日前,新国家作物种质库正式投入建设,种质库是什么样的?种质资源现代化保存是怎样实现的?种质资源保护与利用又有哪些重大意义?请随记者到中国农科院国家作物种质库一探究竟——#果蔬小灵通# #一花一世界# #中药材天地# #聚焦大田# #茶事天下# 

未雨绸缪的中国种子“银行”

本报记者 祖祎祎

“新种质库大概两年之后就可以建好,可以容纳150万份的种质资源。这标志着我国作物种质资源保护与利用工作进入新阶段。”近年来,农业农村部一直将加强种质资源保护作为工作重点。2019年,更是在种质资源的普查收集、保存与利用,信息化管理等方面做出重点工作部署。

中国农业科学院作物科学研究所种质资源保护与共享利用科研创新团队专家辛霞向记者介绍,正在建设的新种质库是现有种质库容量的近4倍,总建筑面积超两万平方米,是集低温库、试管苗库、超低温库和DNA库等为一体的智能化保存设施。

种质资源的战略意义——赢得全球农业竞争的主动权

作物种质资源,又称作物品种资源、遗传资源、基因资源。地球上拥有丰富的种质资源,这些资源蕴藏在作物各类品种、品系、类型、野生种中,是改良农作物的基础基因来源,只要挖掘和利用其中的一小部分,就足以为作物育种开辟广阔天地,而小小的种子就是承载丰富基因资源的载体。迄今为止,全世界已经建成各类种质库1700余座,收藏种质资源740多万份。

然而,随着我国城镇化发展,沙漠化、水土污染等气候变化,种质资源正面临着地方品种加速丧失等问题,把“野生种”从濒临灭绝的境况中抢救出来,将珍稀种质放入“避难所”中保护起来,已成为种质资源保护工作的首要任务,因为某种基因一旦从地球上灭绝,就难以再创造出来。

保护好“野生种”对农业的发展到底有什么作用呢?上世纪60~80年代,国际上利用杂交育种技术将水稻和小麦种质资源中的矮秆基因导入到其他品种中,抗病性、抗倒伏能力以及产量均有所提升,在这场“绿色革命”的浪潮中,矮秆基因的种质资源功不可没。

在国外,美国孟山都公司在中国申请大豆高产基因专利保护,但其材料却是来自中国的野生大豆。这场大豆基因的争夺战告诉我们,当今全球市场,谁占有了种质资源,就具备了国际竞争的主动权。

在国内,我国著名杂交水稻专家、中国工程院院士袁隆平,之所以能在杂交水稻领域取得巨大成就,关键是其发现并应用了野生稻雄性不育系。

2012年,我国育种学家对种质库中1000多个栽培稻和野生稻的资源进行遗传分析,得出粳稻起源于我国的结论,破解了水稻起源的世界级谜题。

种质资源不光为我国科研育种工作提供了重要支撑,还通过农业生产带来了巨大的经济和社会效益。

国家果梅杨梅资源圃通过对收集的100多份资源鉴定,筛选出雌蕊不败育的特异资源,有效解决了果梅产量和质量的瓶颈问题,安徽芜湖的溜溜果园集团公司以该品种为原料,生产精加工品“溜溜梅”,2017年营销额达20亿。

国家麻类中期库筛选出黄麻环境型专用种质,与长沙锦农、索尼凯美高电子合作,初步开展重金属污水吸附剂的研发,公司原料增收6000元每吨,为治理南方重金属污染土地开辟了绿色新途径。

因此,种质资源的收集、保存和利用,对于国家的科研事业和产业发展来说,具有深远的战略意义。种质资源不光关系着我国农业的可持续发展和粮食安全,在经济全球化的当下,更是赢得生物经济时代主动权的重要保障。

名副其实的种质资源大国——总量已超50万份

20世纪上半叶,一些从事农业科学的先辈们就已经意识到种质资源的重要性,开始有意识自发地收集一些作物种质资源,但受困于外部条件,很难有计划有系统地进行收集与保护。

1956年起,金善宝、董玉琛、刘旭三名院士分别牵头在全国范围内进行三次全国性普查与收集行动。截至2001年底,国家种质库贮存的种质数量已达到33万余份。

1986年,种质资源库在中国农业科学院建成,可容纳40万份种质。透过厚重的大门,记者看到一层层架子上整齐摆放的密封铁盒,中国农业科学院种质资源保护与共享利用科研创新团队科研人员张金梅向记者介绍道:“现在,取种还需要人工操作,新建的种质库将实现全程智能化操作,种子可实现全自动化出库,我们既无需进入冷库中‘受冻’,也可以避免人员进出影响种质的贮存环境。”

为了方便作物种质资源的集中管理与分发利用,中国农科院相关专业院所还专门建立了水稻中期库、油料作物中期库、棉花中期库等10个国家级中期库。此外,我国大多数省、自治区也创建了不同规模的中期库,用于保存地方的作物种质资源。

长期库和中期分工明确,其中长期库一般只作长期保存,保存种子作为“种源”扩繁给中期库使用,而中期库则可直接面向用户,是可以现取现用的“活动库”。和长期库相比,中期库贮存条件相对宽松,种子数量也更加充足,避免出现某些“抢手”的种质供不应求的情况。

为了防止自然灾害和意外情况的发生,上世纪90年代,我国在青海西宁建立了国家作物种质资源复份库,用于“备份”国家种质库保存的全部种质。

“经过一代又一代种质资源学者的艰辛探索,直至今天,我国种质库中保存的种质资源物种近2200个,总量已超50万份,仅次于美国。”辛霞说,至今我国已建成种质资源长期库1座,复份库1座,中期库10座,种质圃43个,原生境保护点199个,我国无疑已成为了名副其实的种质资源大国。

万里挑一的种子——可保存 50年以上

种质库的基础性工作还是种子的安全保存。“在七十年代初期,一些简易的保存方法通常只能保存两到三年,甚至更短时间,导致很多资源白白流失。种子的保存条件是关键。”据辛霞介绍,为了实现作物种质资源长期保存,1986年建成的种质库建设了现代化的控温控湿保存设施。

从种子的收获、运输到种子的接收和检验,再到种子的清理、脱水和计数,都要经过复杂的流程,最终,万里挑一的种子便会被装入双层铝箔袋或内嵌有密封条的铁盒中,贴上带有独一无二的“身份证号码”的标签,进入自己“冬眠”的去处——零下18度、湿度30%左右的冷库中。辛霞向记者介绍,“含水量为5~8%的种子,在严格的贮存条件下,其寿命可延长到50年以上。”

“我们还会定期为库里的种子进行‘体检’。”辛霞介绍了一项最新研发的检测技术——可以感知种子气味的电子传感器,“通过灵敏的探头,传感器可以分辨种子由‘生’到‘死’的气味变化,这项技术的发明实现了种子的无损检测,既减少了无谓的种子消耗量,又节省了人力。”

除此之外,每份入库的种子还要针对生物学性状、农艺性状、品质特性进行评价和鉴定。辛霞说,“只有弄清楚每份种质的特性,才能精准对接‘用户’对种质的需求。让千辛万苦得来的珍稀资源得到更加科学高效的利用。”

记者发现,除了低温冷库,在走廊的一侧还有两个组织培养间。“很多作物是通过分株、分芽的无性方式来繁殖的。目前试管苗保存了国内考察和国外引进的珍稀特异资源近500份。”据张金梅介绍,香蕉、菊芋、甘薯、马铃薯等一些作物都可以通过组织培养或种质圃保存,如果培养瓶中的幼苗受到微生物的污染或是种质圃材料受到自然灾害等威胁,超低温保存,也就是零下196度液氮中保存组织可以作为“替补”,有备无患。国家库已利用超低温保存技术抢救性保存了新疆野苹果等一批宝贵的资源,填补了我国无性繁殖作物种质资源离体长期保存的空白。

种子存好还要用好。如何才能查询和索取需要的种子?“科研工作者可以通过平台,根据需求选择自己需要的种质。凡是符合规定的,我们会在评估库存种子数量和活力之后,无偿分发。”辛霞指的平台,是中国作物种质信息网。据悉,每年平台信息共享服务超过30万人次。

“为了更直观、更主动地体现种质资源的特异性,我们进行了特异种质资源田间展示的尝试。”为了提高优异种质资源利用效率,及时了解育种家的新需求,自2005年以来,作物科学研究所在各地农业示范区举办了多场现场展示会,邀请育种家、科研人员到田间地头实地考察,根据育种研究需要,现场递交需要的种质清单。

据不完全统计,我国育成的新品种中,80%以上所用的亲本直接或间接具有种质库的遗传背景。2018年,种质库分发的种子数量超过8万份,这个数字正在逐年上升。“虽然我国种质资源占有量仅次于美国,但其中有80%是我国自己的资源,而美国只有28%是本土资源,一方面说明我国在本土资源多样性上具有相当的优势,但从另一方面来说,就是我们对别国资源的占有率相对较低。”辛霞告诉记者,希望通过促进国际合作,加强我国对国外种质资源的引进,丰富中国种子“银行”的战略储备,在种业乃至农业的国际竞争中,保持在世界前列。