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[光明日报]守护好我们的种质资源

绿色超级稻造福“一带一路”沿线国家背后的奥秘

  

  云南砚山国家现代农业示范园区展示的当地喀斯特地貌生态蔬菜品种,共500余个蔬菜品种参展。新华社发

  

  

  江苏省农业科学院在“公众开放日”将培育的玉米等种质资源向公众展示,以呼吁更多人关注农业生物多样性保护。光明图片/视觉中国

  

  

  国家种质库的工作人员在整理收集、培育的种质资源。中国农业科学院作物科学研究所供图

  

  

  位于挪威斯瓦尔巴群岛的全球种子库的种子。光明图片/视觉中国

编者按

  5月22日是国际生物多样性日,今年的主题是“我们的生物多样性,我们的食物,我们的健康”,旨在强调粮食、营养和健康对生物多样性和健康生态系统的依赖关系。

  近年来,在世界范围内,伴随着现代工业的激进扩张和城市化进程的盲目推进,可使用的土地和自然资源减少,农业生产趋向同质化,高产农作物和单一栽培取代了生物多样性,丰富的作物种质资源在不断流失,人们的饮食组成和生活方式也随之发生明显变化,给营养健康带来影响。

  保护农业生物多样性对于巩固我们的食物、营养和健康基础至关重要。当前必须深入研究的一个问题,就是在改善生物多样性、减少人类活动对环境压力的同时,如何增加粮食生产,以满足当代和未来人口生存、发展的需要。

  一把小小的种子,关乎亿万人民的温饱幸福。

  时间回溯到2013年,一场超级台风袭击了菲律宾中部,农民赖以生存的椰子林被损毁,大片的水稻田被海水淹没。水退之后,人们意外发现,虽然当地品种绝收,但却仍有一小片绿色的稻田——正在试种的绿色超级稻顽强地挺立着,这个品种,正来自由中国主持的“为非洲和亚洲资源贫瘠地区培育绿色超级稻”项目。

  为生计发愁的当地农民开始自发试种和推广这个陌生的新品种,他们发现,“就算3周不下雨,这个稻子的收成依然高产,还很早熟、抗虫害,产出来的大米味道更好了。”

  作为新中国成立以来由我国科研机构和科学家主持的最大国际农业科技扶贫项目,绿色超级稻项目已在“一带一路”沿线的菲律宾、越南等18个目标国家审定品种78个并推广应用,统计估算显示,绿色超级稻品种在以上国家的累计种植面积达到了612万公顷,使160万小农户受益。

  绿色高产、造福18国人民,绿色超级稻背后有怎样的奥秘?项目牵头人、中国农业科学院作物科学研究所研究员黎志康告诉记者:“正是有赖于农作物丰富的种质资源库,我们才能把优质的水稻基因汇聚,育成优良的种子。保护好物种的遗传多样性,就是保存未来育种的基因。”

种质资源是农业的创新“芯片”

  种质资源究竟有什么用?

  1954年,孢囊线虫病使美国大豆产业遭遇毁灭性打击,科学家从3000多份种质资源中“翻箱倒柜”,最终找到了20世纪初美国传教士从中国收集的独特地方品种——北京小黑豆,正是利用其特有的抗病基因,最终培育出的新大豆品种令产业得以复苏。当时,这份来自中国的种质资源,已在美国保存了47年。

  丰富的生物多样性是大自然给人类的馈赠。我国是世界农作物起源中心之一,幅员辽阔,地势复杂,加之数千年人们的精耕细作和培育,农作物的品种资源丰富,全世界主要栽培作物一半以上在中国都有栽培历史。在农作物遗传性状上,我国既有两米多高的巨型稻,也有几十厘米的“小矮人”,多种多样的植物种质中蕴含着巨量的农作物遗传基因。这成为科学家培育农作物新品种的坚实基础。

  回顾20世纪,农业的每一次重大突破,无一不得益于关键性种质资源的保护、发掘与利用。例如,农业第一次“绿色革命”即以通过开发利用水稻、小麦种质资源中的矮秆基因培育新品种,促使许多国家粮食产量大幅提高,被誉为“绿色革命”中的典范。

  当前,随着基因技术的快速发展,各国围绕农作物重要基因发掘、创新和知识产权保护展开的竞争越来越激烈。气候变化等因素带来的人类食物、能源和环境危机的解决,也将有赖于种质资源的占有、保护与利用。

  农业农村部副部长余欣荣曾指出,种质资源是农业原始创新的物质基础,是保障国家粮食安全的战略资源。农业农村部种子管理局局长张延秋更这样形容——“如果说种业是农业的‘芯片’,核心种质资源就是种业的‘芯片’。”

珍贵种质资源面临加速流失危险

  然而,丰富的作物遗传资源又是如此脆弱,正面临着加速流失的危险。

  2015年,我国启动了“第三次全国农作物种质资源普查与收集行动”,计划用五到六年时间对全国2228个农业县进行种质资源全面普查,对其中665个县的农作物种质资源进行抢救性收集。

  截至2018年年底,已启动了12个省(区、市)、830个县(市、区)的全面普查和175个县(市、区)的系统调查工作,新收集资源4.2万份,长期保存种质资源数量突破50万份,有效丰富了我国种质资源战略储备,并且发现筛选出一批特优特异的古老种质资源。

  但普查发现,我国地方品种和主要作物野生近缘种呈现出丧失速度加快的趋势。据初步统计数据显示,我国主要粮食作物地方品种的数目,1956年有11590个,2014年则仅剩3271个,主要粮食作物地方品种数目丧失比例高达71.8%。

  以水稻为例,湖南省普查的79个县,1956年有水稻地方品种1366个,1981年为644个,2014年仅有80个,只占1956年的6%。据了解,其他主要作物地方品种的情况也基本一致。

  “究其原因,一是随着作物新品种的推广,很多古老品种特别是许多地方品种逐渐被淘汰,使某些重要种质资源有消失的危险。”中国农业科学院作物科学研究所副研究员辛霞介绍。有学者估计,现在中国的生物物种正以每天一个物种的速度走向濒危甚至灭绝,而农作物栽培品种正以每年15%的速度递减,消失的作物基因资源无法再追回,对中国农业产生的负效应难以估量。

  “二是由于人类大规模开垦荒地、过度放牧、城镇化建设等导致环境恶化,使植物种质资源和农业受到威胁。例如,在对杂交水稻起主要贡献的野生稻雄性不育株(简称‘野败’)发现地——海南崖县,野生稻这一宝贵种质资源已在1991年完全绝迹了。”辛霞说。

普查、收集和保存:与时间的赛跑

  古老珍贵的种子,亟待被发现,并长久、安全地保存。

  在20世纪80年代和90年代初,我国分别在北京和青海建造了国家作物种质库和国家种质资源青海复份库。位于中国农业科学院的国家种质库里储藏着40多万份植物种子,其中15%左右来自国外,85%左右都是中国本土品种。

  截至2018年年底,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;长期保存物种2114个、种质资源保存总量突破50万份,位居世界第二。“我们创建了世界上唯一的长期库、复份库、中期库、种质圃、原生境保护点相配套的种质保存完整体系。”辛霞说。

  黎志康则将种质资源库比作庞大的“基因银行”,目前,他带领的团队已完成了对3000份水稻核心种质资源的基因重测序,建立了水稻分子设计育种信息平台,“这将产生一个颠覆性的变化,真正使育种技术进入分子设计育种时代。”

  但在专家眼中,种质资源的普查收集和保存利用仍是一场与时间的赛跑。

  “我国现有55个库圃保存了相当数量的宝贵资源,但是外界还有许多资源正在面临病虫害、水灾等自然灾害危害,由于还没有被及时普查、收集,或者缺乏相应的保存技术,资源未能收集入库圃保存,这是一个严峻挑战。”辛霞说。

  此外,要实现资源的长久安全保存,依赖于保存技术研发。然而,我国种质库圃已保存资源的活力监测、预警技术和繁殖更新技术相对匮乏,专门从事保护保存的人员队伍和研发经费严重不足,导致常发生资源得而复失的现象。因此,亟须进一步加强种质资源入库技术和经费支持,以保障资源的长久安全保存。

  目前,国内外共保存着50余万份作物种质资源,其中25.7万份已被利用。“那些没有被利用过的种质资源里就没有能够提高产量和抗性的基因吗?不是的,但是许多人还不知道怎么去挖掘利用。”黎志康说。

  值得强调的是,目前,我国尚有一批古老地方品种和特色种质资源分散保存于农家,亟待抢救性收集。因此,辛霞建议:“保护种质资源需要公众的积极参与,这种意识和行动的提升,无疑将推动种质资源和生物多样性保护工作的持续稳定发展。”

 



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