浙江第一座综合性的农作物种质资源库,日前在浙江省农科院杨渡基地揭牌。这是支撑浙江“科技强农”目标的一项重要工程。
什么是“种质”?它和“种子”的概念不太相同。种质指生命体内的遗传物质。不仅是种子,枝条、根茎,甚至是用试管组培出来的植物细胞,只要包含不同的基因性状,就是一份独特的种质资源。
这样来理解,种质资源库,其实就是一座基因库,一座“活”的生物“图书馆”。
有人做过这样的类比,如果把一个核苷酸当作一个字符的话,那么一个普通植物细胞里贮存的遗传信息,大概相当于一个小型图书馆全部藏书的字数。
这座种质库,筹备了5年,建了2年,如今终于将迎来第一批科研人员、第一批种质的入驻。
种质库建设工作小组组长、浙江省农科院作物与核技术利用研究所原所长张小明研究员,他怀着万分期待,讲述了浙江建综合性种质库的深远意义。
浙江省农作物种质资源中期库揭牌
“种子是农业的‘芯片’,种质是芯片的原材料”
这些天,张小明仍不时在海宁和杭州之间奔波。刚揭牌的种质库,还有一些设施设备、办公用品需要安排妥当,他全都亲力亲为。
在浙江建综合性农作物种质资源库的呼声,2014年就有了。张小明和几位农科院的老科学家是最早提出设想的人。
“之前,浙江只有水稻库、茶树圃等一些单个品种的‘专业库’,小麦、玉米、大豆、蔬菜等大部分农作物的种质都散落在各处,未能得到妥善保存,一度成为现代农业发展的一个短板。”
中国在1986年就建成了国家作物种质库,在浙江之前,湖南、山西、广西等多个省份都已经有了自己的种质库。张小明最开始做的,就是到各个兄弟省份的种质库调研。“现在浙江建好库之后,已经成了别的省份的学习对象。”他说。
浙江为什么需要自己的种质资源库?
张小明打了个比方,如果说种子是农业的“芯片”,种质就是制造这枚芯片最基本的原材料。
“育种,就是从种质资源中挖掘优势基因,再通过各种技术手段,让农作物的后代生长范围更广,生长速度更快,产量更高,适应性和抗逆性更强,让人类可食用产品更充裕。”张小明说。
分子育种、设计育种等技术的出现变革了传统育种方式,极大地提高了培育新种的效率,中国水稻研究所、之江实验室、湘湖实验室等一批科研机构,在育种手段创新方面都有一技之长,但归根结底,它们都需要丰富的基因资源作为基础。
包括浙江在内,省级的资源库大多是“中期库”。在国家长期库,种质资源大多“只进不出”,具有战略安全意义,中期库除了收集、保存、鉴定种质之外,更承担了对外分发、共享种质资源,服务科学研究的职责。
“种质库算得上是一项纯公益性的科学基础设施。”张小明说,种库前期投入大,需要专门的人员管理,但自身很难产出成果,也没有经济效益。特别是大型的综合库,以往单靠科研单位的力量是很难建起来的。
决心补齐这项短板,体现出了浙江建设现代种业强省和特色品种大省的魄力。
“保存地方种质,也是保存一段故事”
2015年,农业部启动“第三次全国农作物种质资源普查与收集行动”。在这次行动中,浙江调查收集和征集到各类种质资源三千多份。普查工作为种质库的建设奠定了重要基础。
张小明表示,这次普查行动,大部分工作都可以被称作是“抢救性”的。
翻开张小明桌上的一本《浙江农作物种质资源·豆类作物卷》,你也许会感到诧异,光是大豆,入选该书的竟然有77个不同的资源,它们的名字读起来很是新奇,淳安六月白豆、浦江羊毛豆、天台细毛白、安阳黑豆……大多与浙江的地名捆绑在一起。
《浙江农作物种质资源·豆类作物卷》中描述的淳安六月白豆资源状况
然而在许多品种的介绍里,都能看到这样令人遗憾的描述:“在某某县各乡镇农户零星种植,已很难收集到。在异位妥善保存的同时,建议扩大种植面积。”
“小时候家里的米很香,为什么现在吃不到了?超市里买的蔬菜,为什么没有农民自家种的清甜?”张小明发现,住在大城市里的人时常有这样的感叹。这是因为,种植户用的种子,大多从种子公司那里批量购买。长此以往,地方品种受到挤压,以致于面临“濒危”的风险。
“地方优质品种,一般产量比较低,只有一些老农民喜欢,就种两三分地,自家种,自家吃,下一代人去了城市里,没人种地了,很容易再也找不到了。”
浙江拥有大量这样古老、特色、珍稀的地方种质资源。它们的流失,如同物种的消亡,每一年都在发生。浙江省农作物种质资源库,将为这些珍稀种质提供一片栖息之所。
五谷丰登,还包蕴着地方独特的文化。很多地方品种都与当地的风土人情息息相关。
普查中发现的“东阳红粟”,入选了农业农村部评选的2019年全国十大优异种质资源。当年,张小明也参与了东阳红粟的申报工作。
东阳红粟
东阳红粟是长长的一串,颜色鲜艳,很适合作装饰,据东阳人介绍,当地新房上梁,经常用红粟点缀,结婚出嫁时,也要取一片红粟,和其它谷物一起装担。在东阳人心里,红粟不仅是粮食,更有吉祥、平安的寓意。
“保存地方种质,也是保存一段故事,保存一种文化。”张小明说。
“这是一项战略性的工作,要逐步挖掘,认真研究。”
从外观看,浙江省农作物种质资源库由三个部分组成:一栋三层楼高的综合楼,供科研人员实验、办公用,紧挨着它,是存放种质的冷库,比一层楼略高一些,此外还有一片150亩的试验圃。
一楼、一库、一圃,张小明说,把这三项设施集中在一个地方,在全国的种质库中都是比较少见的,尤其是试验圃的面积,比很多地方都要大很多。
这样布局,是为了最大程度提高科研效率。“种质是活的资源,不是放起来就万事大吉了,我们还要不断去检验它们的生命力,要种植更新,这就是圃的作用。”
收到一份种质后,科研人员首先要在圃里把种子种上一季,一是为了挑选出质量最佳的选手,二是初步鉴定、比较,去掉重复的资源,接着才是干燥、包装、称重,入库保存。冷库一共由8间不同标准的单体库构成,在-18℃的库里,种质的生命力降到最低,能够存放长达50年,同样的材料在-5℃、2℃的库中也有备份,进出更为方便。
入库后,定期的检测必不可少,种质的发芽率必须稳定在一定水平,一旦发芽率下降,或者存放期到了,就需要再重新种一遍。
种子在生命的“最后时刻”回到土地里,发芽、生长、结果,在这样的轮回中,一次次延续它独有的基因。
省农科院海宁杨渡科创基地培育的农作物
此前的报道中提到,种质库的近期种质贮存量有30万份,远期贮存能力达45万份以上。然而,第一批种质计划入库5000份,如此庞大的库容,什么时候才能放满?
“其实现在国内存放种质的资源库,很多都没有超过10万份,浙江的这个库,是为未来10年、30年甚至更长的战略需要设计的,也就是说,我们预期在未来一段较长的时间里存放30万份种子,如果需要,还能继续扩容到45万份。”
张小明说,未来计划通过立法、立规、开展合作等多种方式,收集育种专家培育的新种,最大限度发挥种质库的作用。
此外,种质库的研究人员还将做好每一份种质的基因鉴定、评价工作,建好信息共享平台。
有人会问,这么多种质,每一份,都有它的价值吗?
张小明说,他看得非常长远。“我们不期望每一份资源都能立刻派上用场,现在的几千份种质里,有几份能马上被利用起来,已经很不容易,这是一项战略性的工作,要逐步挖掘,认真研究。”
张小明从1983年开始从事水稻新品种遗传育种研究工作,他观察到,论水稻产量,中国肯定是全世界最高的,但是最好吃的米却不一定在中国。
“我们平常吃的米饭分为梗米和籼米,过去最好吃的粳米在日本,最好吃的籼米在泰国,通过科研人员的共同努力,现在我们已经有了超过它们的苗头品种。”
为什么?他告诉记者,在过去很长一段时间,水稻选育的首要标准是高产,在一代代筛选的过程中,高产之外的基因性状未得到保存,就逐渐丢失了。
种质库的存在,为的是避免这样的遗憾,从现在起,为农业的可持续、高质量发展,始终保留一份“希望的火种”。