【编者按】 党的二十大报告指出，全方位夯实粮食安全根基，牢牢守住十八亿亩耕地红线，确保中国人的饭碗牢牢端在自己手中。粮食生产事关国计民生，粮食安全是国家安全的重要基础。如何深挖“藏粮于技”的潜能，为粮食安全撑起“科技之伞”，江苏科技工作者们一直在奋力前行。近日，记者走进江苏省农业科学院的省农作物种质资源中期库和江南大学食品科学与技术国家重点实验室，探寻科技赋能保障粮食安全背后的故事。
稀缺种子应收尽收，只为发掘种质优良基因
紫桃，一种果皮和果肉都是紫红色的桃子，这一品种因为小而酸，在省内栽培上百年来一度鲜有人问津。经过抢救性收集后，现如今，紫桃已变成农业农村部2022年第一批农产品地理标志登记产品。“紫桃中含有一种健康成分‘花色素苷’，它的抗氧化功效比蓝莓更强，符合大众对健康营养的追求，一度卖到脱销。”江苏省农科院果树所桃资源专家严娟博士介绍说，收集的初心旨在发掘种质的优良基因。
严娟口中的“抢救性收集”是江苏省农业科学院一项历时6年的全省农作物种质资源普查与收集行动。10月17日，记者了解到，目前该行动告一段落，全省60个普查县（市、区）共2224名普查人员通过查阅资料、走访干部群众、咨询相关专家等形式，共收集资源样本3446份，包含粮食作物、经济作物、蔬菜作物、果树、牧草绿肥等五大类作物，涉及植物46个科、118个属、165个种，基本做到“应收尽收”。
“江苏位于我国南北气候过渡地带，生态类型多样，是我国作物种质资源比较丰富的地区之一。”江苏省农业科学院副院长黄俊说，近年来受气候、耕作制度和农业经营方式的变化影响，大量地方品种迅速消失。“全面普查我省农作物种质资源，抢救性收集和保护珍稀、濒危作物野生种质资源和特色地方品种，对保护我省农作物种质资源的多样性、促进农业可持续发展、推动种业创新具有重要意义。”
据介绍，目前所有征集、收集的资源样本经过繁殖鉴定，都已经移交国家种质库(圃)，圆满完成了本次普查与收集行动任务。“此次行动抢救保护了一批地方特色资源，包括许多珍稀的特色资源，如柿树野生变种桂五野柿子、小果型花生八集小花生、‘大紫红’莲藕等。”黄俊补充道。
“资源调查最基础的工作是摸清家底，最大的问题也是不知道家底。”江苏省农科院蔬菜研究所研究员潘宝贵表示，一国粮食安全，系于种质资源。种质资源是种业原始创新的物质基础。只有全面摸清种质资源家底，开展种质资源全面普查保护，才能建设国际一流的国家农作物、畜禽和水产种质资源库，为“中国粮用中国种”多作贡献。
824立方米冷藏仓库，呵护种质样本15年
收集种子只是第一步，保存以种子作为基因载体的农作物种质资源库才是提升种质竞争力的关键。在江苏省农科院里早已建立起一座农作物种质资源中期库，10月17日，记者在库前的空地上看到，豌豆、黑豆、花生等各式各样五颜六色的种子在空地上晒太阳，标签上是种子产地和采集时间。
“种子收集后先晒太阳，去除表面水分。”江苏省农科院种质资源与生物技术研究所研究员颜伟表示，透过一粒普通种子能看到人类改造自然和适应自然的历史，如何有效保护种子至关重要。为此，研究所建立了江苏省农作物种质资源中期库，为宝贵种质资源搭建了像银行金库一样坚固、安全的“家”。
种子进“家门”的第二步就是在入库前进行实验室预处理。“晒过的种子含水量为13%，还未达到入库标准，要进一步烘干。”在颜伟身后，多台“双15”种子干燥箱正在工作中，在15℃和15%相对湿度的环境下，烘干后的种子含水量降为8%。紧接着种子被铝箔纸包装好后抽真空，码放在一起，贴上条码方便数据管理。
最后，这些种子会存入824立方米的低温冷藏仓库。这个库收集保存了农作物种质资源5.7万份，水稻、小麦、大麦、大豆、玉米、棉花、油菜、花生等54类资源汇集于此，涉及14个科、56个属、96个种。它们来自五湖四海，许多资源样本可以追溯到上个世纪30年代，不乏古老地方品种、特色遗传材料和野生近缘种等。
穿过三层严密的防护门，就是光线昏暗、凉意袭人的仓库。这里能动态监控库内每一分每一秒的湿度、温度环境，入库的种子能保存20年左右的时间。“这儿一年四季处于-4℃，相对湿度保持在50%以下，种质资源种子样本经过15年，仍可正常发芽生长。”颜伟说。
记者在像超市货架的置物台上看到，一排排严密包装的种子样本，就像图书馆书架上存放的书籍，每袋种子都清晰地标着一串数字条码。这些条码是种子们的“身份证号”。为更好保存和开发利用种质资源，库内还配备了活力监测实验室、指纹图谱实验室和品质实验室及先进的计算机监控系统等，大大延长了种子贮存寿命，显著改善了我省农作物种质资源的保存和保护状况。
精准高效数字化育种，DNA技术寻找种质“优等生”
如果说种子是农业的“芯片”，那么基因则是“芯片”上最关键核心的元件。“要想生物育种更精准、更高效，就要把种质资源的基因变成数据存储起来，寻找其中最优秀的部分，研究其作用机理，用于科学研究和品种创新，来保障我们国家粮食安全。”江苏省农科院种质资源与生物技术研究所所长赵涵介绍，一株水稻的基因数据量可达400M左右，而平常的64G闪存盘只能存储十几株水稻的基因组数据，“建设数字化的种质资源库亟需高性能计算的海量存储技术，为接下来的人工智能育种打下基础。”
《国务院关于印发“十四五”推进农业农村现代化规划的通知》中提出，要构建农业种质资源数据库，加强种质资源保护。“江苏的农作物种质数据库搭建工作走在了前头。”赵涵介绍，早在2020年6月，团队就在全国率先搭建了数字化育种平台，构建高精度模型、引入基因编辑技术。“这省去大量田间播种试验的人力与时间，提高了科研效率，是提升育种效能的主流趋势。”
“江苏数字化育种平台的整体架构设计已初步完成，由表型数据库、基因型数据库、数据计算和分析平台三个模块组成。”江苏省农科院种质资源与生物技术研究所玉米种质资源创新团队副研究员周玲介绍，其中最重要的基因型数据库从基因组层面追溯种子来源，完善种质的“身份证”系统，保证筛选出核心种质资源。
在种质资源基因型数据库搭建中，主要依靠基因组二代测序技术。“我们先从样本上提取DNA，质检合格后再送到实验室进行处理和上机测序，产生大量序列数据，即基因组上的小片段。”周玲介绍，之后再利用生物信息学软件，将序列信息转化为可靠的变异信息判读后，方能完成一份样品的检测。“原先的数据分析软件每天只能分析1-2个玉米品种的基因数据，但我们联系相关科技公司开发了超快速的变异过滤软件后，一天可分析30-40个玉米品种，速率提升约40倍。”周玲说，目前已有近1万份种质资源经过基因组测序分析。
据统计，我国育成的作物品种中，三分之二以上品种具有江苏省种质资源平台提供的优异资源的“血缘”。相关单位以这些优异种质资源为亲本，共培育优良新品种（系）303个，累计推广10.3亿亩，在支撑现代农业品种创新与产业发展中发挥了重要作用。
