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很多人对“作物种质资源”这个概念比较陌生,但它是保障国家粮食安全、支撑种业振兴最核心、最基础的战略资源。简单来说,种质资源就是各类栽培作物、野生近缘植物的种子、植株与基因总和,是我们选育高产、优质、抗病、抗逆新品种的“基因宝库”,也是农业可持续发展的源头活水。
守住种质资源,就是守住农业的根与魂。我国拥有数千年农耕文明和独特复杂的生态环境,孕育了世界罕见的丰富作物种质资源。历经百年三代科研人的接续攻坚,我国种质资源研究从空白起步,如今跻身世界前列、建成完整学科体系,未来更将向着智能化、体系化、自主化的全新阶段迈进。
百年耕耘,筑牢中国种质资源保护大国家底
回望来路,三位先驱为我们点亮了研究的火种。金善宝院士在1928年发表国内第一篇种质资源科学论文《中国小麦分类的初步》,拉开了国内系统性种质研究的序幕;1926年,丁颖院士发现普通野生稻,利用野生稻杂交培育出带有野生稻血统的新品种中山一号,这是我国第一次通过远缘杂交创制水稻新品种;戴松恩院士在1939至1942年间,系统开展小麦抗赤霉病鉴定评价,证实培育抗病品种具备可行性,这也是国内首次种质资源精准评价工作。前辈们的探索,为后世全国资源普查、种质创新铺好了道路。
新中国成立后,我们先后组织三次全国农作物种质资源大规模普查收集,累计一万余名科研人员、百万人次农民参与,总共收集种质样本85万余份。第一次普查从1955年持续到1958年,分三步走,整理民间优良品种、归集各地留存资源、专项考察野生稻,一共征集24万余份资源;第二次补充收集工作1973年启动、1990年收尾,分区域重点考察、全国统一征集、偏远地区查漏补缺三个阶段,结合国际种质交换,新增20多万份资源;第三次全国种质资源普查与收集行动跨度2015到2023年,先制定统一采集标准,再开展示范试点,最后三年全国全面铺开,一次性收集13.9万份珍贵资源。再加上常年野外收集、国际种质交换积累的27万份,我们的资源家底持续充实。

刘旭院士在野外收集荞麦资源
早些年没有专业保存设施,收集来的种子只能分散存放在各地科研院所,大量种质发芽率逐年下降。1974年,国家下定决心建设现代化种子库,1986年,我国第一座符合国际标准的国家作物种质长期库正式建成,长期储存容量可达40万份。1978年中国农科院作物品种资源所成立,并于次年全国品种资源工作会议上确定了种质入库标准,随后集结全国400多家单位、2000多名科研人员,快速完成20万份种质入库,创造了种质保存的“中国速度”。
如今,我们搭建起一套覆盖全国、原地异地相结合的完整保护网络,全国种质保存设施共计317个:1座国家长期库、1个复份库、18个国家中期库、61个专业种质圃、236个原生境保护点,配套全国农作物种质资源信息平台,合计保存340多种作物、62万份种质资源。各省也同步搭建地方保护体系,为实现全国信息互通、标准统一、种质资源规范化管护,奠定了良好基础。
种质入库不是终点,利用才是核心。我们牵头制定129种作物描述规范、38套资源质量控制标准,形成15053项技术指标,其中3824项为国际首创。长期实行公益性共享机制,近三年每年向全国1500多家单位、个人发放种质11万份次。
我们从海量资源里筛选出数百万份携带优良基因的优异种质,经过精准鉴定、改良创新,推出6000余份可直接用于育种的核心材料。种质资源带来的社会效益十分可观:二十世纪八九十年代每年创造百亿级收益,本世纪前二十年年均效益约200亿元,2020年之后,每年能产生300亿至400亿元社会效益,实实在在支撑农业生产提质增效。
自主立论,构建属于中国的作物种质资源完整学科
很多人不知道,作物种质资源从零散的采集工作,发展成一门独立完整的现代学科,我们走出了一条完全自主创新的道路。
国际种质研究的理论根基来自达尔文、瓦维洛夫等学者。瓦维洛夫提出栽培植物起源中心、遗传变异同源序列两大核心理论,哈兰父子又补充了农业起源带、基因库相关学说,构成全球早期种质研究的理论框架。而我们立足本国万年农耕文明,结合长期野外考察、资源研究实践,原创提出作物种质资源与人文环境协同演变学说。这一学说与瓦维洛夫两大理论并列,共同形成作物种质资源学三大基础理论,搭建起全新的学科理论框架。

我国野生荞麦资源圃
学科现代化,离不开多学科技术的融合迭代。20世纪50年代,保护生物学融入种质保存工作;70年代,信息技术落地,建成全球早期种质资源数字化管理系统;90年代,分子生物学技术全面应用,实现表型与基因型联合鉴定,传统种质研究正式转型为现代交叉学科。
董玉琛院士是我国种质资源学科的奠基人,1959年从苏联学成归国后,首次提出本土化“品种资源”概念,1978年牵头创建作物品种资源研究所,带领团队先后完成低温种质保存、种质数据库搭建、分子鉴定三次跨越式突破,我国小麦远缘杂交研究就此达到世界领先水平,一套适配我国农业国情的种质资源研究体系就此成型。
进入21世纪,我国率先发起基因组学导向的种质资源国际研究倡议,结合原创协同演变学说,明确了作物种质资源学的核心定义:研究作物及其野生近缘植物多样性发掘、保护与高效利用的科学。我们确立四大研究主线——遗传多样性、遗传完整性、遗传特异性、遗传累积性;定下二十四字方针:广泛调查、全面保护、充分评价、深入研究、积极创新、共享利用。
依托这套完整理论体系,我国牵头组织团队编撰11卷《中国作物及其野生近缘种》系列专著,同步出版中英文《作物种质资源学》专著与配套教材,完整搭建起国内独有的理论、技术、人才培养体系,也为全球种质学科发展提供中国方案。目前我国已摸清和农业相关植物9631种,不含林木、药用作物的栽培作物共528种,收录1223个特色地方类型,完整摸清了本土作物基因家底。
一粒种子承载一个国家的粮食底气。从百年前寥寥数篇科研论文,到如今62万份作物基因宝库;从借鉴国外理论,到创立三大原创学科理论;从简陋分散储藏,到面向2049年百万份种质的长远布局,我国作物种质资源事业走出了自主自强的道路。种质资源是粮食安全的战略根基,未来我们会持续深耕基因宝库,用丰富优质的种质资源托举种业振兴,守护中国人的饭碗。
(文章系中国工程院院士、中国农业科学院作物科学研究所研究员刘旭在第16届国际荞麦大会上的发言,光明网记者宋雅娟、肖春芳整理)

