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为现代农业研制“芯片”

来源:人民日报2021-10-07 10:40

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  作者:刘 旭

  种质资源是指携带生物遗传信息且具有实际或潜在利用价值的载体。如古老的地方品种、新培育的推广品种、国外引进材料、重要的遗传材料以及野生近缘种,都属于种质资源。

  作物种质资源是重要的生物资源,也是农业科学原始创新、种业振兴和生物技术及产业发展的源头与源泉,是实现农业可持续发展,保障国家粮食安全、生态安全和能源安全的战略性资源。近年来,随着《生物多样性公约》《粮食和农业植物遗传资源国际条约》等相继实施和生物技术及其产业迅猛发展,世界各国更加认识到种质资源的战略地位,纷纷加强收集和保护工作。

  党中央、国务院十分重视作物种质资源保护与利用。2021年中央一号文件强调:“农业现代化,种子是基础”“加强农业种质资源保护开发利用”“打好种业翻身仗”。

  种质资源是作物新品种的源头

  近年来,我国通过小麦地方品种和普通野生稻种质资源的发掘利用,在粮食作物育种方面取得了巨大突破。实际上,农作物常规育种的每一次重大突破,均来自地方品种或野生近缘种中关键基因的发掘与利用。

  随着“组学”研究的不断深入,细胞学、遗传学、分子工程等方面新技术大量涌现,种质资源保护的对象已从生命个体或群体外延到脱氧核糖核酸(DNA)和基因。现代种业利用生物技术开发种质资源,研发优质作物品种并申请专利,在国际种业市场形成巨大知识产权优势。利用种质资源研发出的作物新品种,在现代农业领域发挥着“芯片”的作用,体现着国家农业发展和农业企业经营的核心竞争力。

  保证农产品有效供给、保障粮食安全是我国农业在相当长时期内的首要任务。中国人的饭碗任何时候都要牢牢端在自己手里,必须确保谷物基本自给、口粮绝对安全。因此,培育高产、稳产新品种是保障粮食安全的必然选择,而高产、稳产新品种的培育依赖于优异种质资源的深度发掘与有效利用。舍此,新品种培育将成为无源之水、无米之炊。

  作物种质资源开发利用,能够有效助力美丽乡村建设和乡村振兴。通过发掘绿色、优质、营养、保健、观赏等特色资源,培育绿色优质新品种,开发营养保健食品,提供可观赏性作物,将更好满足人民群众美好生活需要。在从“吃饱”向“吃好”的转变中,地方品种种质资源能够发挥重要作用:云南的“遮放贡米”和辽宁的“京租”稻米,原始品种已在当地绝种,从国家种质库引回种植后形成粮食品牌。同样,非传统用途的特色种质资源利用潜力巨大,观赏用油菜花和桃花、富含大麻二酚的大麻等特色种质资源,在旅游产业和新药开发方面还有广阔空间。

  我国作物种质资源保护利用成就举世瞩目

  我国作物种质资源十分丰富,但随着社会发展和环境变化,一些地方品种和野生近缘种迅速消失。同时,也是为在发生重大灾难或特殊需求时,人类可以从种质库中重新获取战略储备,及时收集保护种质资源显得尤为重要和紧迫。

  新中国成立以来,我国高度重视种质资源普查和征集工作。1955—1958年,我国政府组织了全国性的农作物种质资源征集工作;1975—1985年,进行全国性的农作物种质资源补充收集与专业性、区域性种质资源专项考察收集;2015年,开展第三次全国农作物种质资源普查与系统调查收集行动。持之以恒的征集与收集工作,使我国作物种质资源保存总量在2020年突破52万份,位居世界第二。为使已收集的种质资源得到有效保存,我国建立了国家主导的农作物种质资源保护和管理体系,包括1座长期库、1座复份库、10座中期库、43个种质圃、205个原生境保护点以及种质资源信息库。

  在广泛收集的基础上,通过栽培种与野生种间的远缘杂交,我国科学家创制了一批关键性状突出、遗传基础明确,育种家想用、育种中好用的育种新材料。通过创制水稻不育系,我国在杂交水稻研究与有效利用方面处于国际领先地位。在小麦新种质创制方面,我国已将小麦与野生近缘植物9属17种杂交成功,4个物种的属间杂交为国际首次报道。其中,首次攻克利用冰草属优异基因改良小麦的国际难题,创制了一批多粒、产量和广谱抗病性可同步提高的育种新材料,新材料已成为各麦区主要育种亲本(即参与杂交过程的雄性和雌性个体)材料,并培育出一批新品种。向栽培种引入野生种的优异血缘基因,有效支持了我国种业及农业发展。

  为满足全社会作物种质资源需求,年均向国内1300余个单位和个人免费分发种质资源11万余份次。据不完全统计,近5年来,作物种质资源支持培育新品种500余个,对解决农业重大需求问题的支撑作用日益显著。

  加强开发利用,推动种业振兴与农业科技原始创新

  将种质资源优势转化为种业发展优势,是国内外种质资源与育种两个领域的焦点问题。解决这一问题的关键是,如何在大量种质资源中精准鉴定哪些种质可以直接利用,哪些种质需要通过何种技术进一步改造后才能成为亲本材料。

  我国科学家在揭示水稻、小麦、玉米等主要农作物骨干亲本形成与利用内在规律的基础上,创建了种质资源有效支撑种业发展的精准鉴定新技术。利用该技术,我国农业科技工作者自2001年以来,对水稻、小麦、玉米、棉花、大豆、油菜等具有1个以上突出优异性状的3万余份种质资源进行了精准鉴定,有效缓解了我国种质资源丰富与育种材料匮乏之间的矛盾。但与保存的52万份种质资源数量相比,我们必须进一步加强种质资源的精准鉴定与深度发掘,加强种质资源与遗传育种研究的密切协作,从保存资源中发掘出大量优异种质并进行改良创制,将种质资源优势转变成可利用亲本材料优势,打通种质资源有效利用的最后一公里,培育出更多具有突破性的作物新品种。

  总结国内外成功经验发现,创制自主知识产权新种质是育种持续突破的关键因素。我国的种质创新已经有效支撑中国的种业发展与粮食安全,但与“打好种业翻身仗”的要求相比,在创制自主知识产权可利用新种质方面还有很多工作要做。例如,水稻拥有10余个不同基因组的野生种,但除了少数不育基因、抗病和抗虫基因得到利用外,众多基因还有待发掘;栽培小麦拥有23个不同的基因组和丰富的遗传多样性,但目前栽培小麦只利用了其野生近缘种基因库中10%—15%的基因资源;玉米具有23个近缘种和亚种,目前利用的仅仅是热带、亚热带亚种间的优异基因,而对于野生近缘种基因库的利用研究才刚刚开始。种质创新既是一个原始创新过程,也是一个优异基因累积过程。通过原始创新创制自主知识产权可利用新种质,过程长达15—30年,要付出大量财力、精力和时间,必须建立有效的持续稳定支持机制和知识产权保护完整体系。

  目前,一座大容量、自动化、信息化、现代化的国家农作物种质资源保存新库即将在中国农业科学院落成。我国农业科技工作者将以此为契机,紧密围绕农业科技原始创新和现代种业发展的重大需求,以“广泛收集、妥善保存、全面评价、深入研究、积极创新、充分利用”为指导方针,以作物种质资源的安全保护和高效利用为中心,集中力量攻克其中若干重大科学问题和关键技术难题,为种业振兴、粮食安全奠定坚实的物种和技术基础。

  (作者为中国工程院院士、中国农业科学院原副院长)

  推荐读物:

  《中国农业百科全书(农作物卷上下)》:中国农业百科全书总编辑委员会农作物卷编辑委员会中国农业百科全书编辑部编;农业出版社出版。

  《作物种质资源安全保存原理与技术》:卢新雄、辛霞、刘旭著;科学出版社出版。

  《作物品种资源》:许运天、董玉琛著;农业出版社出版。

[ 责编:刘冰雅 ]
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