媒体报道

电影《流浪地球》里保存种子的基因库真的存在吗?在上海,就有这样一个地方~

作者:张秀华   文章来源: 档案春秋   发布日期: 2021-09-26 14:30:26   浏览次数:0

 
  电影《流浪地球》中,为了延续人类的文明,科学家们在领航者号空间站储存了一亿颗基础农作物的种子,试图冲出太阳系寻找新家园。事实上,这样的“种子库”在地球上确实存在着,它们被称为“种质基因库”。
  在上海,就有这样一个“种质基因库”,各种种子被分装在无数容器中,上面明确标注着它们的“身份编码”。专业人员能够从“种子身份证”中轻松识别各种信息:比如它们来自何方、是何种类、有何特殊之处等等。到目前为止,上海种质基因库收集保存整理种质资源总数已超过22万份。
  成也“种质”,败也“种质”
  何谓“种质”?它们就是我们吃的所有农产品的最初源头。这些资源来自植物、畜禽、水生物以及微生物,是一个个物种的遗传信息载体。科学家们从这些资源 “仓库”里寻找有价值的遗传特性,才能进行新品种育种。无论是传统选育还是杂交、转基因以及更先进的生物工程技术,目前都还无法人工创造出一个优秀的基因来改良农作物,只能在大自然创造出的基因库里寻找。
  新中国成立后上海曾进行过三次一定规模的“种质”资源的收集整理,收集鉴定了地方“种质”资源近千份,曾挖掘抢救了濒临灭绝的罗汉菜、香粳等一些珍贵资源,为选育优质水稻、蔬菜、曾祖代蛋鸡、上海白猪等提供了种质。
  但到了上个世纪九十年代,上海市农业科学院的农业专家们却不无忧虑——经济高速发展,在高产高效目标驱动下,人们对农作物进行多代人工选择优化,从中只挑选最赚钱的少数品种种植。农作物种植的单一化,后果是灾难性的,会使作物对疾病的抵抗力和对气候条件的适应力大大减弱。
  成也“种质”,败也“种质”。此类案例在国际农业发展史中不胜枚举:十九世纪一场马铃薯晚疫病曾让单一种植土豆的爱尔兰农业彻底崩盘,酿成全国大灾荒长达七年之久;美国大豆曾因感染囊线虫病一度遭毁灭性打击,在转育了我国小黑豆独有的抗虫基因后,才重新垄断国际市场;日本也因为利用侵华期间采集到的我国华北抗病毒大麦,战胜了上世纪七十年代流行在日本的大麦黄花病;而法国得到了我国梅山猪种进行杂交,育成了优秀的法国皮特兰猪……
  反观我国,1949年种植的小麦品种达到一万种,而到1990年代只剩下几百种了;上海的三林崩瓜、龙华蟠桃、奉贤大红袍豆、闵行八叶塔菜等也都濒临灭绝。被存入“种质基因库”的种质资源:三林崩瓜
  而那时,世界上不少国家已成立了保护种子的研究中心,有的开始进入细胞分子水平。德国建立了植物基因库,美国保存种质资源40多万份,连资源贫乏的日本也已保存种子18万多份......
  限于技术设备等客观条件,当时国内“种质资源库”的兴建,仍然停留在农业专家们的急切盼望与呼吁中。尽管如此,不少农业专家仍以一己之力在不断坚守着。上海市农业科学院的蔬菜专家杨瑞云坚持近20年收集蔬菜种质,整理出600多份材料。他是采用几近原始的方式将材料分批种植,观察性状,收获种子后干燥封存,来年再选择播种,观察鉴定记录下每份材料的植物学性状和生物学特性。
  他是个“光杆司令”,荷锄耕作,默默守护这些种质。他说一旦我退休,这些宝贵的材料如何保存呢?这样的科技人员不是一位两位,他们着急地感叹:市郊耕作面积减少,老祖宗留下的野生野长的种质岌岌可危,祖祖辈辈留下的资源在我们手中流失,对不起子孙后代啊!
  笔者多年在农业科技线上采访报道,曾不止一次地感受到农业专家们对种质资源的深深忧虑。1997年9月,我分上下两篇在《上海科技报》上刊发了“把根留住,须建种质库”的报道。文章写出了农业专家们大声疾呼的心声:种质资源是农业发展的原动力,一旦失去,很难找回,希望各级领导高度重视,及早建立种质资源库,种源再不能流失了。我在标题中用的是必须的“须”,而不是需要的“需”。
  把农业之“根”留下
  两年之后,1999年7月16日,一场强暴雨引发河水倒灌,农业科学院一万多份育种材料将淹没于汪洋之中,这些都是为培育新品封存留种的宝贵资源。在上海警备区、武警部队和各方全力抢救下,大水终于退下,总算有惊无险。农业专家们心急如焚,说如果大水再持续不退后果不堪设想!用这样原始手段保存种子,怎么可能把农业之“根”留下?
  面对专家们的万分焦虑、忧心如焚,我无法平静,再次撰写了“把根留住,快建种质库”,标题从“须”到“快”一字之改,写出了对种质资源的建库收集保存,已是迫在眉睫。于1985年在上海首次被发现的品种:奉贤显性核不育油菜
  此次事件引起市政府高度重视。当年11月25日,市政府召开专题会议,将这项工作列入2000年上海市重大工程中唯一的农业项目。上海市农业科学院专门建立配套班子,将用更科学的手段保存种质,以衍生出更优秀的后代。
  2000年12月26日,上海市副市长冯国勤在奠基石上培下第一锹土,投资4177万元的农业基因库破土动工。连续4年追踪上海种质基因库建设,终于有了一个完美的结果,也因此有了我的第四篇跟踪报道:“把根留住,有了响亮回应”。
  与此同时,上海市农业科学院引进了国内水稻研究领域颇有建树的罗利军博士与他的团队,同步筹建上海市农业生物基因中心。2002年7月,种质基因库建成。科学家们马不停蹄进行资源考察和征集,承担起国家“863”重大项目。到2009年已保存资源达到93科360种,数量超过14万份,其中包括重要的农业基因资源水稻功能基因资源等。
  在搜集保存同时,罗利军开始了更深层的思考与追逐:种质基因库是否就满足于收集保存与评价?踏破铁鞋寻寻觅觅,保存宝贵资源,最终是希望得到利用。一个大胆而极富挑战的设想呼之欲出:基因中心要为地方性种质基因库树立一个开创性的示范——利用种质资源培育新品种。
  罗利军与他的团队主持过国家水稻资源攻关研究,曾育成我国第一个三系法亚种间杂交稻“协优413”,获国家发明专利并被列为农业部重大科技成果。然而,严峻的事实是:水稻是用水大户,我国是贫水大国。干旱,使占我国70%以上的中低产田水稻大幅减产,每年稻谷损失惨重。科学家的使命感让他们坚信:节水抗旱稻的研究意义非凡,必须走通这华山一条路。节水抗旱稻和普通水稻的抗旱对比筛选。
  于是,在充分挖掘整理国内种质同时,他们在全球范围内广泛收集节水抗旱基因资源,发现与克隆了50余个抗旱相关基因。
  2003年,我国南方第一个旱稻品种“中旱3号”在他们手中育成,通过了国家审定;并在浙江山区、广西旱区等多地种植获高产,它让“穿着布鞋去种稻”不再是天方夜谭。这是种质基因的成功利用,为此我又撰写了“金黄稻浪 翻滚在山坡”。这篇文章被洛克菲勒基金会全文译成英文作为资料,并对该项目资助了研发资金。
  同年,世界首个籼型节水抗旱不育系“沪旱1A”通过专家鉴定;2009年,世界首例粳型节水抗旱不育系“沪旱2A”通过专家鉴定;2010年,基因中心筛选评价出的一批基因资源和选育的“沪旱1A”“沪旱2A”被国内育种单位广泛用作亲本进行新组合配制。
  节水抗旱稻 “给点阳光,就‘灿’烂”,它既可像水稻一样水种水管,也可像小麦一样旱种旱管,节水达50%以上。原创上海的旱优、沪优系列旱稻品种已在浙江、广西、云贵、江西成功种植,给山地带来新希望;中国旱稻还走出国门,在“一带一路”国家如乌干达、肯尼亚、尼日利亚等非洲国家和印度、印度尼西亚、缅甸、巴基斯坦等亚洲国家相继开展试种示范,长势喜人,产量比当地品种普遍增长20%以上。
  同时,基因中心一刻也没有放松“牢牢守住农业之根”的初心。到目前为止,上海种质基因库收集保存整理种质资源总数已超过22万份。
啤大麦和上海食用菌
  一直以来,育种都是通过聚合与纯合优良基因的传统方法,而作物种质纯合时间需要7-8年。如何缩短育种周期?上海市农业科学院植物细胞工程团队开始了利用细胞育种的攻关。2003年在世界上首先利用花粉成功培育出啤酒大麦。当时我撰写了“我细胞工程育种获重大突破 育出国际首个花培啤大麦辐射长三角”。当年这项研究成果获上海市科技进步一等奖。
  在之后的十数年中,黄剑华等育种科学家在此基础上不懈努力,终于创建了高效小孢子育种技术。相对花粉培养, 小孢子是真正意义上的细胞培养系统, 植物的小孢子就是花粉发育早期形成的游离单细胞,其所形成的再生植物全部为单倍体或加倍单倍体。
  小孢子育种技术利用植物花粉精细胞,在体外诱导成胚,高效地再生出单倍体植株,结合染色体加倍技术使所有性状一次性纯合与稳定,可以使作物种质纯合的时间由原来的7-8年缩短到1-2年。2011年又在国际上首次利用杂交结合小孢子盐胁迫培养的育种方法育成优良啤酒大麦品种“花11”,在高盐的沿海地区大面积种植成功。
  追随着科学家的脚步,我再次进行了追踪报道。当年这项研究成果又获2011年上海市科技进步一等奖。
  目前上海自主育成的“花、海花、空诱”等系列优良细胞工程大麦新品种,在全国范围内累计推广种植近3000万亩,为农民增收近10亿元,大大提升了上海种源服务全国的能力。
  目前,世界香菇产量的90%来自中国,世界食用菌生物学和产品学会主席是中国上海科学家谭琦博士。上海市农业科学院食用菌所育种团队就是我国香菇育种的主要团队,陈梅朋、潘迎捷、谭琦三代科学家40多年执着坚守,引领我国香菇育种工作走在世界前列。
  我国有800年种植香菇的历史,但近40年的飞跃却是从引种开始的,这批引进的菌种也为以后开展香菇杂交育种提供了一个重要的优良基因来源,而后开始创立了孢子杂交。
  到上世纪八十年代末,食用菌所首次对香菇原生质体制备与再生的条件进行研究取得突破,为香菇育种研究开辟了一个新途径。原生质体单核化这一技术的应用,让在人工栽培条件下无法正常出菇的香菇野生资源也可以作为亲本被利用,扩大了亲本源,为改造优良菌种提供了有效途径。
  2004年,谭琦博士又利用原生质体单核体和非对称杂交技术,育成包括“申香10号”等一系列香菇新品种,与代料栽培技术相配套,在我国香菇主要产区大规模推广,直接推动了我国成为食用菌生产的大国,成功出口世界。
  食用菌有“一只脚”之称,被誉为餐桌上最健康食品之一,于是我撰写了“一只脚闯荡大世界 上海食用菌走出国门致富农民”一文。
  进入21世纪,他们又率先完成了全基因组测序,开发出多种分子标记,首次发现我国香菇种质具有3种不同的核/质类型,极大促进了种质资源评价和分子标记辅助育种工作。谭琦带领团队利用多元决定系数和耐高温筛选技术,选育了高产优质的“申香215”,成为目前中国使用最广泛的香菇品种之一。
  近年,他们又首创以自交来评价和创制香菇种质材料的育种新技术,进而将香菇杂交育种由先前的F1代推进到F2代,并在我国首次育成了满足工厂化栽培需求的品种“沪香F2”,目前已应用到全部工厂化香菇生产企业。
  近日,国际植物新品种保护联盟(UPOV)发布了全球16位女性育种者事迹,谭琦在食用菌品种选育方面贡献突出成功入选,彰显了我国植物育种取得的突出成绩。
 
  用年轮守护种质,用岁月培育种子。习近平总书记指出:“农民说,‘好儿要好娘,好种多打粮’‘种地不选种,累死落个空’。要下决心把民族种业搞上去,抓紧培育具有自主知识产权的优良品种,从源头上保障国家粮食安全。”
  2020年是极不平凡的一年,在年末12月16日召开的中央经济工作会议上罕见地强调了农业的“种子问题”,提出开展种源“卡脖子”技术攻关,立志打一场种业翻身仗。在中央经济工作会议层面提到种子问题,党的十八大以来还是首次。
  种质,种库,种源,农业专家们大声疾呼终于建成的上海种质基因库和种源农业,正是让中国人能够“端牢饭碗”,守住“农业之根”,打一场种业翻身仗的硕果之一。
 
  部分图片来自上海市农业科学院官方网站
  原标题:《电影《流浪地球》里保存种子的基因库真的存在吗?在上海,就有这样一个地方~》
 
 
作者:张秀华
来源:档案春秋
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