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綠色超級稻造福“一帶一路”沿線國家背後的奧秘

5月22日是國際生物多樣性日,今年的主題是“我們的生物多樣性,我們的食物,我們的健康”,旨在強調糧食、營養和健康對生物多樣性和健康生態系統的依賴關系。
  近年來,在世界範圍內,伴隨著現代工業的激進擴張和城市化進程的盲目推進,可使用的土地和自然資源減少,農業生産趨向同質化,高産農作物和單一栽培取代了生物多樣性,豐富的作物種質資源在不斷流失,人們的飲食組成和生活方式也隨之發生明顯變化,給營養健康帶來影響。
  保護農業生物多樣性對于鞏固我們的食物、營養和健康基礎至關重要。當前必須深入研究的一個問題,就是在改善生物多樣性、減少人類活動對環境壓力的同時,如何增加糧食生産,以滿足當代和未來人口生存、發展的需要。
  一把小小的,關乎億萬人民的溫飽幸福。
  時間回溯到2013年,一場超級台風襲擊了菲律賓中部,農民賴以生存的椰子林被損毀,大片的水稻田被海水淹沒。水退之後,人們意外發現,雖然當地品種絕收,但卻仍有一小片綠色的稻田??正在試種的綠色超級稻頑強地挺立著,這個品種,正來自由中國主持的“爲非洲和亞洲資源貧瘠地區培育綠色超級稻”項目。
  爲生計發愁的當地農民開始自發試種和推廣這個陌生的新品種,他們發現,“就算3周不下雨,這個稻子的收成依然高産,還很早熟、抗蟲害,産出來的大米味道更好了。”
  作爲新中國成立以來由我國科研機構和科學家主持的最大國際農業科技扶貧項目,綠色超級稻項目已在“一帶一路”沿線的菲律賓、越南等18個目標國家審定品種78個並推廣應用,統計估算顯示,綠色超級稻品種在以上國家的累計種植面積達到了612萬公頃,使160萬小農戶受益。
  綠色高産、造福18國人民,綠色超級稻背後有怎樣的奧秘?項目牽頭人、中國農業科學院作物科學研究所研究員黎志康告訴記者:“正是有賴于農作物豐富的種質資源庫,我們才能把優質的水稻基因彙聚,育成優良的。保護好物種的遺傳多樣性,就是保存未來育種的基因。”
  種質資源是農業的創新“芯片”
  種質資源究竟有什麽用?
  1954年,孢囊線蟲病使美國産業遭遇毀滅性打擊,科學家從3000多份種質資源中“翻箱倒櫃”,最終找到了20世紀初美國傳教士從中國收集的獨特地方品種??北京小黑豆,正是利用其特有的抗病基因,最終培育出的新品種令産業得以複蘇。當時,這份來自中國的種質資源,已在美國保存了47年。
  豐富的生物多樣性是大自然給人類的饋贈。我國是世界農作物起源中心之一,幅員遼闊,地勢複雜,加之數千年人們的精耕細作和培育,農作物的品種資源豐富,全世界主要栽培作物一半以上在中國都有栽培曆史。在農作物遺傳性狀上,我國既有兩米多高的巨型稻,也有幾十厘米的“小矮人”,多種多樣的植物種質中蘊含著巨量的農作物遺傳基因。這成爲科學家培育農作物新品種的堅實基礎。
  回顧20世紀,農業的每一次重大突破,無一不得益于關鍵性種質資源的保護、發掘與利用。例如,農業第一次“綠色革命”即以通過開發利用水稻、種質資源中的矮稈基因培育新品種,促使許多國家糧食産量大幅提高,被譽爲“綠色革命”中的典範。
  當前,隨著基因技術的快速發展,各國圍繞農作物重要基因發掘、創新和知識産權保護展開的競爭越來越激烈。氣候變化等因素帶來的人類食物、能源和環境危機的解決,也將有賴于種質資源的占有、保護與利用。
  農業農村部副部長余欣榮曾指出,種質資源是農業原始創新的物質基礎,是保障國家糧食安全的戰略資源。農業農村部管理局局長張延秋更這樣形容??“如果說種業是農業的‘芯片’,核心種質資源就是種業的‘芯片’。”
  珍貴種質資源面臨加速流失危險
  然而,豐富的作物遺傳資源又是如此脆弱,正面臨著加速流失的危險。
  2015年,我國啓動了“第三次全國農作物種質資源普查與收集行動”,計劃用五到六年時間對全國2228個農業縣進行種質資源全面普查,對其中665個縣的農作物種質資源進行搶救性收集。
  截至2018年年底,已啓動了12個省(區、市)、830個縣(市、區)的全面普查和175個縣(市、區)的系統調查工作,新收集資源4.2萬份,長期保存種質資源數量突破50萬份,有效豐富了我國種質資源戰略儲備,並且發現篩選出一批特優特異的古老種質資源。
  但普查發現,我國地方品種和主要作物野生近緣種呈現出喪失速度加快的趨勢。據初步統計數據顯示,我國主要糧食作物地方品種的數浚1956年有11590個,2014年則僅剩3271個,主要糧食作物地方品種數繂适П壤哌_71.8%。
  以水稻爲例,湖南省普查的79個縣,1956年有水稻地方品種1366個,1981年爲644個,2014年僅有80個,只占1956年的6%。據了解,其他主要作物地方品種的情況也基本一致。
  “究其原因,一是隨著作物新品種的推廣,很多古老品種特別是許多地方品種逐漸被淘汰,使某些重要種質資源有消失的危險。”中國農業科學院作物科學研究所副研究員辛霞介紹。有學者估計,現在中國的生物物種正以每天一個物種的速度走向瀕危甚至滅絕,而農作物栽培品種正以每年15%的速度遞減,消失的作物基因資源無法再追回,對中國農業産生的負效應難以估量。
  “二是由于人類大規模開墾荒地、過度放牧、城鎮化建設等導致環境惡化,使植物種質資源和農業受到威脅。例如,在對雜交水稻起主要貢獻的野生稻雄性不育株(簡稱‘野敗’)發現地??海南崖縣,野生稻這一寶貴種質資源已在1991年完全絕迹了。”辛霞說。
  普查、收集和保存:與時間的賽跑
  古老珍貴的,亟待被發現,並長久、安全地保存。
  在20世紀80年代和90年代初,我國分別在北京和青海建造了國家作物種質庫和國家種質資源青海複份庫。位于中國農業科學院的國家種質庫裏儲藏著40多萬份植物,其中15%左右來自國外,85%左右都是中國本土品種。
  截至2018年年底,我國已建成種質資源長期庫1座、複份庫1座、中期庫10座、種質圃43個、原生境保護點199個;長期保存物種2114個、種質資源保存總量突破50萬份,位居世界第二。“我們創建了世界上唯一的長期庫、複份庫、中期庫、種質圃、原生境保護點相配套的種質保存完整體系。”辛霞說。
  黎志康則將種質資源庫比作龐大的“基因銀行”,目前,他帶領的團隊已完成了對3000份水稻核心種質資源的基因重測序,建立了水稻分子設計育種信息平台,“這將産生一個顛覆性的變化,真正使育種技術進入分子設計育種時代。”
  但在專家眼中,種質資源的普查收集和保存利用仍是一場與時間的賽跑。
  “我國現有55個庫圃保存了相當數量的寶貴資源,但是外界還有許多資源正在面臨病蟲害、水災等自然災害危害,由于還沒有被及時普查、收集,或者缺乏相應的保存技術,資源未能收集入庫圃保存,這是一個嚴峻挑戰。”辛霞說。
  此外,要實現資源的長久安全保存,依賴于保存技術研發。然而,我國種質庫圃已保存資源的活力監測、預警技術和繁殖更新技術相對匮乏,專門從事保護保存的人員隊伍和研發經費嚴重不足,導致常發生資源得而複失的現象。因此,亟須進一步加強種質資源入庫技術和經費支持,以保障資源的長久安全保存。
  目前,國內外共保存著50余萬份作物種質資源,其中25.7萬份已被利用。“那些沒有被利用過的種質資源裏就沒有能夠提高産量和抗性的基因嗎?不是的,但是許多人還不知道怎麽去挖掘利用。”黎志康說。
  值得強調的是,目前,我國尚有一批古老地方品種和特色種質資源分散保存于農家,亟待搶救性收集。因此,辛霞建議:“保護種質資源需要公衆的積極參與,這種意識和行動的提升,無疑將推動種質資源和生物多樣性保護工作的持續穩定發展。”