遺傳資源保育的原理

摘要 　

　　人類需要保存自然資源以因應人口的迅速增加，植物種原對人類福祉亦具關鍵性的影響。自農業開始以來，植物種原就不斷的減少。近來植物的育種加速了作物種原的侵蝕。農民採用F1雜種，半矮稈小麥和半矮稈水稻，更進一步減縮了主要糧食作物的遺傳基礎。保存主要糧食作物的現存遺傳資源，以及恢復遺傳歧異度，對於養活這世界上尤其是開發中國家持續增加的人口而言是非常迫切的。

 　　經由追溯保存作物種原的演變歷史，成功的收集與引種可獲得擴大遺傳資源範圍之成果。第二次世界大戰之後，未改良的地方品種被大規模取代，引起了作物學家的關注。有關會議曾提出了某些遺傳保存的合理步驟。自1960年代以來，所有國際農業研究中心(IARCs)，包括國際遺傳資源委員會(IBPGR)，就分擔負起糧食作物有系統的收集、保存、評鑑、分贈及利用等主要責任。

　　本文綜述了遺傳資源的範圍、此範圍內不同部份的用途、保育目標、保育體系，以及作物種原保育利用之策略均加以討論。 索引述詞：植物遺傳資源(plant genetic resources, PGR)，作物種原(crop germplasm)或遺傳資源(genetic resources)，遺傳質的保育(genetic conservation)，植物探索(plant exploration)，植物引種(plant introduction)，遺傳質的流失(genetic erosion)，田間收集(field collection)，基因庫(gene banks)，全套材料(base collection)，常用材料(active collection)，遺傳資源的類別(spectrum of genetic resources)，原有地方品種(land races)，野生種(wild species)，雜草型種(weed races)，保育策略(conservation strategy)，保育體系(conservation systems)。

保育的重要性和保存範圍 　

引言

　　保育的廣泛定義為：「人類利用對生物圈(亦即：全部生物)的管理，使其能給予當代人最大持久的利益，同時維持它的潛力以滿足後代的需要和期望」 (IUCN-UNEP-WWF, 1980)。因此保育包括貯藏、持續利用、提昇以及復育，而其發展應維持人類經濟利益的生態系統，並應有完善的管理相互結合(Holdgate, 1978; Prescott-Allen和Prescott-Allen,1982)。 1962年美國女作家Rachel Carson撰寫了「寂靜的春天」(Silent Spring)一書，其後1970年又續著了「寂靜的春天以來」(Since Silent Spring)，這激起了許多美國大眾對生物保存的了解與關注。這兩本書及過去20年來其他的出版品，使人類普遍意識到：人類在利用自然環境過程中，若有濫用可能導致自然資源繼續毀壞，反之，則可使自然資源得以保存或提昇，此種情勢在日益擴大中。

　　世界正面臨著社會、經濟及政治的抉擇，無論國內或是國際上，都非常需要調整人們的取決與行動，使其合理化，這些抉擇將影響人類未來的福祉。

從植物中取得更多糧食的需要

　　植物提供了地球上所有生命的基礎。世界上高等植物中，已發現大約有240,000種的開花植物，其中多達50,000個熱帶品種將會受到威脅，將在本世紀末逐漸減少或滅絕(Raven, 1976)。

　　至少有3,000個植物生物種(species)被用做食物，現在的主要糧食作物已減少到15個物種(Mangelsdorf, 1966)。當今，每年僅有30種作物生產超過一千萬噸。其中七種作物--小麥、稻米、玉米、馬鈴薯、大麥、甘藷和樹薯目前被廣泛種植，每種作物的年總產量超過一億噸。若以可食用的乾物質來表示，12種主要作物是小麥、玉米、稻米、大麥、馬鈴薯、大豆、甘蔗、黍類(高粱)、甘藷、燕麥、粟和樹薯(Harlan 和Starks, 1980)，其中稻米、小麥與玉米佔全世界人口熱量供給來源的60％以上(FAO, 1990)。

　　這些作物的來源都是野生種，經歷了馴化，選拔，傳播，突變，雜交和分離-選拔循環。毫無疑問地重複的基因滲入(introgression)在若干主要禾穀類作物的進化過程中起了重要作用，並豐富了它的基因團(gene pools)(Harlan, 1961, 1965, 1975a, 1976b; Chang, 1976a, 1976b)。 從1980年代以來科學家們格外著重種原之必要，亦從歷史、地理與經濟多方面分析，更了解不同地區與國家間在早年的交換與利用，使各國受惠，無法獨佔其利，因此相互受惠與依賴(interdependence)漸為學界人士之共識(見Kloppenbarg 1988a, b)，甚至推測下一世紀將為「種子戰爭」(seed war)攪亂全球。

　　圖1.1中描繪了新石器革命(約西元前10000年)和工業革命(約於1760年在英國開始)之後世界人口的急劇增加及其繼續的趨勢。本世紀後半期人口爆炸已導致了第三世界人口稠密國家過份擁擠及營養不良。儘管有小麥和水稻的「綠色革命」，但糧食產量的顯著增加只勉強跟上人口的增加，這主要是由於1970年代初期以來極高的人口成長比率，使開發中國家每人糧食產量低於所需量(IRRI, 1982a)。到2000年，世界人口將從1983年的47.2億增加到61.2億(UN, 1981)和63.4億(Chang, 1984a)之間。

　　未來糧食產量劇增的前景，比過去幾十年似乎希望更小，因為大部份亞洲季風區的可耕地都已被開發和利用，未開發而有潛力可用的土地，僅在巴西和非洲的某些地方被發現。邊緣地帶的利用，將會因砍伐森林、興建灌溉及排水設施而破壞現有的生態系統。糧食產量的進一步增加，將取決於每單位土地作物產量的改進，以及更有效的耕作體系，使每年單位面積上能生產更多的糧食；也要降低生產成本並減少使用對環境造成有害的農業化學藥品與肥料以及劣質灌溉水。

作物種原遺傳質的流失

　　自從科學化的植物育種開始以來，自然資源中的作物種原不論在數量上，或是種內遺傳變異量的遺傳歧異度，皆顯現出急劇的衰落(見Bennett, 1970b; NAS, 1972; Frankel, 1973, 1974; Harlan, 1975a)，尤以亞洲為首(Chang, 1994c)。隨著過去四十多年的快速發展，作物種原一直以極快的速度不斷的減少，甚至消失。當農民、消費者、加工業以及政府要求新品種間的遺傳一致性時，卻導致主要糧食作物的遺傳基礎急劇的下降。改良品種的迅速擴展，取代了傳統的未改良品種(地方品種)，並加速其滅絕。愈來愈大的一致性趨勢，增加了主要作物對流行病蟲害潛在的遺傳脆弱性(Anon., 1969; NAS, 1972)。此外，遺傳改良所需的廣大遺傳基礎持續的縮減(Creech and Reitz, 1971)。十分矛盾的是，遺傳質的流失卻是植物育種成功的副產品(Paddock, 1970; Hawkes, 1983)。

　　除了由於開發森林、水利與建設等工程導致的種原流失外，不可計數的作物種原亦因設備不良、經費缺乏、人員不足或不力，亦在種原庫中死亡，誠為對保育工作的一大諷刺。

為將來需要必須保存遺傳資源

　　過去一個世紀內植物育種者利用現存的遺傳變異，帶來了可觀的進步成果。無論是自發性的或是誘發性的突變，即使很少，也為基因團提供了額外的基因。

　　未來植物育種的成果將取決於種原持續且擴增的供應。所有作物種原利用者所面臨的緊急任務，就是挽救及保存這些不斷減少，且部份還未得到適當保育的資源，以滿足下列迫切的需要:

1.把主要病蟲害損失減到最低程度 。

2.防治新的病蟲害或新的生物型(biotypes)。

3.耐逆境--乾旱、不良土質、過濕、極端溫度、強度紫外線輻射和污染物質。

4.把耕作制度拓展到新的領域--新環境、動物群及植物群。

5.改進物理/營養品質。

6.增加乾物質與穀類產量的生理效能(Chang等,1979)。 　　

　　同時，應採取措施加強保護在各種種原庫中所保存的種原，這些種原正面臨了因種原流失和因疏忽而造成的遺傳質流失的威脅(Reitz, 1976; Mengesha和Rao, 1982; IBPGR, 1983a; Goodman, 1984; Anon., 1992)。遺傳質的流失是一種無法回復的過程。

　　最後，應加強各國保育工作，以充份利用可用的種原，考慮國家內或國際間的合作計畫，以確保自由交換，並使作物科學家能夠充份的評鑑與利用基因庫內材料。此外並致力於共同合作與多種學科綜合研究，不論是就地保存(in situ)或異地保存(exsitu)的材料，都要確保其安全。由此，主要作物的種原保育可供當代或後代人類的利用。

　　所以，遺傳歧異度的保存，既是一種保險，也是一種維持並改進未來糧食生產的投資。並且，這也是一種防止有用的植物品種滅絕的道德原則(IUCN -UNEP-WWF, 1980; Chang, 1994c)。

資料來源：

植物遺傳資源--未來植物生產的關鍵 國家作物種原中心