种业装上“中国芯”

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70歲的湖南省石門縣壺瓶山巡護員杜凡章在路邊給第三次種質資源普查隊員講解植物特性。

大事記

1978年,經原農林部批準成立中國農業科學院作物品種資源研究所,從此學科走上全面發展時期。

1979年,第一次全國農作物品種資源科研工作會議召開。

1979年6月,原農業部和國傢科委聯合發出關於進行農作物品種資源補充征集的通知,截至1984年,共收集到60種作物的11萬份種質資源。

1984年,第二次全國農作物品種資源科研工作會議召開。

1986年,國傢作物種質庫建成啟用,是我國第一座現代化作物種質庫。

1993年,在青海西寧建成瞭國傢作物種質資源復份庫。

2004年,我國開始建設國傢農作物種質資源平臺,並形成瞭400多傢科研單位、2600多名科技人員組成的國傢農作物種質資源數據采集和共享網絡,免費向社會提供種質資源信息和實物的共享服務。

2015年,《全國農作物種質資源保護與利用中長期發展規劃(2015—2030年)》發佈,首次以政府文件給予作物種質資源工作的最高待遇。同年,《種子法》大修設立種質資源專章,種質資源發展迎來“加速度”。

還記得北京三環內的150畝“最貴農田”嗎?與寸土寸金的地理位置相比,生長在這塊中國農業科學院試驗田上的小麥、玉米更為珍貴。從這裡培育出的中單2號、豐抗系列冬小麥等品種,累計在全國推廣面積均過億畝,給我國農業增加瞭數以百億計的效益。

距此兩公裡開外,有座三層紅磚小樓,看似不太起眼,卻是幾十萬份種子的“諾亞方舟”——國傢作物種質庫。雪白墻壁映襯下,以麥穗裝飾的綠色琉璃瓦圓柱更顯古樸。穿過長廊,推開厚重的金屬密閉門,零下18℃的低溫中,一排排高達房頂的架子上“睡”著42萬多份種質資源。正是有瞭它們,才有瞭“最貴農田”培育的良種。

種質資源是農業原始創新的物質基礎,是保障國傢糧食安全的戰略資源。如果說種業是農業的芯片,那優異資源就是種業的芯片。如今,我國種質資源保存數量49.5萬份,居世界第二位,對產業的支撐作用日益顯著。以此為基礎,種業對農業增產的貢獻率達45%,實現“中國糧”主要用“中國種”。

從1978年在10多萬份種質資源基礎上重建學科,到如今成為世界第二的資源大國,向資源強國邁進,中國種質資源保護與利用的成就世界矚目。這當中除瞭時代的機遇和政策的支持,更離不開幾代資源人付出的青春和汗水。

美國大豆的“救星”:創新基礎與戰略資源

種質資源究竟有什麼用?

有一個故事被反復提及。1954年,孢囊線蟲病使美國大豆產業遭遇毀滅性打擊,科學傢們從3000多份種質資源中“翻箱倒櫃”,最終找到瞭20世紀初美國傳教士從中國收集的地方品種北京小黑豆,利用其抗病基因選育品種,幫助美國大豆復蘇。當時,這份來自中國的種質資源,已在美國存放瞭47年。

一花一世界。植物的基因都蘊藏在種子當中,種質資源是攜帶遺傳信息的載體,具有實際或潛在利用價值。農業農村部副部長餘欣榮gif動態圖出處第60彈指出,種質資源是農業原始創新的物質基礎,是保障國傢糧食安全的戰略資源。中國工程院院士袁隆平也曾公開表示:“如果沒有野生稻資源,要在水稻優良品種培育上有很大的突破是很難的。”

縱向看,歷次產業飛躍都有種質資源的身影:水稻和小麥矮稈基因的發現和利用,引發瞭第一次綠色革命;野生稻資源則促成瞭我國雜交稻的育成和推廣,帶來第二次綠色革命。

橫向看,當今全球市場,誰占有瞭種質資源,就具備瞭種業乃至農業競爭的主動權:美國先鋒公司擁有世界最大的玉米種質資源庫,培育出的優質玉米品種占全球市場約20%的份額;荷蘭瑞克斯旺公司利用抗蚜蟲種質資源選育的抗蚜生菜品種,占據瞭歐洲市場份額的70%。

中國工程院院士劉旭介紹,我國是世界作物起源中心之一,土地遼闊,地勢復雜,加以數千年精耕細作,品種資源豐富,全世界主要栽培作物一半以上在中國都有栽培。遺傳性狀也是多種多樣,例如水稻,既有兩米高的巨型稻,也有不到40厘米的“小矮人”。但隨著現代科學技術和人口的快速發展,及農作物品種改良和少數高產品種的大面積種植,造成瞭嚴重的品種“基因流失”。

現代育種技術在某種程度上加劇瞭這種流失。“育種傢多追求優質高產,在保留A基因的同時可能就淘汰瞭B。”中國農業科學院作物科學研究所所長劉春明認為,有些性狀目前看似乎不重要,卻有潛在的應用價值。在長期的農業發展歷程中,難以料想哪些抗病和品質性狀會變成迫切需求。“它們一旦消失,是很難重新創造的,種質資源的戰略意義就在於保存這種多樣性。”

上世紀50年代,我國曾兩次在全國范圍內征集作物品種資源,截至1958年共征集到53種作物約20萬份種質資源。然而“文革”期間損失慘重,有的省份、有的作物幾乎喪失殆盡。

1978年,黨的十一屆三中全會召開,科學的春天來到瞭。同年,中國農業科學院作物品種資源研究所成立,隨後各地農科院陸續成立相關部門,我國作物品種資源工作體系初步形成,學科進入瞭恢復重建的發展期。

沒有硝煙的戰爭:存起來與用起來

北到黑龍江克山,南至海南三亞,東達浙江杭州,西抵新疆伊犁,經過40年的發展,如今我國現代化種質資源保存體系遍及全國,成為農業發展的強大後盾。

但上世紀70年代,我國保存種質資源還是靠種子的種植更新,北方一般四五年、南方一兩年就要更新一次。為減少種植次數,各地想瞭不少“土辦法”,比如酒壇保存、借用商業冷庫等,有些南方單位還將資源運至新疆或青海保存,但效果都不理想,導致一些重要資源得而復失。

1979年,時任作物品種資源研究所副所長董玉琛提出:“當前的主要任務是首先搞好收集和保存,不能讓已經收集起來的和仍生長在我國土地上的品種資源繼續丟失。”

從1979年起,原農業部在全國范圍內進行瞭農作物品種資源補充征集。同時組織跨部門、跨地區的多學科力量,對西藏、神農架、海南島、大巴山、三峽等重點地區,水稻、大豆、小麥、果樹、蔬菜、牧草等重點作物野生種進行瞭專項考察,發現瞭一批優質品種和極具潛在價值的野生近緣種,使我國成為掌握野生大豆最多的國傢,改寫瞭世界普通野生稻分佈北限為25度的結論。截至1999年,我國作物種質資源已超過36萬份,僅次於美國。

翻山越嶺收集到的寶貴資源,不能還用“土辦法”保存。

1986年,在國傢項目支持及國外機構資助下,我國建成瞭第一座現代化作物種質庫,也就是北京三環附近的紅磚小樓。為什麼選址北京?“因為北京供電相對穩定一些。”劉春明告訴記者,這裡是全國作物種質資源長期保存中心,長期儲藏冷庫的溫度維持在-18℃左右,相對濕度小於50%,低溫低濕條件下種子可保存50年以上。“保持低溫並不難,更難的是低溫條件下保持低濕,這對維護要求很高。”

作物科學研究所種質資源中心主任李立會介紹,長期庫種子主要作儲備之用,保存數量不多。每份種子都在全國種質資源目錄有獨一無二的編號,調用種子須經國傢主管部門批準。

“種子要進入長期庫,可沒那麼簡單。”中心副主任方溈告訴記者,各地收集的種子要經過活力檢測、幹燥、包裝、編目好幾道手續,才能裝在鋁箔袋或金屬盒中入庫。

1993年,我國在青海西寧建成瞭國傢作物種質資源復份庫,用於長期庫的復份保存,以防止地震、火災、洪水等可能的威脅。

除長期庫和復份庫外,在國傢資金支持下還建成10座中期庫。中期庫周年溫度0℃~10℃,種子可保存15年左右,主要負責種質資源的保存、分發與交換。2000年前後,我國已初步形成瞭國傢主導、分工協作的種質資源工作體系。

進入21世紀,一場看不見硝煙的種子戰在世界范圍內展開,“種中國豆侵美國權”的教訓更是引人深思。在這場戰爭中,誰對種質資源研究和利用合理充分,誰就將贏得勝利。

如果說前20年我國種質資源工作以收集保存為主,本世紀以來則轉向研究、創新、利用為主的軌道上,提出瞭“在保護中利用,在利用中保護”的新觀點,越來越多“沉睡”的資源飛向更廣闊的田野。

2004年,我國開始著手建設國傢農作物種質資源平臺,並形成瞭400多傢科研單位、2600多名科技人員組成的國傢農作物種質資源數據采集和共享網絡,免費向社會提供種質資源信息和實物的共享服務。近10年來累計向國內分發種質資源35萬餘份次。

既要存得住,也要用得好,得到充分利用的種質資源開始“大展拳腳”。截至2014年,利用耐冷水稻種質育成的長白10號和吉粳78,累計增產稻谷1.46億公斤,獲得經濟效益2.1億元;利用中品661大豆種質,育成瞭第一個高油國審大豆品種冀黃13;利用高產抗倒伏種質中黃麻1號等,在新疆、內蒙古甘肅江蘇等省區建立瞭萬畝優質紡織原料基地。

強動力的“資源芯”:用得好與進得來

因為一顆蟠桃,70歲的陜西咸陽農民趙建英,和千裡之外的中國農業科學院鄭州果樹研究所(以下簡稱“鄭果所”)結瞭緣。

四年前,趙建英種的桃還是大路品種,每斤才賣一元錢。經人介紹,他找到鄭果所,在研究員朱更瑞指導下,種上瞭“中油蟠”美女裸體藝術新品種:“顏色金黃,口感甜,貨架期長,每斤售價10元。”記者采訪時,恰逢他坐瞭一天火車再赴鄭果所“取經”:“看看還有啥更新換代的好品種。”

在全國,像趙建英一樣受益於“中油蟠”系列品種的農民數不勝數。而這一品種的選育,離不開鄭州國傢桃種質資源圃裡的1208份資源。“我們從中選出30多份蟠桃種質資源,再篩選出2份優異種質,經過30多年不懈努力,培育出集蟠桃和油桃優點於一身的油蟠桃品種。”鄭果所“桃種質資源與遺傳育種”創新團隊負責人王力榮介紹,這不僅讓農民致富有瞭新門路,也使我國桃品種更新瞭3-4代。

目前,我國已建成國傢作物種質資源長期庫1座、復份庫1座、中期庫10座、種質圃43個、原生境保護點199個以及種質信息中心1個。種質資源的厚積薄發,成為科技創新、農民增收、產業發展的強大“芯片”——

在湖南,農作物種質資源庫保存瞭2.3萬餘份水稻,利用這些資源,湖南省農科院實施瞭“鎘低積累水稻品種選育及篩選”課題,低鎘水稻品種選育再上臺階;

雲南,優異種質資源毫目細在當地絕種40年後,種植戶重新引種種植,粒大、油亮、香軟、冷不回生的特點在市場大受歡迎,種植面積15萬畝,已形成“遮放貢米”品牌,農民年增收2.88億元;

在浙江,近年來組織實施25個種質資源保護與利用基地建設項目,利用地方優勢資源材料育成衢鮮5號、浙茭3號等12個新品種,累計推廣面積17.9萬畝,增收4.19億元,推動龍遊小辣椒、上虞烏皮青仁等地方特色資源的產業化開發,實現增收2.33億元……

然而這也帶來一些現實問題。雖然新品種推廣勢頭大好,王力榮最近卻有些發愁:“和種質庫相比,種質圃周期長、成本高,每畝成本至少5000元。因為土地不足,現在我們的育種田都隻能給種質資源保存圃讓路。”

作為湖南省農作物種質資源庫負責人,段永紅也不輕松:“種質資源庫的維護、種子的繁殖更新都是一筆不小的費用。”

我國研究單位和育種人員很多,種子需求量大,保存和繁殖都需要龐大的經費支持。為解決這一問題,近年來國傢不斷加大支持力度。自2001年至今,共定期監測並繁殖更新種質47.8萬份,確保瞭國傢庫圃資源的安全保存。

除瞭資金,種質資源的共享還存在一些“瓶頸”:精準鑒定不足,離有效滿足產業發展需求還有一定距離;信息反饋不暢,種質工作者提供種子後,索取者本應及時向提供者反饋研究和利用信息,但如今索要種子易、收集信息難;拍拍拍午夜無遮擋視頻資源權屬不清晰,共享利用效率不高……

這當中,種質資源走出去、引進來更是熱議的焦點。

我國地域遼闊,資源豐富,保存農作物種質資源中大部分為我國自有資源,來自國外的占21%,相比美國國外資源80%的占比,一方面說明我國資源豐富,另一方面說明我們相對缺乏別國擁有資源。

“我們不能關緊大門拒絕交流,也不能不顧我國品種安全。”農業農村部農作物種業處處長儲玉軍認為,要創新體制機制,確保種質資源進得來、出得去、用得好。拓寬資源引進渠道,加大優異資源引進力度;深化改革,推動我國種企和科研單位開展國際交流。

與時間賽跑:追種子的苦與樂

2015年,《全國農作物種質資源保護與利用中長期發展規劃(2015—2030年)》發佈,首次以政府文件給予作物種質資源工作的最高待遇,大修後的《種子法》也設立種質資源專章,種質資源發展迎來“加速度”。

按照《規劃》,全國第三次農作物種質資源普查與收集行動是“當頭炮”,要完成2228個縣、大約10萬份資源的收集保存任務。

這是一場和時間的賽跑:隨著人口增長、城市擴張以及新品種推廣等原因,目前我國地方品種和主要作物野生近緣種喪失速度驚人,在湖北、湖南、廣西重慶、江蘇、廣東6省375個縣,主要糧食作物地方品種的數目1956年為11590個,2014年僅剩3271個,喪失比例高達71.8%;1981年廣西野生稻分佈點1342個,目前僅剩325個,平均每年減少近30個。消失的不會重生,減少的不會再增多,種質資源普查收集刻不容緩,而普查隊員就是一群“追種子的人”。

好的種質資源大多分佈在交通不便的偏遠地區、高山峻嶺,“追種子”不僅辛苦,有時還有危險。

王力榮和湖南省種質資源第三調查隊隊長楊水芝都已過知天命之年,卻一個冒著高原反應多次進藏,還曾因為汽車故障,在面包車裡耗瞭一天;一個為采集梨品種,爬上十多米高的大樹,有時樹幹太光滑,就把剪子紮在樹上往上爬。

辛苦是辛苦,但發現珍稀品種的喜悅是無法比擬的。記者采訪時,楊水芝剛結束一次調查,每根樹枝都被她仔仔細細捆紮起來,每一枝都能介紹一長串。說起藏區考察,王力榮也打開瞭話匣子:“飛機在林芝上空飛過時,下面全是大片大片的桃花,都是珍貴的野生桃樹。其中有棵700多年的老桃樹,樹幹要三人合抱,已經被收集回來,正進行基因測序。”

除瞭品種,感動有時也來自人。在被譽為“湖南屋脊”的壺瓶山進行系統調查過程中,70歲的壺瓶山巡護員杜凡章老人專門出山協助。對壺瓶山3000多種植物,他都瞭如指掌。在他的帶領下,普查隊員進入壺瓶山上半荒廢的麻風病村。村裡有對80多歲的老人,幾十年來保存瞭不少地方品種,見到普查隊員他們很激動:“幸好你們來瞭,要是哪天我倆不在瞭,這些資源就沒有人留瞭。”

雖然曾因為資金不足,再加上種質資源的飛速流失,這場和時間的賽跑常讓這群“追種子的人”感到無奈。但從2015年以來,中央財政已先後安排1.468億元,支持資源普查和收集工作。地方也相應配套資金,重慶專門劃撥1000萬元支持種質資源調查和保護;廣東安排資金320萬元用於種質資源調查,並計劃投入5000萬元改擴建種質庫。

據瞭解,本次普查已完成調查的623個縣中,有68個縣的種質資源從未被收集保存,共搶救性收集各類地方品種、國傢重點保護的作物野生近緣植物及其他珍稀、瀕危野生植物種質資源29763份。經與國傢種質庫(圃)保存信息比對,85%以上為新收集資源。

這些優異種質資源的發現,帶來瞭巨大的社會經濟效益——

廣西省上思縣發現的野生葡萄高抗霜黴病和根結線蟲,對抗病品種改良極具利用價值;江蘇農科院收集的棠梨,果實極小,但抗腐爛病能力強;湖北秭歸利用地方品種“桃葉橙”建產業園區,種植面積從幾十畝發展到3000多畝,產值增加4000萬元以上;湖南將地方特色品種穇子加工成穇子粑、穇子團、穇子酒、穇子粉等,種植面積恢復到1.5-2萬畝;重慶城口縣利用普查發現的野生資源,打造“野生獼猴桃”產業帶、“七彩巴山豆”示范基地和“金色火罐柿”產業片,促進農旅緊密結合,打造瞭精準扶貧新產業。

40年很長,足以讓中國躋身種質資源大國之列,創造屬於自己的輝煌:改革開放40年來,我國利用優質種質資源,培育出超級稻、矮敗小麥、轉基因抗蟲棉等一批革命性品種,推動全國主要農作物品種更新瞭5-6次,每次更換都增產10%以上。

40年又很短,從種質資源大國邁向強國的征程中,這是一個起點:當今世界,種質資源已事關國傢核心利益,其保護和利用受到世界各國的高度重視,對中國來說,在風起雲湧的世界種業格局中,要搶占科技制高點,離不開種質資源這塊“芯片”的日益強勁。

有瞭這塊“中國芯”,中國種業的明天,值得期待。