответственно предупреждаются нежелательные изменения, связанные с хранением различных линий семян. Когда запас семян оказывается почти исчерпанным или их жизнеспособность начинает снижаться, свежие семена, полученные путем размножения, используют не только для пополнения распределенного материала, но и в качестве материала для дальнейшего размножения.
С самого начала колонизации Америки интродукция растений существенно содействовала развитию сельского хозяйства в Соединенных Штатах, но до 1898 г. эта работа была плохо организована и на нее редко отпускались средства. Чтобы систематизировать эту работу и придать ей необходимый размах, в 1901 г. в отделе растениеводства была создана секция интродукции семян и растений Однако инвентаризация интродуцированных растений была начата еще в 1892 г., каждая интродукция получила номер. До 1970 г. свыше 350 тыс. интродукций получили номера. К сожалению, не было создано эффективной организации, обеспечивающей сохранность различных коллекций. Семена присылались специалистам отдела растениеводства или научным работникам опытных станций различных штатов, из которых ни одна не имела соответствующего оборудования для хранения семян. Если интродупированные растения не обладали выдающимися свойствами, остатки семян выбрасывали или ссыпали в ящики, где они оставались до тех пор, пока окончательно не теряли жизнеспособность. Подсчитано, что до конца 1940-х годов таким образом было утеряно от 66 до 98% интродукций растений. Такие потери вызывали необходимость повторных интродукций того же материала. Но во многих случаях оказалось невозможным повторно интродуцировать зародышевую плазму, которая могла бы способствовать активизации работ по селекции растений в США. Ученые, наконец, осознали, что сохранению зародышевой плазмы уделялось слишком мало внимания. В 1944 г. Национальный научно-исследовательский совет рекомендовал Министерству сельского хозяйства США создать необходимые условия для хранения ценной зародышевой плазмы. Это предложение поддержали практически все организации, участвующие в работе по селекции растений, но денежные средства для постройки Национальной лаборатории по хранению семян были получены только в 1957 г., и осенью 1958 г. лаборатория была готова. Это было первое учреждение такого типа, оно и поныне остается сооружением, обладающим уникальным оборудованием, дающим возможность хранить семена, как угодно долго. Национальная лаборатория по храпению семян для США находится в Форт Коллинсе (штат Колорадо), расположенном в предгорьях Скалистых гор. Климат этой местности характеризуется умеренными зимами и прохладным летом. Относительная влажность колеблется от очень низкой (5%) в летнее время до 95% в отдельные дни периода ливневых дождей зимой и весной. Атмосферная влажность мало влияет на влажность в замкнутой системе хранилищ, но умеренные температуры позволяют сократить расходы на охлаждение. Лаборатория занимает три этажа. Все холодильные установки и кондиционеры воздуха сосредоточены на первом этаже, административные отделы расположены на втором, хранилища для семян и лаборатории для определения всхожести — на третьем этаже. Помещения для оборудования и хранилища для семян сооружены из особо прочного железобетона и, по общему мнению, способны выдержать атомный взрыв с эпицентром на расстоянии 4,8 км. Окна имеются только в поперечной стене коридора первого этажа около гаража, на фасаде административной части здания и в лаборатории для проращивания семян. В 10 помещений для хранения семян попадают из общего коридора; их вместимость позволяет хранить в самых крупных 42 000 поступлений по 450 г каждое; в каждом из хранилищ, показанных в верхней части рисунка 73, — примерно по 12 000 и в одном малом хранилище — около 4000. Все хранилища могут вместить 180 тыс. образцов по 450 г каждый. В случае необходимости в хранилищах можно разместить во много раз больше образцов, помещая небольшое количество семян в пакеты из фольги. Например, 4—5 г семян табака занимают сейчас в хранилище столько же места, сколько 500 г пшеницы. Если же хранить семена табака в небольших пакетах из фольги, то 20 поступлений займут не больше места, чем одна жестяная коробка. Поступления размещают на нумерованных стальных лотках, а лотки — на нумерованных стальных стеллажах. Опасность пожара практически устранена, исключение составляет изоляционный слой (10 см) пробки, проложенный по периферии комнат. Но пробка защищена слоем штукатурки толщиной 1,25 см. В хранилищах поддерживают температуру около 4° С при средней относительной влажности 32%. Влажность поддерживают на этом уровне методом повторного подогрева: воздух выходит из испарителя с температурой по крайней мере на 12—15° С ниже 4° С, и затем его подогревают до заданных 4° С. Температура 4° С выбрана, как наиболее подходящая для хранения большинства семян. Но три помещения оборудованы таким образом, что в них можно поддерживать температуру —12° С. Для исследовательских целей на первом этаже оборудованы три небольшие камеры искусственного климата. В них можно поддерживать температуру 10, 21 и 32° С, а в камерах, установленных внутри этих помещений, относительная влажность сохраняется на уровне 50, 70 и 90%; таким образом, создается девять климатических аналогов: от условий, преобладающих в северных штатах, до условий, характерных для крайнего юга США. Семена принимаются от всех государственных и общественных учреждений, коммерческих семенных фирм и отдельных лиц, занимающихся селекцией растений или изучением семян. Сразу после поступления определяют жизнеспособность семян и дают им входящие номера. Если всхожесть удовлетворительна, семена помещают в жестяные коробки и переносят в хранилища. Коробки герметически не закрывают, так как из них часто отбирают пробы. При относительной влажности 32% герметизация не требуется. Влажность семян уравновешивают с относительной влажностью 32%, что наряду с температурой 4° С исключает возможность заражения вредителями и грибными болезнями. Каждый образец получает два входящих номера. Один из них порядковый, а вторым зашифрованы названия рода и вида. Если в качестве примера взять семена овса, то первая полученная партия семян будет обозначена А-1, а сотая —А-100. Род Avena обозначают на перфокартах числом 054, а вид sativa — числом 407. В пределах всей системы шифра Avena всегда пробивается в виде числа 054 независимо от вида, a sativa — числом 407 для любого рода, имеющего вид sativa. Лаборатория для испытания всхожести оборудована двумя передвижными аппаратами для проращивания семян, с электронными регуляторами, позволяющими поддерживать температуру в пределах от 15 до 30° С. Шесть дополнительных малых аппаратов для проращивания семян в тех же температурных пределах дают возможность широко развернуть исследовательскую работу. Бели семена приняты на хранение, лаборатория несет ответственность за их дальнейшее состояние. Здесь применяют систему повторных испытаний с пятилетними интервалами, и если за время хранения жизнеспособность семян снизится до 50%, то в соответствии с договорами лаборатория имеет право произвести новое поколение того же генетического состава, что и первоначальный образец. Это исключает хранение гибридов. Однако мы должны пытаться получать инбредных родителей гибридов. Всхожесть семян, относительно быстро теряющих жизнеспособность, проверяют каждые два года. На хранение принимаются любые семена, которые представляют ценность в настоящее время или имеют потенциальную ценность, но обязательно в сопровождении соответствующей документации, которая состоит из описания сортов или селекционных линий или ссылок на печатные работы, в которых можно найти эти описания. Садоводческие или агрономические особенности каждой культуры зашифровывают и заносят на перфокарты для облегчения нахождения материала. Вся документация превращается в конце концов в ленты для обработки на компьютере. Число семян, помещаемое на хранение, определяют в зависимости от сорта и трудности их производства. Для большинства сортов, имеющих название, мы предпочитаем хранить от 5000 до 10000 семян. Это количество семян дает возможность проводить ряд повторных испытаний и удовлетворять заявки, поступающие на семена. Если дело касается генетических материалов, семена которых часто бывает трудно получить в большом количестве, приемлемым считаются 500 семян, и в этом случае сдатчик принимает на себя обязательство в дальнейшем по возможности увеличить это количество. При испытании всхожести таких семян их число в пробе обычно снижают до уровня, обеспечивающего только грубую оценку жизнеспособности. Сразу после того как лаборатория была организована, группа лиц, состоящая из коммерческих селекционеров, семеноводов и представителей рынка, опытной станции и Министерства сельского хозяйства США, разработала и опубликовала ряд принципов, которыми должна была руководствоваться лаборатория в своей работе. Семена, принятые на хранение, становились собственностью государства и подлежали оплате. Единственным исключением из этого правила было положение о том, что сдатчик мог настоять на наложении пятилетнего моратория на распределение семян. Хранению подлежат только семена, причем чистые и с жизнеспособностью выше 60%, а предпочтительнее выше 75%. Семена с низкой жизнеспособностью хранят временно до тех пор, пока взамен них не поступят семена с более высокой жизнеспособностью. В случае поступления крупных коллекций сдатчику посылают протокол всхожести для всей коллекции. При наличии такого протокола он может планировать замену семян для увеличения их количества или в соответствии с программой селекционных работ. Хотя не предполагалось, что лаборатория будет заниматься распределением семян, тем не менее любой научный работник США или их владений может бесплатно получить номинальные количества семян, если их нельзя получить нигде в другом месте. Лаборатория не является агентством по обеспечению научных работников семенами, но сотрудничает с ними, консультируя отдельных лиц по вопросу об источниках семян, хранящихся в лаборатории. Лаборатория не песет ответственности за связи с зарубежными странами. Все поступления семян и запросы на них из зарубежных стран идут через отдел изучения новых культур службы сельскохозяйственных исследований при Министерстве сельского хозяйства США в Белтсвилле (штат Мэриленд). Это не означает, что зарубежные страны не могут пользоваться услугами лаборатории. Мы принимаем от них и посылаем семена зарубежным научным работникам, но только с разрешения отдела изучения новых культур. Лаборатория обязана публиковать списки семян, находящихся на хранении. Такие описки публикуются каждые два года и рассылаются по Соединенным Штатам. Всем научным работникам рекомендуется знакомиться таким образом с имеющимся материалом. Списки разбиты на группы по различным культурам и содержат только перечень семян и фамилии сдатчиков. Последние списки, опубликованные в марте 1970 г., включают 73000 поступлений. Официально признано, что определение ценности зародышевой плазмы, которую лаборатория обязана хранить, сильно варьирует в зависимости от современной коммерческой ценности данной культуры и от оценки ее отдельными научными работниками независимо от их специальности — генетик, садовод, агроном, физиолог или фитопатолог. В соответствии с официальным правительственным заявлением ценную зародышевую плазму содержат многие сорта семян. Наибольшее количество хранящихся семян представляет собой мировые коллекции. Последние состоят из семян зерновых культур, хлопчатника, сои и других масличных семян, сорго и табака. Мировые коллекции хранятся главным образом в качестве резерва на случай, если коллекции, находящиеся в других учреждениях, по непредвиденным обстоятельствам погибнут. Лаборатория не несет ответственности за распределение мировых коллекций. В США имеются четыре региональные станции по интродукции растений, где размножают и оценивают интродуцированные растения. Семена, получаемые на этих станциях, хранят там в долгосрочных хранилищах, и они доступны для научных работников. Когда количество семян на этих станциях превысит их потребность, часть их передают Национальной лаборатории в качестве резерва. Эти интродукции составляют вторую по величине часть нашей коллекции. Большую часть 73000 поступлений, хранящихся в настоящее время, составляет сортовой материал. В него входят вновь выведенные сорта, постепенно исчезающие и уже исчезнувшие. Последние имеют такое же важное значение, как вновь выведенные сорта, так как никогда нельзя быть уверенными в том, что сорт, восприимчивый к определенным доминирующим патогенам, не окажется в будущем устойчивым к новой расе. История сельскохозяйственных культур в США показала правильность этого положения. И, действительно, мы часто получаем требования на семена сортов, которые 30 или 40 лет назад исчезли из сельскохозяйственной практики. Перекрестлоопыляемые сорта полевых и садовых культур быстро вытесняются гибридами. Перекрестноопыляемый материал важно сохранить, чтобы иметь широкую основу для выведения инбредных линий. Иябредиые линии независимо от того, используются они в настоящее время или нет, в свою очередь, считаются ценной зародышевой плазмой, и все имеющиеся линии подлежат хранению. Другая ценная зародышевая плазма, которая хранится в ограниченных количествах, включает определенные генетические линии, не имеющие промышленной ценности, но представляющие значительный научный интерес. Классическим примером материала этого типа является коллекция Datura, собранная Блэксли. Одна ценная интродукция может спасти целую отрасль сельскохозяйственного производства, а выгоды, полученные от одной интродукции, по-видимому, могут оправдать постройку хранилища и его содержание в течение многих лет.
Организация Национальной лаборатории по хранению семян для генетических ресурсов в Японии
Национальная лаборатория по хранению семян для генетических ресурсов была организована в отделе генетики отделения физиологии и генетики Национального института сельскохозяйственных наук в Хиратсужа (Канагава, Япония) в 1966 г. Город Хиратсука расположен в 60 км юго-западнее Токио. Эта лаборатория является главным учреждением Проекта генетических ресурсов культурных растений при Министерстве сельского хозяйства и лесоводства, постройка ее была начата в 1965 г. Таким образом, лаборатория является частью института, но работает под наблюдением Научно-исследовательского совета по сельскому хозяйству, лесоводству и рыболовству Министерства сельского хозяйства и лесоводства. До создания этой лаборатории долговременным хранением и распределением генетических ресурсов занимались отдельные селекционеры или генетики. Но в настоящее время не только повысился спрос на генетические ресурсы, но и предъявляемые к ним требования стали очень строгими вследствие быстрого развития селекции и генетики, поэтому потребовалось создать специальную организацию. Лаборатория стала центром хранения семян и распределения генетических ресурсов для всей Японии. Первая и основная задача лаборатории — сохранять генетические ресурсы для будущего использования в селекционных и генетических исследованиях; вторая задача—сбор и хранение больших количеств соответствующим образом описанного генетического материала различных типов для работ селекционеров и генетиков и третья — предупреждение потери ценных генетических ресурсов. К концу марта 1970 г. на хранение был принят 12991 образец 61 вида, в том числе 10321 образец 12 видов продовольственных культур, 1192 образца 31 вида садовых культур, 1299 образцов 6 видов технических и 179 образцов 12 видов кормовых культур, причем число образцов неуклонно возрастает. За последние три года 3782 образца семян были использованы для селекционных и генетических исследований.
Правила долговременного хранения семян
До разработки способов долговременного хранения семян выполнять указанные выше функции Центра генетических исследований было чрезвычайно трудно, поскольку, выращивая семена в поле, нельзя было исключить действие естественного отбора. Благодаря развитию промышленности, выпускающей кондиционеры воздуха и холодильные установки, долговременное хранение семян стало достаточно несложным, приобрело популярность и является теперь основным методом сохранения растительных материалов для генетических ресурсов. На Объединенной конференции ФАО/МБП по растительным генетическим ресурсам, проходившей в Риме, Харрингтон указал, что «семена многих растений, вероятно, можно хранить в течение сотен лет, если условия хранения будут идеальными». «Идеальные условия хранения, — продолжал он, — для семян большинства видов включают относительную влажность около 15%, возможно более низкую температуру ((предпочтительно температуру глубокого замораживания —20°С или ниже), атмосферу с низким содержанием кислорода и высоким углекислого газа, отсутствие света и хранилище или контейнер, сводящие до минимума радиационные повреждения». В указанных выше идеальных условиях влажность семян составляет около 4—6%. Роберте изучал зависимость между долговечностью семян и условиями хранения и пришел к выводу, что температура хранения и влажность семян являются самыми важными факторами, влияющими на их долговечность. Мы применили эмпирические уравнения, которые он использовал для описания этих зависимостей, в сочетании с константами жизнеспособности, опубликованными им для риса, для вычисления периодов, в течение которых способность к прорастанию не опускалась ниже 90%. Таблицы, основанные на этих показателях (которые можно составить на основании номограмм для риса), хорошо согласовались с нашими результатами, полученными на практике в различных условиях, начиная с 1956 г.
Специфические особенности метода хранения
Методы хранения семян, применяемые в лаборатории, имеют следующие три особенности: во первых, применение двухступенчатой системы хранения семян; во-вторых, использование помещения с низкой влажностью для сушки и упаковки семян перед закладкой их на хранение; в-третьих, применение специальных типов влагонепроницаемых контейнеров для распределения и хранения семян. Основной задачей хранения семян в лаборатории является сохранение генетической структуры семян, присущей им в момент поступления в лабораторию. Лучшим способом сохранения генетической структуры материала является закладка на хранение сразу достаточно большого количества семян, тщательное перемешивание и поддержание их жизнеспособности в течение долгого времени. Для практических целей этот способ неприменим без некоторых модификаций, так как емкость хранилищ ограничена, но почти такого же эффекта можно добиться, если число поколений хранящихся семян довести до минимума. Эффективным способом избежать нежелательного увеличения числа поколений является принятие двухступенчатой системы хранения семян. В лаборатории хранятся два образца семян: один служит для размножения хранящихся семян, второй — для распределения. В хранилищах для семян, предназначенных для размножения, созданы лучшие условия хранения, чем в хранилищах для семян, подлежащих распределению. Когда лаборатория получает требования на присылку семян, селекционеру или генетику передается образец из контейнера, содержащего семена для распределения. Такая практика существует до тех пор, пока запас семян для распределения не будет почти полностью исчерпан или высокая жизнеспособность семян не начнет снижаться. Тогда из контейнера с семенами, предназначенными для размножения, отбирают некоторое количество семян, и лаборатория просит селекционера или генетика размножить их в том экологическом районе, где они были получены. Размноженные семена хранятся для дальнейшего распределения. Такие циклы повторяют до тех пор, пока почти не истощится весь запас семян, предназначенных для размножения, или не снизится их жизнеспособность. Таким образом, число поколений, через которые проходят семена до распределения, доводится до минимума, и соответственно предупреждаются нежелательные изменения, связанные с хранением различных линий семян. Когда запас семян оказывается почти исчерпанным или их жизнеспособность начинает снижаться, свежие семена, полученные путем размножения, используют не только для пополнения распределенного материала, но и в качестве материала для дальнейшего размножения.
