野生物种的“银行”— 探访中国西南野生生物种质资源库
2015/3/26 

 

 

  

 

目前,中国西南野生生物种质资源库共收集保存各类种质资源20955种,169281份(株)。其中,野生植物种子8855种,占我国野生植物物种的30%。图为部分种子灯片。

 

 

  中国西南野生生物种质资源库外景照

  ■走近中国大科学工程

  在亚马逊热带雨林,每1平方公里有100种植物物种,而在这里,一脚踩下去就有上百个植物物种。

  这里是中国西南野生生物种质资源库。在昆明北郊黑龙潭,更为人所知的是植物园,种质资源库没几个人知晓。

  虽低调却身份显赫:我国唯一的国家级野生生物种质资源库、世界上两个按国际标准建立的野生生物种质资源保藏设施之一,被认为是中国野生种质资源的“诺亚方舟”。

  截至2014年底,这里共收集保存各类种质资源20955种,169281份(株)。其中,野生植物种子8855种,占我国野生植物物种的30%。

  不能让地球只剩下玉米 

  当主粮只剩下玉米,人类难以生存,爆片《星际穿越》的这一对未来的描述让人印象深刻。生物多样性,听上去是个宏大名词,其实却离我们很近。试想,如果周边只有一种植物、每天只能吃一种食物,是不是“累觉不爱”了?

  生物多样性的基础,正是种质资源。我国是世界上生物种质资源最丰富的国家之一,但人口增长、快速经济建设等原因使我国生物多样性遭受严重威胁。科学家推测,我国的野生动植物正在以每天一个物种的速度走向濒危甚至灭绝,“也就是说,中国每年有300多种生物趋于濒危乃至消失。”中科院昆明植物研究所杨湘云博士说。

  在一个实用主义者看来,保证养活人类的物种安全就好,挽救那些稀少的野生植物到底有什么用?野生生物种质资源库主任李德铢用一个事实说服了记者:“袁隆平的杂交水稻养活了中国人,而杂交水稻的一个重要种质资源来源于海南的一种野生稻。”但在云南省,上世纪80年代在26个地方都存在的野生稻居群,而今在24个地方已经消失。

  另一个佐证是,上世纪50年代末,美国大豆感染了囊孢线虫病,使其大豆生产濒于毁灭,后从野生大豆种质资源中筛选出抗囊孢线虫病的“北京小黑豆”,育成了高产抗病新品种,从而挽救了美国的大豆产业,并使其大豆产量跃居世界第一位。

  “有很多物种,人类还没来得及搞清楚它的作用,可能就因为人类自身的影响而消失了。”李德铢说。

  更重要的是,种质资源是一个国家的战略资源和核心竞争力。猕猴桃原产于中国,而今,新西兰利用原产中华猕猴桃培育出主导国际猕猴桃市场的巨大产业;郁金香原产于地中海、中亚和我国新疆,后流传至荷兰并成为其支柱产业。

  正因此,早在1946年,美国就建立了国家植物种质系统,1990年建立了国家遗传资源计划,英国于1997年投资8000万英镑启动了千年种子库项目。

  “一个物种影响一个国家的经济,一个基因关系到一个国家的兴盛。”著名植物学家、中国科学院院士吴征镒教授于1999年8月8日致信时任国务院总理的朱镕基,建议尽快建立中国西南野生生物种质资源库。

  总理很快批复。中国野生生物种质“银行”开始建设。

  入库,并非想进就进 

  李德铢介绍,野生种质资源库包括植物种子库、植物离体库、DNA库、微生物库和动物库。“我们的目标是保存各类种质资源1.9万种、19万份。”其中,植物种子的目标是1万种,约占我国野生植物数量的三分之一。

  哪些种子有资格“入住”种质资源库?“我们遵循3E标准,即 Endangered(濒危)、 Endemic(特有)和 Economic(经济价值)。”李德铢说,其中“特有”不光是指中国特有,还包括狭域特有,如高黎贡山特有的物种。

  遵循这一标准,国家一、二级珍稀濒危植物如喜马拉雅红豆杉、巧家五针松、弥勒苣苔,云南白药主要成分之一的金铁锁,以及许多地区特有物种如中国特有的珙桐、云南金钱槭、云南双盾木、伯乐树、滇桐等被优先保存。

  “我们是按一个信息单元采集,包括种子、叶子、 DNA等。”野生种质资源库种子管理组组长何华杰告诉科技日报记者,采集种子的同时,要记录下采集时间、地点、经纬度、海拔、所采植株数、土壤类型、周围环境和植被状况等,另外还要采集凭证标本,作为植物鉴定的依据。

  “一娘生九子,和娘十个样”。为了保证遗传多样性,同一种植物,研究人员在其不同的生长地点也要进行采集。一般要求每种植物至少采集保存10000粒种子,最少2500粒。

  种子采集回来后要进行登记,把所有的采集信息录入计算机,为被采种子建立起一个资料库。随后,研究人员将这些种子进行初步干燥、清理和计数。在种子清理室,记者看到分离机、不同口径的筛网等工具。清理的目的是去除杂质及虫蛀、发育不良的种子。

  要保证入库的种子是有效的,就必须进行萌发试验。研究人员将种子分别放进摄氏5度、15度、20度、25度、30度等5个不同温度梯度的步入式萌发培养间,或者模拟野外环境的25摄氏度(白天)/16摄氏度(晚上)的立式萌发培养箱。“我们根据文献资料和该物种实际生长环境来确定它合适的萌发温度。”何华杰说。

  摄氏零下20度或能保存百年甚至千年 

  普通种子在适宜的温度和湿度下便会发芽,因此在常温下最多能保存一至两年。目前已知自然条件下保存时间最长的是古莲子,可存活100多年。种质资源库则是利用低温、干燥的方式,使得种子“休眠”,延长其活力。以玉米种子为例,在昆明室外保存632天,萌发率就会从97.5%下降至50%,即一半的种子不会发芽。但是存放在种质资源库里,上百年甚至千年后仍能开花结果。对于玉米来讲,理论数字是900年后,仍有50%的种子可以萌发。

  种子资源库的秘密就是温度和湿度。在中科院昆明植物研究所的一座品字形大楼的地下一层,有5个摄氏零下20度、湿度为15%、总面积达220平方米的冷库。

  打开冷库的门,首先映入眼帘的是一个个大玻璃瓶,乍一看很像家里储物罐里的干粮。这些大瓶子里装的是体积较大的种子,而小颗粒种子被放在小瓶子里,然后再放进密封盒。“这可不是家用的普通瓶子,都是经过严格检验的,要保证其密封性。每个瓶子里还放置了变色硅胶,一旦受潮了能及时发现。”何华杰说。

  每个瓶壁上都贴着编码标签。安全起见,种子入库时将由电脑编码,记录上该物种的资料信息。这里最多可容纳1万份野生生物种质资源。

  “每个物种种子的保存寿命可以通过公式推算出来,我们希望能实现百年甚至千年尺度的保存。”李德铢说,每个5年或10年,需要进行一次萌发检测,了解种子的活力。

  为了保证这一目标的实现,每个物种的种子被分为两份,分别存放在基础库和活动库里。基础库里的种子永久保存,而活动库里的则用来进行萌发检测、试验研究等。

  种子是最容易保存的种质资源。兰花等难以用种子保存的植物,则采用离体保存。保存的材料包括试管苗、愈伤组织、块根、块茎、球茎及其他微繁殖体或培养物。

  约有70%的种子可以通过低温保存,但还有20%左右的种子比较“难伺候”,在低温、低湿度条件下会失去活力,难以保存。“比如杧果、椰子这样的热带植物,无法用常规技术手段来保存,我们称之为‘顽拗型’种子。”李德铢说。

  近几年,研究人员为这类“任性”种子量身打造了一种使用液氮的超低温保存技术,逐步解决了相关保存难题。“将种子里的胚、茎尖等组织取出来,通过渗透处理,放到液氮里。”中科院昆明植物研究所李唯奇研究员说,这一技术保存的种子存活时间更长,且成本更低。

  对野生种质资源的研究才刚刚开始 

  西南野生生物种质资源库收纳了多个濒临灭绝的植物种类,包括2006年在云南石林县重新发现的、已经绝迹100年的“弥勒苣苔”,在野外仅剩20多棵的极度濒危植物巧家五针松等。

  “当一个物种快要灭绝的时候,我们就要开展生态修复,这也是保存种质资源的作用之一。”李德铢说。

  挖掘野生种质资源中的功能基为人类服务是今后研究的重点方向。

  李德铢研究员介绍,研究人员从植物的化学成分里面,分离鉴定出一些重要成分,包括开发可替代云南白药这样一些传统药物中的重要植物化学成分,仅治疗妇科内出血的药物“宫血宁”一项现在每年产值就有1亿多元。再如,从红豆杉里提取的紫杉醇被认为是治疗乳腺癌最有效的成分。

  在云南地区,很多物种有研究价值,但当地少数民族只停留在初步的认识上。在昆明有一种被当地百姓称为“母猪果”的植物,据说母猪吃了爱睡觉、容易长膘。科学家从中提取了化学成分,发现其有镇静作用。现在,通过推广种植“母猪果”已经形成了一个大的产业。

  “我们正在做的包括对野生茶基因组的研究。”李德铢说,云南是主要的茶产地之一,种植规模很大,但产业链一直没做起来,他希望类似的基础研究能推动当地茶产业的发展。

  (科技日报北京3月17日电)

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