探秘“种子银行”

作者: 岳冉冉

来源: 瞭望

发布日期: 2023-05-23 07:31:47

中国西南野生生物种质资源库保存了大量濒危、珍稀的野生植物种子,成为全球生物多样性保护的领跑者。该库通过严格的采集、体检和入库流程,确保种子的安全和长期保存,对保护和恢复生物多样性具有重要意义。

超过三成的我国野生植物种子已在“种子银行”保存,包括相当比例的珍稀、濒危、特有物种,种质资源库成为名副其实的种子避难所。一粒种子想进入“种子银行”的保险柜,除要满足“3E”身份——濒危(Endangered)、特有(Endemic)、有重要经济价值(Economic important)外,还得经过70多道关卡,其中最重要的是采集、“体检”、入库三关。

中国科学院昆明植物研究所,种子博物馆展示的植物离体材料(2022年5月18日摄)。昆明北郊,中国科学院昆明植物研究所内,一栋红色建筑掩映在绿树花丛中。这里保存着我国大量濒危、珍稀的野生植物种子,不少濒临灭绝的物种在这里“平安渡劫”后“多世同堂”。这里是我国第一座也是唯一一座国家级野生生物种质资源库——中国西南野生生物种质资源库(下称种质资源库),也是世界三大种子库之一。

这座种子库里存放着哪些国宝?一个保藏野生生物种质资源的“种子银行”,为何能与中国天眼、人造太阳等大科学装置一样被全球瞩目?它对保护和恢复生物多样性有何作用?我国是生物多样性特别丰富的国家之一,初步评估我国高等植物中濒危和受威胁的种类至少有4000种,占总数的10%,保护形势十分严峻。

面对物种的不断消亡,科学家将世界上大部分濒临灭绝或数量稀少的野生植物种子收集起来,贮存到一座座种子库——“种子银行”(Seed Bank)。“种子银行”里存放的种子,正是基因的根本。这些种子与人们日常生活关系密切。以野生稻为例。袁隆平院士培育的杂交水稻基因就源自野生稻。1970年,袁隆平在海南发现野生稻雄性不育株。多年后,他用这一野生稻成功培育出杂交水稻,使水稻产量增加近20%。

1999年,吴征镒提出尽快建立野生生物种质资源库,这是我国生物技术产业全球竞争的战略重点,更是国家利益所在。2004年,种质资源库在昆明开工,2007年建成并投入运行。如今,已有4种中国野生稻的种子完好保藏在种质资源库中。

种质资源也称遗传资源,是指包含生物全部遗传信息、决定生物各种遗传性状和特征的资源。这些资源既存在于栽培植物和家养动物中,也存在于野生生物的物种中。1952年,我国科研工作者在辽宁普兰店一个干涸池塘的泥炭层里挖到了一些古莲果实,经测定,它们在地里埋藏了1288(±250)年。磨破果皮后,其内的种子竟然顺利萌发长大,开出了美丽的花朵。

之所以把种质资源库建在云南,就是因为云南的生物多样性非常丰富——高等植物19333种,约占全国的50.3%;脊椎动物2273种,约占全国的49.5%……可以说,云南是名副其实的“动物王国”“植物王国”“世界花园”“物种基因库”。

截至2022年,种质资源库已保存我国本土野生植物种子11305种90738份;植物离体培养材料2194种26200份;DNA分子材料8541种69144份;微生物菌株2320种23200份;动物种质资源2253种80362份,是亚洲最大的野生生物种质资源库。它与英国千年种子库、挪威斯瓦尔巴全球种子库一起,成为全球生物多样性保护的领跑者。

一粒种子想进入“种子银行”的保险柜并非易事,必须得有准入身份,即满足“3E”标准——濒危(Endangered)、特有(Endemic)、有重要经济价值(Economic important)。身份之外,种子进入“种子银行”还得经过70多道关卡,其中最重要的是采集、“体检”、入库三关。

采集关是指无论沙漠海岛、热带雨林,还是世界屋脊、三江平原,从海拔6000多米的高山,到海平面下50米的区域,只要有种子的地方,种子采集员都会到达。为保证物种遗传多样性,种子采集员会在不同生长点采集同一种植物种子。一般每种植物会采集保存10000粒种子,最少2500粒。

采集回来的种子还不能马上入库,后面还有几十道的“体检”关。在种子清理室,科研人员把种子倒入分离机,饱满的种子落下,空瘪的种子被吹走。科研人员还会随机抽取部分照X光,种子是否健康,饱满还是虫蛀,一目了然。之后,分拣留下的健康种子继续被清理、质检、计数。

最后,经过密闭容器分装,种子会进入“冬眠”套房——零下20摄氏度的冷库。在这里,种子可存活几十年甚至上千年。打开冷库门,寒气扑面而来。记者看到,架子上整齐摆放着玻璃瓶,种子按体积大小入瓶,再放进密封盒。瓶子上的条码,标明种子入库位置和种质信息。每个物种的种子被分为两份,分别存放在备份库和活动库中,前者永久保存,后者做萌发实验或分发利用。

“每隔5年或10年,我们会抽样进行萌发实验,看看种子是否还有活力。”种子萌发管理员杨娟说,萌发成的小苗不会被浪费,小苗的信息会被发布到研究所网站上,植物园和其他科研人员都可以申请使用,比如昆明植物园中不少植物就来自种子库。

种质资源库自建成后,对我国乃至全球生物多样性保护意义重大。目前,超过三成的我国野生植物种子已在“种子银行”保存,包括相当比例的珍稀、濒危、特有物种,种质资源库成为名副其实的种子避难所。“当一个物种遭灾时,我们就会启用这些保存的种质资源,使该物种重生。”李德铢口中的“灾”,包括自然灾害、疫病、战争等。

种质资源库已建立一个由国内数十家科研机构、高等院校和自然保护区参与的种质资源采集保存网络,制定了采集规范和标准,重点采集国家重点保护和珍稀濒危物种等野生植物物种。为了让保护更加精细,种质资源库还引入“采集单元”的概念——在采集种子时,除参考国际同行的规范,有日期、地点、海拔、土壤类型、环境、经纬度信息外,科研人员还增加了对DNA材料的收集,为种子建立“DNA身份证”。

国际上对野生生物种质资源高度关注,尤其是对野生植物的收集保存。比如英国千年种子库已在全球收集近4万种野生植物种子,是全球保存物种数量最多的野生植物种子库。美国国家植物种质资源网络保存了超过1.6万种约60万份农作物、野生植物的种子和其他活材料。韩国、新加坡、泰国也已建成或在建本国的种子库。

守护种子安全是全人类的任务。可喜的是,不断有海外成员加入种质资源库。来自欧洲、非洲、美洲等地的种子相继来到这里备存。如今,种质资源库已备份保藏了40多个国家和地区的2000多份重要植物的种子。

未来,种质资源库将建设超低温(液氮)库,可将成熟的植物胚性细胞系、短命种子进行长期保存,以覆盖保护更多物种。“我们有信心让这些存储生物遗传密码的‘种子银行’,继续为保护地球生物多样性贡献力量。”李德铢说。

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