目前,明升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。
明升中国西南野生生物种质资源库外景照
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。
这里是明升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,被认为是明升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。app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,明升中国每年有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明升中国人,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明升,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。猕猴桃原产于明升中国,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明升;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明升。
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、明升中国app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,建议尽快建立明升中国西南野生生物种质资源库。
总理很快批复。明升中国野生生物种质“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”不光是指明升中国特有,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明升中国特有的珙桐、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,研究人员从植物的明升手机成分里面,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明升手机成分,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。app家从中提取了明升手机成分,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明升。
“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,但明升链一直没做起来,他希望类似的基础研究能推动当地茶明升的发展。
(科技日报北京3月17日电)
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