工作人員正在分裝即將入庫的大豆種子。
庫容量40萬份的-18℃低溫冷庫。
“新種質(zhì)庫大概兩年之后就可以建好，可以容納150萬份的種質(zhì)資源。這標(biāo)志著我國(guó)作物種質(zhì)資源保護(hù)與利用工作進(jìn)入新階段。”近年來，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部一直將加強(qiáng)種質(zhì)資源保護(hù)作為工作重點(diǎn)。2019年，更是在種質(zhì)資源的普查收集、保存與利用，信息化管理等方面做出重點(diǎn)工作部署。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所種質(zhì)資源保護(hù)與共享利用科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)專家辛霞向記者介紹，正在建設(shè)的新種質(zhì)庫是現(xiàn)有種質(zhì)庫容量的近4倍，總建筑面積超兩萬平方米，是集低溫庫、試管苗庫、超低溫庫和DNA庫等為一體的智能化保存設(shè)施。
種質(zhì)資源的戰(zhàn)略意義——贏得全球農(nóng)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)
作物種質(zhì)資源，又稱作物品種資源、遺傳資源、基因資源。地球上擁有豐富的種質(zhì)資源，這些資源蘊(yùn)藏在作物各類品種、品系、類型、野生種中，是改良農(nóng)作物的基礎(chǔ)基因來源，只要挖掘和利用其中的一小部分，就足以為作物育種開辟?gòu)V闊天地，而小小的種子就是承載豐富基因資源的載體。迄今為止，全世界已經(jīng)建成各類種質(zhì)庫1700余座，收藏種質(zhì)資源740多萬份。
然而，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展，沙漠化、水土污染等氣候變化，種質(zhì)資源正面臨著地方品種加速喪失等問題，把“野生種”從瀕臨滅絕的境況中搶救出來，將珍稀種質(zhì)放入“避難所”中保護(hù)起來，已成為種質(zhì)資源保護(hù)工作的首要任務(wù)，因?yàn)槟撤N基因一旦從地球上滅絕，就難以再創(chuàng)造出來。
保護(hù)好“野生種”對(duì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展到底有什么作用呢?上世紀(jì)60~80年代，國(guó)際上利用雜交育種技術(shù)將水稻和小麥種質(zhì)資源中的矮稈基因?qū)氲狡渌贩N中，抗病性、抗倒伏能力以及產(chǎn)量均有所提升，在這場(chǎng)“綠色革命”的浪潮中，矮稈基因的種質(zhì)資源功不可沒。
在國(guó)外，美國(guó)孟山都公司在中國(guó)申請(qǐng)大豆高產(chǎn)基因?qū)＠Ｗo(hù)，但其材料卻是來自中國(guó)的野生大豆。這場(chǎng)大豆基因的爭(zhēng)奪戰(zhàn)告訴我們，當(dāng)今全球市場(chǎng)，誰占有了種質(zhì)資源，就具備了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)。
在國(guó)內(nèi)，我國(guó)著名雜交水稻專家、中國(guó)工程院院士袁隆平，之所以能在雜交水稻領(lǐng)域取得巨大成就，關(guān)鍵是其發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用了野生稻雄性不育系。
2012年，我國(guó)育種學(xué)家對(duì)種質(zhì)庫中1000多個(gè)栽培稻和野生稻的資源進(jìn)行遺傳分析，得出粳稻起源于我國(guó)的結(jié)論，破解了水稻起源的世界級(jí)謎題。
種質(zhì)資源不光為我國(guó)科研育種工作提供了重要支撐，還通過農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
國(guó)家果梅楊梅資源圃通過對(duì)收集的100多份資源鑒定，篩選出雌蕊不敗育的特異資源，有效解決了果梅產(chǎn)量和質(zhì)量的瓶頸問題，安徽蕪湖的溜溜果園集團(tuán)公司以該品種為原料，生產(chǎn)精加工品“溜溜梅”，2017年?duì)I銷額達(dá)20億。
國(guó)家麻類中期庫篩選出黃麻環(huán)境型專用種質(zhì)，與長(zhǎng)沙錦農(nóng)、索尼凱美高電子合作，初步開展重金屬污水吸附劑的研發(fā)，公司原料增收6000元每噸，為治理南方重金屬污染土地開辟了綠色新途徑。
因此，種質(zhì)資源的收集、保存和利用，對(duì)于國(guó)家的科研事業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展來說，具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。種質(zhì)資源不光關(guān)系著我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和糧食安全，在經(jīng)濟(jì)全球化的當(dāng)下，更是贏得生物經(jīng)濟(jì)時(shí)代主動(dòng)權(quán)的重要保障。
名副其實(shí)的種質(zhì)資源大國(guó)——總量已超50萬份
20世紀(jì)上半葉，一些從事農(nóng)業(yè)科學(xué)的先輩們就已經(jīng)意識(shí)到種質(zhì)資源的重要性，開始有意識(shí)自發(fā)地收集一些作物種質(zhì)資源，但受困于外部條件，很難有計(jì)劃有系統(tǒng)地進(jìn)行收集與保護(hù)。
1956年起，金善寶、董玉琛、劉旭三名院士分別牽頭在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行三次全國(guó)性普查與收集行動(dòng)。截至2001年底，國(guó)家種質(zhì)庫貯存的種質(zhì)數(shù)量已達(dá)到33萬余份。
1986年，種質(zhì)資源庫在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院建成，可容納40萬份種質(zhì)。透過厚重的大門，記者看到一層層架子上整齊擺放的密封鐵盒，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院種質(zhì)資源保護(hù)與共享利用科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)科研人員張金梅向記者介紹道：“現(xiàn)在，取種還需要人工操作，新建的種質(zhì)庫將實(shí)現(xiàn)全程智能化操作，種子可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化出庫，我們既無需進(jìn)入冷庫中‘受凍’，也可以避免人員進(jìn)出影響種質(zhì)的貯存環(huán)境。”
為了方便作物種質(zhì)資源的集中管理與分發(fā)利用，中國(guó)農(nóng)科院相關(guān)專業(yè)院所還專門建立了水稻中期庫、油料作物中期庫、棉花中期庫等10個(gè)國(guó)家級(jí)中期庫。此外，我國(guó)大多數(shù)省、自治區(qū)也創(chuàng)建了不同規(guī)模的中期庫，用于保存地方的作物種質(zhì)資源。
長(zhǎng)期庫和中期分工明確，其中長(zhǎng)期庫一般只作長(zhǎng)期保存，保存種子作為“種源”擴(kuò)繁給中期庫使用，而中期庫則可直接面向用戶，是可以現(xiàn)取現(xiàn)用的“活動(dòng)庫”。和長(zhǎng)期庫相比，中期庫貯存條件相對(duì)寬松，種子數(shù)量也更加充足，避免出現(xiàn)某些“搶手”的種質(zhì)供不應(yīng)求的情況。
為了防止自然災(zāi)害和意外情況的發(fā)生，上世紀(jì)90年代，我國(guó)在青海西寧建立了國(guó)家作物種質(zhì)資源復(fù)份庫，用于“備份”國(guó)家種質(zhì)庫保存的全部種質(zhì)。
“經(jīng)過一代又一代種質(zhì)資源學(xué)者的艱辛探索，直至今天，我國(guó)種質(zhì)庫中保存的種質(zhì)資源物種近2200個(gè)，總量已超50萬份，僅次于美國(guó)。”辛霞說，至今我國(guó)已建成種質(zhì)資源長(zhǎng)期庫1座，復(fù)份庫1座，中期庫10座，種質(zhì)圃43個(gè)，原生境保護(hù)點(diǎn)199個(gè)，我國(guó)無疑已成為了名副其實(shí)的種質(zhì)資源大國(guó)。
萬里挑一的種子——可保存 50年以上
種質(zhì)庫的基礎(chǔ)性工作還是種子的安全保存。“在七十年代初期，一些簡(jiǎn)易的保存方法通常只能保存兩到三年，甚至更短時(shí)間，導(dǎo)致很多資源白白流失。種子的保存條件是關(guān)鍵。”據(jù)辛霞介紹，為了實(shí)現(xiàn)作物種質(zhì)資源長(zhǎng)期保存，1986年建成的種質(zhì)庫建設(shè)了現(xiàn)代化的控溫控濕保存設(shè)施。
從種子的收獲、運(yùn)輸?shù)椒N子的接收和檢驗(yàn)，再到種子的清理、脫水和計(jì)數(shù)，都要經(jīng)過復(fù)雜的流程，最終，萬里挑一的種子便會(huì)被裝入雙層鋁箔袋或內(nèi)嵌有密封條的鐵盒中，貼上帶有獨(dú)一無二的“身份證號(hào)碼”的標(biāo)簽，進(jìn)入自己“冬眠”的去處——零下18度、濕度30%左右的冷庫中。辛霞向記者介紹，“含水量為5~8%的種子，在嚴(yán)格的貯存條件下，其壽命可延長(zhǎng)到50年以上。”
“我們還會(huì)定期為庫里的種子進(jìn)行‘體檢’。”辛霞介紹了一項(xiàng)最新研發(fā)的檢測(cè)技術(shù)——可以感知種子氣味的電子傳感器，“通過靈敏的探頭，傳感器可以分辨種子由‘生’到‘死’的氣味變化，這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明實(shí)現(xiàn)了種子的無損檢測(cè)，既減少了無謂的種子消耗量，又節(jié)省了人力。”
除此之外，每份入庫的種子還要針對(duì)生物學(xué)性狀、農(nóng)藝性狀、品質(zhì)特性進(jìn)行評(píng)價(jià)和鑒定。辛霞說，“只有弄清楚每份種質(zhì)的特性，才能精準(zhǔn)對(duì)接‘用戶’對(duì)種質(zhì)的需求。讓千辛萬苦得來的珍稀資源得到更加科學(xué)高效的利用。”
記者發(fā)現(xiàn)，除了低溫冷庫，在走廊的一側(cè)還有兩個(gè)組織培養(yǎng)間。“很多作物是通過分株、分芽的無性方式來繁殖的。目前試管苗保存了國(guó)內(nèi)考察和國(guó)外引進(jìn)的珍稀特異資源近500份。”據(jù)張金梅介紹，香蕉、菊芋、甘薯、馬鈴薯等一些作物都可以通過組織培養(yǎng)或種質(zhì)圃保存，如果培養(yǎng)瓶中的幼苗受到微生物的污染或是種質(zhì)圃材料受到自然災(zāi)害等威脅，超低溫保存，也就是零下196度液氮中保存組織可以作為“替補(bǔ)”，有備無患。國(guó)家?guī)煲牙贸蜏乇４婕夹g(shù)搶救性保存了新疆野蘋果等一批寶貴的資源，填補(bǔ)了我國(guó)無性繁殖作物種質(zhì)資源離體長(zhǎng)期保存的空白。
種子存好還要用好。如何才能查詢和索取需要的種子?“科研工作者可以通過平臺(tái)，根據(jù)需求選擇自己需要的種質(zhì)。凡是符合規(guī)定的，我們會(huì)在評(píng)估庫存種子數(shù)量和活力之后，無償分發(fā)。”辛霞指的平臺(tái)，是中國(guó)作物種質(zhì)信息網(wǎng)。據(jù)悉，每年平臺(tái)信息共享服務(wù)超過30萬人次。
“為了更直觀、更主動(dòng)地體現(xiàn)種質(zhì)資源的特異性，我們進(jìn)行了特異種質(zhì)資源田間展示的嘗試。”為了提高優(yōu)異種質(zhì)資源利用效率，及時(shí)了解育種家的新需求，自2005年以來，作物科學(xué)研究所在各地農(nóng)業(yè)示范區(qū)舉辦了多場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)展示會(huì)，邀請(qǐng)育種家、科研人員到田間地頭實(shí)地考察，根據(jù)育種研究需要，現(xiàn)場(chǎng)遞交需要的種質(zhì)清單。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)育成的新品種中，80%以上所用的親本直接或間接具有種質(zhì)庫的遺傳背景。2018年，種質(zhì)庫分發(fā)的種子數(shù)量超過8萬份，這個(gè)數(shù)字正在逐年上升。“雖然我國(guó)種質(zhì)資源占有量?jī)H次于美國(guó)，但其中有80%是我國(guó)自己的資源，而美國(guó)只有28%是本土資源，一方面說明我國(guó)在本土資源多樣性上具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，但從另一方面來說，就是我們對(duì)別國(guó)資源的占有率相對(duì)較低。”辛霞告訴記者，希望通過促進(jìn)國(guó)際合作，加強(qiáng)我國(guó)對(duì)國(guó)外種質(zhì)資源的引進(jìn)，豐富中國(guó)種子“銀行”的戰(zhàn)略儲(chǔ)備，在種業(yè)乃至農(nóng)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中，保持在世界前列。
