编者按:一年多来,种业振兴以磅礴之势展开,社会各界对种业发展饱含期冀。本刊特邀权威专家学者,聚焦优势重点领域,解读种业振兴“五大行动”内涵,共同展望种业发展未来。
种子是农业的“芯片”,种质资源则是农业的“核心芯片”。2020年12月,习近平总书记在中央经济工作会议上强调,“保障粮食安全,关键在于落实藏粮于地、藏粮于技战略。要加强种质资源的保护和利用,加强种子库建设”。2021年7月,中央全面深化改革委员会第二十次会议审议通过《种业振兴行动方案》,将种质资源保护利用列为首要行动,彰显了党和国家对于种质资源保护利用工作的高度重视。
农作物种质资源指具有实际或潜在利用价值的,携带农作物及其野生近缘种遗传信息的载体。其主要类型包括古老的地方品种、育成的新品种(品系)、野生种、野生近缘种以及创新种质、遗传材料等。作为农业生物多样性的重要组成部分,农作物种质资源是种业科技创新的物质基础,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资源。加强种质资源保护利用,旨在保护农业生物多样性的同时,为促进科技自立自强、保障种源自主可控夯实基础。
农作物种质资源收集保护
卓有成效
我国农耕历史悠久、民族文化多元、自然生态多样,在长期自然选择和人工选择下,形成了多样性丰富的农作物种质资源。我国农作物种质资源研究工作始于20世纪50年代,确立了“广泛收集、妥善保存、深入研究、积极创新、充分利用”的基本原则。在几代种质资源工作者的接续努力下,系统研制了农作物种质资源性状描述规范和数据质量控制规范,安全保存理论技术体系研发实力也持续提升,农作物种质资源工作逐步实现高质量、标准化、规范化,长期保存的农作物种质资源数量持续增长。到2021年底,种质库长期保存总量超过52万份,位居世界第二。
国家级农作物种质资源科学保护体系持续完善。随着经济社会发展,生产方式和生态环境发生变化,一些地方品种、野生种和野生近缘种迅速消失。为加强农作物种质资源保护,我国先后开展了三次全国性的农作物种质资源征集及调查收集工作和区域性的种质资源专项考察收集活动30余次。为使已收集的种质资源得到有效保存,我国逐步建立起原位和异位保护相结合,以长期库为核心,复份库与10座中期库、43个种质圃和214个原生境保护点为支撑,种质资源信息网为纽带的国家级农作物种质资源保护体系。
第三次全国农作物种质资源普查与收集行动进展迅速。在全国的强力推动下,目前第三次全国农作物种质资源普查与收集行动已全面完成2323个农业县的面上普查,全国679个农作物种质资源富集县的系统调查将于2022年底全面完成,现已完成10.1万份资源的收集移交,占征集与收集资源总量的90%以上。每年通过评选和宣传十大优异资源,不仅让全民保护种质资源的观念深入人心,“庄红贡米”“溜溜梅”等一批优异种质的直接开发利用还成为乡村产业振兴的重要抓手。
新库建成标志着我国资源保护能力进一步提升。2021年,一座大容量、自动化、信息化、现代化的国家农作物种质资源库在中国农业科学院落成。新种质库保存能力极大提升,容量由原先的40万份提升至150万份,保存技术手段由单一的低温种子保存拓展至集低温种子保存、试管苗保存、超低温保存和DNA保存于一体的全方位体系化保存,确保有性繁殖和无性繁殖类农作物种质资源均可实现集中长期战略保存,预计可满足今后50年全国农作物育种、基础研究、产业化发展与国际竞争力提升等方面重大需求。
农作物种质资源利用
效应凸显
农作物种质资源保护利用具有基础性、公益性、战略性和长期性等显著特点,加强资源有效保护和促进资源合理利用是农作物种质资源工作的两大核心,保护是持续有效利用的前提和基础,利用则是资源保护的价值体现。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,而高产、优质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。据不完全统计,2018—2020年期间,国家级农作物种质资源库(圃)平均每年向国内高等院校、科研院所、企业、政府部门等1300余个单位和个人用户分发资源实物11万份次,年均提供信息共享服务30余万人次,支持培育新品种200余个,有力支撑了新品种选育和推广;一批基础性、原创性研究工作的重要研究结果在包括《Nature》《Science》等在内的国际顶级期刊发表;相关重大科技成果获得国家级重要奖励。农作物种质资源共享利用对解决重大问题的支撑作用日益显著,为促进乡村振兴、保障粮食安全和支撑科技进步作出了重要贡献。
种质资源直接利用有效助力乡村振兴。为满足人民群众美好生活需要,通过发掘绿色优质、营养健康、便宜观赏等特色资源,培育绿色优质新品种,促进了乡村产业振兴和生态振兴。如已在当地绝种多年的“遮放贡米”“京租稻米”等地方“老品种”种质资源,在种质库得到安全保存和重新发掘利用,在满足人们从“吃饱”向“吃好”转变、追求记忆中的“老味道”方面,促进了地方品牌和特色产业发展壮大。同样,多用途特色资源的利用潜力巨大,观赏食用型桃树种质资源、观赏型油菜等特色种质资源,为欠发达地区提供了农田景观和旅游资源;营养保健、药食同源型青稞、燕麦、荞麦等在面向人民营养健康的功能性产品开发方面空间广阔。
种质资源深入鉴定大大提升了资源可利用性。一个基因可以带动一个产业,一粒种子可以改变一个世界。种质资源是农作物新品种的源头,农作物育种的每一次重大突破,均离不开地方品种或野生近缘种中关键基因的发掘与利用。将资源优势转化为种源优势,是种质资源研究与育种领域的焦点问题。随着细胞学、遗传学和各类组学新技术的蓬勃发展,种质资源鉴定的范围和深度不断拓展,保护的对象已从生命个体或群体延伸到基因组DNA和基因水平。在揭示水稻、小麦等主要农作物骨干亲本形成规律基础上,我国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,先后对具有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;在全基因组水平上对水稻、棉花、油菜、桃、柑橘、苹果、枇杷等一批农作物的起源、驯化、传播等进行了分析,丰富了遗传认知;进一步通过开展大规模的农作物种质资源基因型和性状精准鉴定,率先开展了种质资源的表型与基因型规模化精准鉴定研究,以期对10%以上的库存资源进行抗病虫、抗逆和品质等综合特性评价,鉴定筛选出一批高产、优质和抗逆性强的种质资源和基因资源,大大提升资源的可利用价值。
种质创新在支持产业发展方面的作用日益显著。通过建立规模化创制遗传稳定、目标性状突出、综合性状优良新种质的技术体系,向栽培种引入野生种的优异血缘基因,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,有效支持了我国种业及农业发展。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,我国已将小麦与其17个野生近缘种杂交成功,其中4个物种的属间杂交为国际首次报道,首次攻克利用冰草属优异基因改良小麦的国际难题,创制一批多粒、产量和广谱抗病性可同步提高的育种新材料,已成为各麦区主要育种亲本,培育出一批“普冰系列”小麦新品种;国家枣葡萄圃自2000年以来为新疆提供了“骏枣”“壶瓶枣”“新郑灰枣”“七月鲜”等品种,支撑了新疆千亿元级红枣产业的迅速发展;寒地果树圃选育出我国第一个具有自主知识产权的苹果品种“金红苹果”,成为我国北方寒冷地区的主栽品种,年产量40亿公斤,产值80亿元;国家核桃板栗圃利用板栗优异资源,育成优质大果型板栗“岱岳早丰”“鲁岳早丰”等新品种,支撑山东枣庄建立板栗深加工产业发展,每年出口创汇1000余万元。
农作物种质资源保护利用
任重道远
改革开放以来,我国农作物种质资源事业得到了长足发展。然而也要清醒地认识到,我国虽然是资源大国,但还不是资源强国。党中央提出的“保护好、利用好”种质资源的总要求在实现我国农业和种业高质量发展、构筑人类命运共同体的新的时代背景下又有了新的内涵。
坚持资源保护利用全球视野,加强国际合作交流。农作物种质资源是与人类生存和发展密切相关的战略资源。粮食安全、资源短缺、气候变化、人口爆炸、环境污染等全球非传统安全问题层出不穷,对人类生存和资源保护都形成了严峻挑战。近年来,受战争、自然灾害以及全球性疫病流行的叠加影响,种质资源国际交流合作受限。
本着安全、主导、规范的原则,加强与农作物起源中心、资源丰富国家和地区、一带一路国家和地区,以及相关国际组织等开展跨学科、跨领域的深入合作,开展资源、信息与技术交流,开展双边或多边种质资源联合调查、共同保护或联合研究,加强环境气候变化对农作物种质资源多样性形成的影响研究;参与《粮食和农业植物遗传资源国际条约》等相关国际条约/协定谈判和规则制定,增强我国参与种质资源保护全球治理的话语权。最终建立立足全球的农作物种质资源保护国际合作交流新机制,提升资源安全保护与高效利用水平。
加强资源鉴定和创新,推动种业高质量发展。种质创新是优异基因聚合的原始创新过程,创制具有自主知识产权的优异新种质,是育种持续突破的关键。以玉米、水稻、小麦等为例,均有拥有遗传多样性丰富的地方品种、野生种和野生近缘种,但目前育种实践中只利用了其中10%~15%的基因资源,对于野生近缘种基因库的利用研究才刚开始,除少数不育、抗病和抗虫基因得到直接利用外,众多基因还有待发掘利用。加强农作物种质资源的精准鉴定与深度发掘,将发掘出的优异种质用于种质创新,将种质资源优势转变成育种可利用亲本优势,为培育更多突破性新品种打通种质资源有效利用最后一公里。
完善农作物种质资源管理体系,促进资源高效共享。全面贯彻落实《国务院办公厅关于加强农业种质资源保护与利用的意见》,加快提升农作物种质资源管理的信息化、智能化水平,构建基于大数据的统一信息平台,统筹国家和省级农作物种质资源收集、保存、评价、分发等业务工作,确保信息互联互通;建立农作物种质资源登记标准规范,健全基于信息系统和分子身份证的农作物种质资源登记、权益保护与惠益分享工作机制,推进资源登记工作,将国家、地方、科研院所、企业和个人所掌握的种质资源纳入国家统一管理体系,根据种质资源形成的知识产权属性进行分类赋权;依托信息管理系统建设开放共享平台,提高资源共享利用效率,推进创新种质依权受益、挂牌交易,促进优异资源共享利用,充分调动种质资源工作者的积极性和创造性。
农作物种质资源保护利用工作将紧密围绕农业科技原始创新和现代种业发展的重大需求,以农作物种质资源的安全保护和高效利用为中心,集中力量攻克重大科学问题和关键技术难题,构建系统完整、科学高效的保护与利用体系,显著提升资源保护与利用水平,为促进种业振兴,实现种业科技自立自强、保障种源自主可控,保障国家粮食安全和深入实施乡村振兴战略奠定坚实基础。
(作者单位:中国农业科学院作物科学研究所)
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