为水稻研发提供“芯”动力——探访全球最大的野生稻种质资源圃

 

 

 

　　国家南繁研究院野生作物种质资源保护与利用团队首席郑晓明研究员正在观察野生稻生长情况。　陈楠　摄

 

　　1973年，一株从海南发现的野生稻“野败”，开启了杂交水稻研究的崭新篇章。由此可见，野生稻作为种质资源具有极其重要的价值。如今，在当年发现“野败”的海南三亚“热土”上建成了国家野生稻种质资源圃，其占地面积180亩，资源保存能力达4万份，年鉴定评价1000份以上，是全球最大、国际一流的野生稻种质资源保存中心。近日，记者实地走访了国家野生稻种质资源圃，探寻野生稻种质资源的过去、现在和未来。

 

　　一粒种子有一万种可能

 

　　种质资源是农业的“芯片”，野生稻是水稻的祖先种。作为现代水稻的野生近缘种，野生稻的生长未受人为选择干扰，杂合性很强，一粒种子能产生1000粒甚至1万粒种子，但每一粒都各不相同，具有遗传的多样性，是水稻育种和生物技术研究不可或缺的基因资源。比如东乡野生稻中就蕴含着耐寒、耐旱、分蘖力强、抗病等诸多优异基因，利用这些基因能培育出很多水稻新品种，因此也被称为“植物中的大熊猫”。

 

　　将国家野生稻种质资源圃建于三亚崖州湾，既是历史的巧合，也是自然环境的必然。三亚光热资源优越，可以满足全球所有野生稻种的生长繁殖条件，水稻一年可以种三季甚至四季。而崖州湾不受冷冻气候影响，可以规避冻害风险。来自世界各地的野生稻汇聚至此，在优良的“天然温室”保存环境下繁衍生息。

 

　　“以前种质资源收集回来没有固定的地方鉴定，只能打‘游击战’，借用别人的温室保存。野生稻对水稻育种如此重要，却没有地方保存！钱前院士提出要建一个我们自己的野生稻资源圃，因此，2021年我们就开始筹建野生稻资源圃。”回忆往昔，中国农业科学院国家南繁研究院野生作物种质资源保护与利用团队首席郑晓明感慨道。

 

　　种质的概念比种子更丰富，包括根、茎、可繁殖的芽等，是未来可以对个体进行繁殖的一种基本载体。中国科学院院士、中国农科院作物科学研究所研究员钱前介绍，在东南亚的野生稻里就曾发现了具有解决黑条矮缩病抗性的一年生野生稻。目前资源圃里的野生稻是由天然野生稻驯化而来的栽培稻，其基因的多样性接近于野生稻的10%，因此在事实上，野生稻的很多优异基因还有待挖掘，目前全世界发现的70%以上的抗性资源都来自野生稻。

 

　　“我们不仅要保存资源，更要保存好环境，让资源跟环境共生长，让它出现的各种问题留在我们的基因组里，未来我们有需求的时候再去解析，进一步利用。而且每一份材料都有存在价值，没有优劣之分。”郑晓明说。

 

　　攻克活体保存的难关

 

　　穿过一条正在修建的土路，再经过一排具有海南黎族风情的平房，目之所及的野生稻都生长在不同的区域，有的井井有条地立在“水盆”中，高度才30厘米～40厘米；有的密密麻麻地挤在稻丛里，有半人甚至一人高，显得有些杂乱，然而这正是它们的原始状态。

 

　　在这生机勃发，稻苗繁茂的景象背后，研究人员付出了巨大努力。经过一系列人工干预，原先的荒地恢复成了原生境，各种土壤特征都非常适合野生稻种质资源生长。“野生稻本身是一种禾本科植物，所以这个环境也适合各类禾本科植物生长，其中就包括杂草，所以我们以前除草的人力成本特别高。”郑晓明说。

 

　　如今，整个国家野生稻种质资源圃分为物种展示区、一般物种保存区、特殊物种保存区、鉴定评价区、繁殖更新区、原生境模拟监测区和创新利用区等7个区域，能完成种质资源从收集、保存、保护到后期利用的全过程。一般物种保存区是其中的核心区域，这里的每一个野生稻种质资源都用盆进行了分离，每隔一段时间，研究人员都要给它们“理发”，也就是将长高的野生稻剪短。听起来并不复杂，但其实是国家野生稻种质资源圃首创的保存技术，能有效限制根部扩展出新植株和种子自然脱落而导致的资源污染。

 

　　除此之外，水盆也发挥着重要作用，每个水盆之间的距离在10厘米左右。郑晓明介绍：“如果没有盆的边界，繁殖力强的野生稻可能就把根延伸得到处都是，我们要使它的根茎保存在一个原始状态。”

 

　　同成熟的种子相比，活体野生稻的生物多样性、遗传基因丰富性等更好。目前，国家野生稻种质资源圃的活体保存技术在国际上广受认可，将来有望通过技术交流，让种质资源圃中保存的种质更加丰富，并将其打造成世界野生稻的基因宝库。

 

　　让种质资源“立新功”

 

　　水稻随着一代又一代科学家和劳动人民的驯化，成为人们日常的口粮，但在驯化过程中有很多优异性状还需要从野生稻种质资源中去发掘，这是野生稻最核心的意义。并且，随着近年来气候的极端变化，当前农业生产中水稻的抗旱、耐盐碱、耐高温等优良性状也都显得愈发重要。

 

　　对国家野生稻种质资源圃来说，除了保存好野生稻种质资源，还将进行鉴定评估工作。根据种质资源保护的相关条例，这些野生稻种质资源会提供给国内的科研机构和科研人员。郑晓明说：“目前国内其他野生稻种质资源圃主要是以保存为主，但我们要让种质资源‘立新功’。不仅要保存好，而且要集约化、现代化、高通量地去挖掘种质资源，对种质资源进行全面评估，给野生稻做‘体检’，把种质资源的全貌展示给育种家，方便其科学决策。”

 

　　“杂交水稻是大国基石，是重器中的重器！其实东北或者温带的水稻本身就被自然选择过，但热带没经过耐冷选择，所以许多都是野生近缘种，是具有基因多样性的野生稻，我们一定要扎根南繁，把它形成有独立知识产权的、能产业化的武器。”多年来走在水稻科研创新前沿的钱前说。

 

　　未来，国家野生稻种质资源圃将依托现有的保存圃成立全球野生稻种质资源联盟，召开国际会议，定期举办南繁水稻专家观摩会，开展大专院校学生实习和中小学生科普教育活动等，将保存圃打造成科研、教学、科普和国际合作的综合平台和对外交流合作的窗口，促进野生稻的保护与可持续利用。同时，该资源圃也将成为海南省崖州湾种子实验室和全球动植物资源引进中转基地的重要科研平台，满足今后30年野生稻资源的保存及促进水稻产业发展的重大需求。

 

　　“以后我们这里的设施可以鉴定出适合产业发展的材料，将生产急需的种质资源跟高产品种相结合，然后快速把这些资源提供给全国来利用。”郑晓明说。