日前,位于安徽省农业科学院的安徽省农业种质资源中心库(以下简称“中心库”)正式全面运行。作为全省首个省级综合性种质资源中心库,未来将有约50万份种质资源在此“安家落户”,能够满足全省未来30到50年动植物种质资源标准化保存的需求。

种子是农业的“芯片”,种质资源是种业的“芯片”,也是一个国家的战略资源。安徽作为全国第四大粮食主产省,正在加快建设“千亿斤江淮粮仓”,让“皖”里有粮有优质粮,离不开对种质资源的保护和合理利用。
如何破解种质资源关键核心技术,以“中国芯”助力“皖字号”种业企业做大做强?11月13日,记者独家探访,为大家揭秘这座安徽种业的“诺亚方舟”。
一粒入库种子需经重重“闯关”
在中心库一楼的种子质量检验室里,安徽省农业种质资源中心库研究实习员任凡凡正在挑选冬瓜种子,放进智能人工气候箱沙培,等待其发芽。
种子从野外采集回来,需要经过鉴定、登记、初干燥、质量检验、X光检测、二次干燥、分装入库等重重“闯关”。
其中,质量检验是资源入库的最重要的第一步,净度和发芽率是检验种子好坏的重要指标。
一旁的图像采集室里,待检种子整齐排列通过X光机。
科研人员根据成像,判断种子的饱满度、内部结构完整性,以及是否存在虫蛀、腐烂等情况,从而确定这份种子是否符合入库标准。
检验合格的种子来到“双十五干燥间”进行再次干燥处理,这里是一个环境温度控制在15℃,相对湿度控制在15%的空间,在低温、干燥下,种子含水量降到5%至7%,进入“休眠期”,基本达到进入冷库的条件。
“种子水分过大,在低温下会结冰,破坏细胞结构。必须把水分降下来,最大程度保存它的活力。”安徽省农业种质资源中心库负责人荣松柏解释说。
处理好的种子被分装进小罐子,经过信息采集后,一一贴上有种质名称、作物名称、种质编号、库位编号和入库时间的标签,经过缓冲走廊稍作停留,慢慢降温。
安徽省农业种质资源中心库负责人荣松柏正在检查存在-18°长期库内的种子保存状况。
安徽省农业种质资源中心库负责人荣松柏正在检查存在-18°长期库内的种子保存状况。
穿过缓冲走廊和两扇厚重的大门,记者进入了中心库最核心的区域——冷库。
在这里,两个中期库温度常年在-4℃左右,两个长期库温度保持在-18℃左右,每个库可以保存4万-5万份种质资源。
长期库的低温让摄像机迅速宕机。一粒粒种子在白色的塑料瓶中“沉睡”,等待若干年后的“唤醒”。
“常温下,普通种子最多保存一至两年。低温下种子可以存活三五十年甚至永久。”荣松柏表示,“通常每份资源会隔5年至10年进行抽样活力监测,一旦出现大的变化或下降达到警戒值时,会进行继代更替,保证它们的新鲜和可复制性。”
不同类型的种质资源,含油量、淀粉含量、蛋白含量的差异,也会影响保存时间的长短。像棉花种子上万年后,活力下降可能一成都不到。
不同类型的种质资源保存方式不一
雪兔、红太后、冰雪公主……位于中心库三楼的离体库(组织培养室),安徽省农业种质资源中心库工作人员杨菊霞正在整理一罐罐透明的玻璃瓶,里面养着不同品种的草莓苗。
“草莓、土豆、甘薯等种质资源很容易带病,在保存植株时很难进行消毒,加上保存时间短所占空间大,会采取茎尖这种离体的方式保存。”荣松柏解释,通过适当的温度、光照以及生长抑制剂的使用,可以延长保存时间。
“像草莓通常保存时间在6-12个月,调整得好的话,可以保存6年以上。即便如此,每隔一段时间,就要重新处理一次,只留下保存遗传物质的茎尖。”杨菊霞介绍说。
全自动液氮罐储存库价值200万的液氮罐旁,安徽省农业种质资源中心库博士傅金晨正在对鱼虾等样品入库。
罐里装着液氮蒸汽,微生物、花粉等正常条件下难以保存的种质资源都会保存在这里。
“我们微生物保存条件已经达到了国内相当高的水平。在-196℃的气温下,细胞的活动或者新陈代谢基本上会停止,基因也就不会丢失。”荣松柏表示,低温能够抑制细胞的新陈代谢,降低活力,延长保存时间。
免费共享助力“皖字号”种业企业做大做强
中心库不仅是安徽种质资源的“保险柜”,更是种业创新的“孵化器”。
在种质资源入库的同时,精准鉴定这项重要工作也在进行。
分子实验室里,安徽省农业种质资源中心库博士荆泉凯正在将一种特殊的酶加入容器,对南瓜种子的DNA进行扩增,以便进行功能性验证,挖掘其耐盐基因,为后续育种做服务。
“水稻的稻瘟病、小麦赤霉病等有着‘癌症’之称,可以导致水稻、小麦减产甚至绝产。从种质资源入手,筛选出抗瘟种质,鉴定出抗瘟点位,可以帮助解决育种难题。”荆泉凯表示,近年来,育种技术正在经历从“家家留种”到“智能育种”的突破,采取现代生物技术对种质资源的基因进行鉴定,可以发掘优异基因。
鉴定后的成果,将通过安徽省农业种质资源中心库智慧化种质资源管理共享平台对外免费共享,为科研人员生物育种和突破性品种培育提供强有力的技术和材料支撑,助力“皖字号”种业企业做大做强。
在可以保存18万份资源的安徽省自动化作物(林草)种子库,荣松柏介绍,资源入库、出库实现了全部流程自动化管理,机械臂收到电脑数据指令后,仅需3分钟就能从库中找到目标资源并出库。
在这里,每一份入库资源都被编码赋予唯一的“身份证”信息,实行长期战略保存。一旦有育种和生产需要,可以随时调用。
种子在野外生长,会受到环境、气候等影响,所表达的基因也会有所差异。
这样一来,科研人员在采集样本的时候,不仅要以群体为单位,还要注意足够的样本数量。
比如玉米是典型的异花授粉作物,天然异交率达95%以上,采集玉米样本时,如果只采集一穗,很可能基因只交换了一部分,可能会丢失一些抗性品质;采集茶树时,不仅需要剪足够数量的枝条,还需要收集茶籽。
打豇子、饭豆、麻大怪、本地红豆、潜山白饭豆、北圣鱼眼豆、望江米豇豆……在中心库,作物名称一样都是“豇豆”,种质名称却有很多种,来自全省多个乡镇。
荣松柏也是安徽省第三次全国农作物种质资源普查与收集行动的负责人。在此次行动中,他和团队历时近4年,出动人员总数超8000人次,行程40余万公里,完成了78个普查县和22个系统调查县的普查和系统调查工作,初步摸清了全省农作物种质资源的分布演变情况,收集农作物种质资源5480份,筛选出一批优异种质资源。
那么中心库正式运行后,如何进行种质资源的收集呢?
荣松柏告诉记者,前期国家和省里进行农作物种质资源普查时,除了一部分交给国家外,另外一部分种质资源整理好后就会陆续入库。在此基础上,从安徽省农业科学院开始,正在对如安徽农业大学等大专院校,荃银高科、丰乐种业等企业,一个一个进行摸排,将全省的种质资源统一到中心库来。
“中心库边建设边运行,到目前为止已经入库了近1.2万份种质资源。”荣松柏表示,未来将有约50万份种质资源在此“安家落户”,能够满足安徽未来30到50年动植物种质资源标准化保存的需求。
安徽种质资源保护体系已经初步成型
安徽为什么费力去建中心库?
原来,种质的概念远远大于种子,它是可以正常遗传的资源,可能是一粒小麦种子,一段茶树枝条,一块土豆根茎,一撮桃树花粉,甚至是动物细胞和DNA片段,其核心价值在于保存和传递生物遗传信息,对生物多样性保护的意义重大。
“种质资源是农业最基础的东西,好比电脑的CPU、煤油灯的灯芯,没有CPU电脑运转不起来,没有灯芯灯也点不亮。”种质资源到底有多重要?荣松柏用了两个形象的比喻。
“杂交水稻之父”袁隆平成功培育杂交水稻,起关键作用的,就是在海南发现的一株雄性不育野生水稻“野败”。
荣松柏表示,如果没有发现“野败”,很难想象中国在杂交水稻上领先世界,并解决这么多温饱问题。“种质资源是科技创新和品质选育的基础,没有它,很难实现创新或培育出高产、符合目标的品种,这就是保护种质资源的意义。”
然而,随着工业化、城镇化,气候环境变化,以及农业生产方式的转变和科技进步等因素的影响,品种的更新换代速度不断在加快,许多单产高、品质好、综合性状优良的新品种不断涌现,一些老地方品种正在迅速消失。
我国分别于1956—1957年和1978—1983年,开展了两次全国农作物种质资源普查与收集行动。在2014年启动的第三次行动中,基本摸清了全国农业种质资源种类、数量、区域分布、特征特性等家底。
荣松柏发现,以水稻和小麦为例,相比20世纪50年代,第三次普查数据显示,安徽地方老品种消失了80%以上。
此外,以前种质资源保护意识不强,保护条件也有限,种质资源丢失比较严重。荣松柏查阅资料发现,20世纪50年代收集了上万份种质资源,因为搬迁、人员变动等原因,导致很大一部分都失去了活力,该次收集的种质资源基本无效。
“在农业品种的培育时,当科研人员需要选育一些抗虫害或者高产优质的农作物时,会发现手里的种质资源数量越来越少,导致同质化比较严重。”荣松柏表示,这也是现在最困难、最棘手的问题。
因为种质资源的独特价值,不少国家很早就开始建立种质资源保存系统。如英国“千年种子库”、挪威“诺亚方舟”种子库等。
2020年,《安徽省人民政府办公厅关于加强农业种质资源保护与利用的实施意见》正式出台,明确提出充分发挥农业种质资源在推动农业科技原始创新与现代种业发展中的物质基础作用,保障我省粮食安全与重要农产品有效供给。
与此同时,中心库筹备建设纳入日程。
历经数年,包括作物种子库(短期库、中期库、长期库)、微生物资源库、地方畜禽水产品种资源库、作物离体保存库和DNA(植物、动物)库在内的中心库已全面运行。
安徽省农业科学院利用种质资源,在油菜、水稻等多个农作物实现了创新突破,育成的新品种均集高产、优质、抗(耐)病性于一体,已在全国多省市推广并实现巨大经济效益。
“我们是种质资源大省,尤其是皖南山区,资源禀赋优异,像霍山县杨三寨神韭菜、旌德县芮枣和颍上县庄红贡米都是全国十大优异资源。”和农业打交道20多年的荣松柏很欣喜地看到,以中心库为核心,省级保种单位为补充,加上资源鉴定平台和地方资源库,安徽省种质资源保护体系已经初步成型。
转载于:合肥在线
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