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昆明北郊，中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所內(nèi)，一棟紅色建筑掩映在綠樹(shù)花叢中。這里保存著我國(guó)大量瀕危、珍稀的野生植物種子，不少瀕臨滅絕的物種在這里“平安渡劫”后“多世同堂”。 這里是我國(guó)第一座也是唯一一座國(guó)家級(jí)野生生物種質(zhì)資源庫(kù)——中國(guó)西南野生生物種質(zhì)資源庫(kù)（下稱(chēng)種質(zhì)資源庫(kù)），也是世界三大種子庫(kù)之一。 這座種子庫(kù)里存放著哪些國(guó)寶？一個(gè)保藏野生生物種質(zhì)資源的“種子銀行”，為何能與中國(guó)天眼、人造太陽(yáng)等大科學(xué)裝置一樣被全球矚目？它對(duì)保護(hù)和恢復(fù)生物多樣性有何作用？
本文轉(zhuǎn)載自《瞭望》2023年第21期，原標(biāo)題為《瞭望丨探秘“種子銀行”》。 1 “種子銀行”里存放的種子，正是基因的根本。這些種子與人們?nèi)粘Ｉ铌P(guān)系密切。 以野生稻為例。袁隆平院士培育的雜交水稻基因就源自野生稻。1970年，袁隆平在海南發(fā)現(xiàn)野生稻雄性不育株。多年后，他用這一野生稻成功培育出雜交水稻，使水稻產(chǎn)量增加近20%。 中國(guó)科學(xué)院院士洪德元兩次考察發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)80年代，云南野生稻居群分布地有26個(gè)，到1995年僅剩兩個(gè)，消失率92.3%。洪德元表示，如果野生稻滅絕，不只是普通物種消失那么簡(jiǎn)單，甚至關(guān)系到全人類(lèi)的糧食安全。 1999年，吳征鎰提出盡快建立野生生物種質(zhì)資源庫(kù)，這是我國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)全球競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略重點(diǎn)，更是國(guó)家利益所在。 2004年，種質(zhì)資源庫(kù)在昆明開(kāi)工，2007年建成并投入運(yùn)行。 如今，已有4種中國(guó)野生稻的種子完好保藏在種質(zhì)資源庫(kù)中?！斑@些天生天養(yǎng)的野生稻，是現(xiàn)代水稻育種和改良的重要遺傳資源，它們對(duì)維護(hù)人類(lèi)生存意義重大?！狈N質(zhì)資源庫(kù)主任李德銖說(shuō)，誰(shuí)掌握更多的野生種質(zhì)資源，研究得越深，利用得越多，誰(shuí)就能把握未來(lái)。 種質(zhì)資源也稱(chēng)遺傳資源，是指包含生物全部遺傳信息、決定生物各種遺傳性狀和特征的資源。這些資源既存在于栽培植物和家養(yǎng)動(dòng)物中，也存在于野生生物的物種中。 1952年，我國(guó)科研工作者在遼寧普蘭店一個(gè)干涸池塘的泥炭層里挖到了一些古蓮果實(shí)，經(jīng)測(cè)定，它們?cè)诘乩锫癫亓?288（±250）年。磨破果皮后，其內(nèi)的種子竟然順利萌發(fā)長(zhǎng)大，開(kāi)出了美麗的花朵。 這對(duì)李德銖觸動(dòng)很大：“種子不僅包含著植物的遺傳密碼，更是時(shí)間膠囊，它們可以選擇在合適的時(shí)機(jī)蘇醒。我們小心翼翼保存種子，就是因?yàn)槲覀兙次纷匀?，并且相信生命的力量?！?/p> 之所以把種質(zhì)資源庫(kù)建在云南，就是因?yàn)樵颇系纳锒鄻有苑浅ＸS富——高等植物19333種，約占全國(guó)的50.3%；脊椎動(dòng)物2273種，約占全國(guó)的49.5%……可以說(shuō)，云南是名副其實(shí)的“動(dòng)物王國(guó)”“植物王國(guó)”“世界花園”“物種基因庫(kù)”。 得云南豐富的種質(zhì)資源之利，種質(zhì)資源庫(kù)不僅保存了植物種子，還搶救性收集和保存了野生植物的離體材料、DNA、微生物、動(dòng)物種質(zhì)資源等遺傳材料，曾入選中國(guó)十大科技進(jìn)展項(xiàng)目。 截至2022年，種質(zhì)資源庫(kù)已保存我國(guó)本土野生植物種子11305種90738份；植物離體培養(yǎng)材料2194種26200份；DNA分子材料8541種69144份；微生物菌株2320種23200份；動(dòng)物種質(zhì)資源2253種80362份，是亞洲最大的野生生物種質(zhì)資源庫(kù)。它與英國(guó)千年種子庫(kù)、挪威斯瓦爾巴全球種子庫(kù)一起，成為全球生物多樣性保護(hù)的領(lǐng)跑者。 2 一粒種子想進(jìn)入“種子銀行”的保險(xiǎn)柜并非易事，必須得有準(zhǔn)入身份，即滿(mǎn)足“3E”標(biāo)準(zhǔn)——瀕危（Endangered）、特有（Endemic）、有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值（Economic important）。其中，“特有”不光指中國(guó)特有，更指狹域特有。按照該標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家一、二級(jí)珍稀瀕危植物，如喜馬拉雅紅豆杉、巧家五針?biāo)?，中?guó)特有的云南金錢(qián)槭、滇桐等被優(yōu)先保存。 身份之外，種子進(jìn)入“種子銀行”還得經(jīng)過(guò)70多道關(guān)卡，其中最重要的是采集、“體檢”、入庫(kù)三關(guān)。 采集關(guān)是指無(wú)論沙漠海島、熱帶雨林，還是世界屋脊、三江平原，從海拔6000多米的高山，到海平面下50米的區(qū)域，只要有種子的地方，種子采集員都會(huì)到達(dá)。 為保證物種遺傳多樣性，種子采集員會(huì)在不同生長(zhǎng)點(diǎn)采集同一種植物種子。一般每種植物會(huì)采集保存10000粒種子，最少2500粒。 種質(zhì)資源庫(kù)保藏中心主任蔡杰回憶起一次在廣西某地的采集經(jīng)歷：“當(dāng)掛滿(mǎn)果實(shí)的枝條被剪下，大家下意識(shí)用手去接，劇烈的刺痛感頓時(shí)順著手背、胳膊直導(dǎo)心臟。我們用肥皂水洗，甚至用上了尿液，都無(wú)法緩解疼痛。直到幾天后植物的毒性減弱，刺痛感才慢慢消退?！?/p> 原來(lái)這種植物叫火麻樹(shù)，蕁麻家族一員，果實(shí)上的刺毛含有毒素金皮肽，會(huì)引發(fā)人體劇痛。蔡杰解釋說(shuō)，采集種子時(shí)，碰到毒蛇咬、螞蟥叮、蜂蜇是常事，但每一次采集經(jīng)歷在他看來(lái)都很珍貴：“我常想，如果人類(lèi)尚未認(rèn)識(shí)這個(gè)物種，它就滅絕了，那會(huì)是多大的遺憾。” 采集回來(lái)的種子還不能馬上入庫(kù)，后面還有幾十道的“體檢”關(guān)。 在種子清理室，科研人員把種子倒入分離機(jī)，飽滿(mǎn)的種子落下，空癟的種子被吹走。科研人員還會(huì)隨機(jī)抽取部分照X光，種子是否健康，飽滿(mǎn)還是蟲(chóng)蛀，一目了然。 之后，分揀留下的健康種子繼續(xù)被清理、質(zhì)檢、計(jì)數(shù)。 據(jù)了解，最難計(jì)數(shù)的當(dāng)屬蘭科種子，比如虎頭蘭，其一顆種子的大小如同粉塵。“干燥間有靜電，蘭科種子會(huì)吸附在稱(chēng)量?jī)x上，很難取下。為避免損失，我們會(huì)抽取部分稱(chēng)重，得出平均重量，再通過(guò)稱(chēng)總重估算出種子粒數(shù)。”種子管理員秦少發(fā)說(shuō)。 計(jì)數(shù)后，種子會(huì)被再干燥，在15℃、空氣相對(duì)濕度15%的環(huán)境中被放置1～2個(gè)月，以確保充分干燥。當(dāng)種子含水量降到5%～7%，它就能進(jìn)入“休眠期”，基本達(dá)到進(jìn)入冷庫(kù)的要求。 最后，經(jīng)過(guò)密閉容器分裝，種子會(huì)進(jìn)入“冬眠”套房——零下20攝氏度的冷庫(kù)。在這里，種子可存活幾十年甚至上千年。 打開(kāi)冷庫(kù)門(mén)，寒氣撲面而來(lái)。記者看到，架子上整齊擺放著玻璃瓶，種子按體積大小入瓶，再放進(jìn)密封盒。瓶子上的條碼，標(biāo)明種子入庫(kù)位置和種質(zhì)信息。每個(gè)物種的種子被分為兩份，分別存放在備份庫(kù)和活動(dòng)庫(kù)中，前者永久保存，后者做萌發(fā)實(shí)驗(yàn)或分發(fā)利用。 “每隔5年或10年，我們會(huì)抽樣進(jìn)行萌發(fā)實(shí)驗(yàn)，看看種子是否還有活力。”種子萌發(fā)管理員楊娟說(shuō)，萌發(fā)成的小苗不會(huì)被浪費(fèi)，小苗的信息會(huì)被發(fā)布到研究所網(wǎng)站上，植物園和其他科研人員都可以申請(qǐng)使用，比如昆明植物園中不少植物就來(lái)自種子庫(kù)。 3 談及我國(guó)已經(jīng)有國(guó)家公園、各種自然保護(hù)區(qū)后還修建種質(zhì)資源庫(kù)的原因，李德銖表示，人類(lèi)的保護(hù)手段更多樣，保護(hù)就更可靠。“如果自然保護(hù)區(qū)遇到火災(zāi)、凍災(zāi)、蟲(chóng)災(zāi)，種質(zhì)資源庫(kù)可有效解決天災(zāi)及種質(zhì)退化等問(wèn)題?！?/p> 種質(zhì)資源庫(kù)已建立一個(gè)由國(guó)內(nèi)數(shù)十家科研機(jī)構(gòu)、高等院校和自然保護(hù)區(qū)參與的種質(zhì)資源采集保存網(wǎng)絡(luò)，制定了采集規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)采集國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)和珍稀瀕危物種等野生植物物種。 為了讓保護(hù)更加精細(xì)，種質(zhì)資源庫(kù)還引入“采集單元”的概念——在采集種子時(shí)，除參考國(guó)際同行的規(guī)范，有日期、地點(diǎn)、海拔、土壤類(lèi)型、環(huán)境、經(jīng)緯度信息外，科研人員還增加了對(duì)DNA材料的收集，為種子建立“DNA身份證”。 “這為我國(guó)物種的準(zhǔn)確保護(hù)提供了分子遺傳家譜，更為今后的種質(zhì)利用、生態(tài)修復(fù)奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)?！?/strong>蔡杰說(shuō)。 國(guó)際上對(duì)野生生物種質(zhì)資源高度關(guān)注，尤其是對(duì)野生植物的收集保存。比如英國(guó)千年種子庫(kù)已在全球收集近4萬(wàn)種野生植物種子，是全球保存物種數(shù)量最多的野生植物種子庫(kù)。美國(guó)國(guó)家植物種質(zhì)資源網(wǎng)絡(luò)保存了超過(guò)1.6萬(wàn)種約60萬(wàn)份農(nóng)作物、野生植物的種子和其他活材料。韓國(guó)、新加坡、泰國(guó)也已建成或在建本國(guó)的種子庫(kù)。 “一個(gè)國(guó)家如果沒(méi)有自己的野生種質(zhì)資源庫(kù)，一旦物種在本國(guó)消失，就需要斥巨資向國(guó)外'買(mǎi)回’?！辈探芘e例說(shuō)，比如原產(chǎn)我國(guó)的獼猴桃被培育為“奇異果”，成為新西蘭農(nóng)業(yè)的支柱之一；野生月季原產(chǎn)中國(guó)，200多年前傳入歐洲，由國(guó)外專(zhuān)家培育出香水月季，如今我國(guó)花卉市場(chǎng)的香水月季90%依賴(lài)進(jìn)口。 守護(hù)種子安全是全人類(lèi)的任務(wù)。可喜的是，不斷有海外成員加入種質(zhì)資源庫(kù)。來(lái)自歐洲、非洲、美洲等地的種子相繼來(lái)到這里備存。如今，種質(zhì)資源庫(kù)已備份保藏了40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的2000多份重要植物的種子。 李德銖說(shuō)：“資源備份就是給物種上保險(xiǎn)，它是防范、應(yīng)對(duì)小概率災(zāi)難事件的最有效措施。就像不要把雞蛋放在一個(gè)籃子，我們也愿意為國(guó)際重要的種子庫(kù)提供備存服務(wù)，這對(duì)全球種質(zhì)資源安全十分必要?！?/p> 談到種質(zhì)資源庫(kù)的技術(shù)提升，蔡杰表示，野生植物種子庫(kù)收集保藏體系主要借鑒了作物種質(zhì)庫(kù)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，它對(duì)亞熱帶森林和喜馬拉雅高山地區(qū)物種的保存技術(shù)和方案，仍有優(yōu)化空間。 “常規(guī)種子庫(kù)的低溫干燥保存技術(shù)，無(wú)法對(duì)我國(guó)一些熱帶亞熱帶樹(shù)種，如木蘭、山茶、殼斗、樟科等類(lèi)群的種子長(zhǎng)期保存，對(duì)于這部分重要資源，我們還需要新技術(shù)?！?/p> 未來(lái)，種質(zhì)資源庫(kù)將建設(shè)超低溫（液氮）庫(kù)，可將成熟的植物胚性細(xì)胞系、短命種子進(jìn)行長(zhǎng)期保存，以覆蓋保護(hù)更多物種。 “我們有信心讓這些存儲(chǔ)生物遺傳密碼的'種子銀行’，繼續(xù)為保護(hù)地球生物多樣性貢獻(xiàn)力量。”李德銖說(shuō)。
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