国家“种子银行”进入2.0时代

　　致力于推动资源遗传信息和实物整合等工作，助力农作物种业“芯片”创新发展

　　作物种质库，也被称为“种子银行”“种子的诺亚方舟”。这里保存着大多数作物的遗传物质，包括“毫秕”等许多在农田里乃至自然界已经消失的农作物品种，在这里都保留着它们的种子。

　　中国是保存作物种质资源最多的国家之一，于1986年建成的国家作物种质库中，保存着46万份以上的作物种质资源，加上国家种质圃，我国资源保存总量已经超过54万份。2019年，由于老库超容，一座新的国家作物种质库开始建设，2021年建成，随后开始试运行。

　　2月28日，新京报记者探访了这座可以保存150万份种质资源的国家作物种质库，也是全球容量最大的作物“种子银行”。

　　种子的“诺亚方舟” 记录着中国种业史

　　初春的北京，草木还没有萌芽，位于西三环的中国农业科学院已有了点点绿意。

　　新建的国家作物种质库内一间试管苗库中，一排排装在玻璃瓶里的嫩苗，在水泥钢筋的房子里，泛出一片生命的绿色，这里是以组培苗形式保存的种质资源。

　　不远处的低温库中，一排排十米多高的架子矗立在库中，这里是种子保存的地方，在-18℃的低温条件下，种子可以安全保存五十年以上。而另一些保存在-196℃液氮中的种质资源，甚至可以永久保存……

　　种子是农业的根本，而种质资源，则是种业的基石。

　　何谓种质资源？种质资源也叫遗传物质，通常指携带生物遗传信息且具有实际或潜在利用价值的载体，之所以称为种质而非种子，是因为种质资源不止种子一种形态，还包括茎尖、休眠芽、花粉甚至是作物的DNA物质等。种子，是种质的主要形态之一。

　　我国是世界上最大的农业国，也是作物物种最丰富的国家之一。早在1957年，就建成了麦类种质资源库，在没有制冷设备的情况下，以室温条件保存了1万份麦类、食用豆等种质资源。1986年，国家作物种质库长期库建成并投入使用，实现了低温保存，这座长期库的作用，是保存那些农业中重要的种质资源，设计容量为40万份，是当时全球最大的作物种质库之一。但随着时间的推移，逐渐无法满足所需，库存超容，且保存技术也相对滞后。2019年，新的国家作物种质库启动建设，这个全球容量最大、自动化低温种质库，历经一年多建设后正式落成，开启了作物种质低温加自动化、智能化保存的时代。

　　“种质资源的保护和利用，是一个漫长而浩大的工程，而国家作物种质库的建设史，也是我国种质资源保护和利用的历史。”在国家作物种质库工作的中国农业科学院作物科学研究所研究员辛霞说。

　　我国最早的种质资源搜集和保护工作，自二十世纪中叶开始，一批留学归国的农业科学家，自发收集一些重要的作物种质资源。尤其是数十年中，金善宝、董玉琛、刘旭三名院士分别牵头，组织了三次全国性的农作物种质资源征集、区域性种质资源专项考察收集工作。这些工作在搜集和保存种质资源方面，发挥了巨大的作用。数据显示，到2022年，我国作物种质资源保存总量超过54万份，其中国家作物种质库保存46万余份，居全球第二。

　　在田野和山林间搜寻生命的种子

　　国家作物种质库中，保存了超过46万份种质涉及两百多种作物，种子数量远超过十亿粒。事实上，每一份种子形态的种质资源，至少要保存3000粒，才能保障种子中携带的遗传信息具有一定的丰富性，不会遗漏掉某些重要的信息。

　　这些种质资源，每一份都来之不易，其中占比最多的是千百年流传的一些地方品种。在一代代农民的手中流传下来，或者来自野外，由种质资源普查和搜集的科学家们，翻山越岭、涉水过河，在广袤的山野中一粒粒寻回。还有一部分是育成的品种，经历了无数科学家漫长的培育才得以成功。

　　中国农科院作科所研究员周美亮，是一位常年在外搜寻种质资源的科学家，主要从事荞麦种质资源的搜寻、创新和利用。每年的八九月份，秋高气爽的时节，荞麦花开，是最容易辨识的时候，也是种质资源野外搜集的最佳时间。当然，也是周美亮和他的同事们，奔赴野外的时候。

　　在无数的野草中，寻找到一株此前从未见过的荞麦，宛如沙里淘金，每一次意外的发现，都弥足珍贵。2018年，周美亮和团队的科研人员一起赴四川省凉山彝族自治州会理县搜集野生资源，在一处山坡上的砂石中，他突然发现了一株野生荞麦。周美亮一眼就看到了它，他告诉记者，当时就有一种强烈的感觉，这是个稀罕物。

　　果然，他把这株荞麦带回实验室，在凉山、成都、北京分别进行了三年的单株隔离繁育，结果发现，这株野生荞麦是异型花柱中唯一的可自交结实荞麦种，既有长花柱型花，又自交亲和，打破了传统上对荞麦属花型的认知，也因此被命名为荞麦属第22个种长花柱野生荞麦。

　　在国家作物种质库中，有太多这样的故事，许多科学家为了一粒种子，在山野中寻找多年，还有人远赴海外，千辛万苦，引进我们所缺少的种质资源。

　　种质库中的种质资源来源丰富，种类也同样多样，而种质库也并非只有一座。中国农业科学院作科所研究员、作物种质资源中心主任李立会告诉记者，我国种质资源保护体系中，有长期库、中期库、种质圃、原生境保护点等，分别承担着不同的任务。其中长期库位于北京，即1986年投入使用的国家作物种质库，以及2019年建设的容量150万份的新库，是全国作物种质资源的长期战略保存中心、研发中心、共享中心，也是全国作物种质资源的科普交流中心。中期库也叫分发库，库存的种质资源主要提供给各地科研单位、教学单位等，用以品种培育、科研、教学、科普等。

　　采用全程机械化、智能化的保存方式

　　走近新建的国家作物种质库，一个篆书的“種”字镶嵌在大门一侧，这是国家作物种质库的标志。

　　进入大门，迎面是一间宽阔天井，四周布置着各种展板、屏幕、种子及农作物植株。辛霞介绍，未来这里将布置成科普和展示的空间，人们一进入这里，就可以了解到国家作物种质库的历史、现状，种质资源的保护和利用情况等。

　　整个展示间内，有一株2.4米高的水稻，这株“巨人”水稻，名叫“毫秕”，来自云南德宏，是一个古老的地方品种。像这样的历史宝藏，国家库还有许多许多，它们在国家库里安然沉睡，等待被唤醒后，焕发新的生机。

　　环绕展厅的柜台上，则展示着不同种类的种子，有来自日喀则的“岗巴青稞”，是一种种植在海拔4750米高原上的作物，也是全球已知种植海拔最高的青稞，在当地已经种植了数百年。有来自我国最南端的棉花“永兴168964棉花”，收集自三沙市永兴岛，推测其在地理大发现的时代，随着全球贸易传入我国。有味道胜过泰国香米的“庄红贡米”，有来自山西的爆裂玉米，还有天津小站稻……

　　展示厅的周边，是国家作物种质库的主体，包括入库前的各种检测、试验、处理场所，也包括保存种子的低温库，保存幼小植株的试管苗库，保存茎尖、休眠芽、花粉、胚性组织的超低温库，以及保存DNA物质的DNA库等。

　　每一份种质资源入库之前，都要经过严格而复杂的检验和处理。以种子为例，新收集的种质，往往需要进行三到五年的种植，以保证种质的遗传学稳定性，并进行分类学鉴定、各类性状特性鉴定等，随后进行查重，才能确认是否有资格获得国家种质资源永久唯一的身份证号，即全国统一编号。

　　持有全国统一编号通行证的种质资源，送到国家作物种质库后，需要经历一系列的考察、筛选、体检，只有那些高质量饱满且生命力旺盛的种子才能准予入国家库保存。通常用发芽率衡量种子生命力，大多数种质资源，发芽率在85%以上才可以入库。

　　在经历了多重检测后，合格的种子会进行干燥，计量计数，分装密封后，由机器人系统送入库。种子保存在-18℃的低温库中，但不能直接进入低温库，一方面是因为从室温直接到-18℃降温幅度过大，在入库前，要在4℃的缓冲间平衡一天，之后才能正式入库。这种方式也能防止种子携带太多的热量进入库中，从而减少冷库能耗。

　　和1986年建成的老库不同，新库采用全程机械化、智能化的保存方式。密封包装的种子，在缓冲间平衡之后，会通过柔性传送带或机械臂传送入低温库入口，入口处有蜘蛛手机器人分拣种子瓶，然后由传送带直接传送到库中，并由一个高10米的堆垛机送到特定位置。

　　新建的低温库中，保存种质资源的架子高10米、长37米，每一个库中都有多个架子，这样的库有四个，可以容纳110万份种子形态的种质资源。因为全程智能化的缘故，入库、出库都只需要动动手指点点鼠标或按钮，库里的环境也由智能系统控制。

　　试管苗库、超低温库和DNA库，都是新增的方式。

　　在液氮库中，记者看到，两排巨大的罐子放在地上，每个罐子的容量为1500升，罐子有一人多高，罐子前有一个小台阶，方便工作人员作业。

　　“液氮保存，是无性繁殖作物种质资源全球公认的理想的离体长期和备份保存方式。”辛霞说，“理论上，液氮可以永久保存，只要一直供应液氮就成。”

　　试管苗库是整个国家作物种质库中最美的地方。试管苗库的墙壁安装了巨大的玻璃墙，从外面就可以看到，库里一个个架子上，放着许多玻璃瓶，每一个瓶中都有一小株嫩绿的“枝叶”，它们其实不是枝叶，而是可以繁衍的茎尖、芽、苗等，仿佛一个个“微缩”的植株。

　　辛霞介绍，试管苗库主要保存那些没有种子或不适合用种子保存的作物，如马铃薯等薯类、苹果等果树。这些作物可以多种方式保存，如在种质圃中种植保存，也可以在试管苗库中以幼苗等方式保存。

　　试管苗处于生长的状态，需要不断地更新继代。科学家们在攻关试管苗的保存技术，采用恰当的技术措施，最大可能地降低它们的生长速度，延长继代间隔周期。

　　28万份孤本 保存着那些“消失”的品种

　　2019年，联合国粮农组织发布首份人类粮食系统的生物多样性状况报告。报告指出，农田里的生物多样性正在快速减少，全球6000个可以作为粮食的作物中，仅有不到200种为全球粮食产量做出了实质性贡献，其中仅9种作物就贡献了66%的作物总产量。

　　在生活中，越来越多的人感叹，小时候那么多的品种都消失了，大田里的粮食、大棚里的蔬菜，几乎总是那么几样。

　　事实也是如此，现代农业技术的推进，不断带来新的高产、高抗、优质作物品种。但另一方面，也造成了作物品种的单一化。而品种的单一化，其实存在着巨大的风险，一旦病害或虫害暴发，可能造成巨大损失。

　　如何应对这些风险？保存生物的多样性、育成更加丰富的优质品种无疑是最好的方式之一。那么，生物多样性从哪里来？育种的资源又从哪里来？

　　国家作物种质库即是承担这一责任的主要机构之一。辛霞告诉记者，在国家作物种质库中，保存着28万份孤本种质资源，这些资源既包括野生种质资源，也包括已经被放弃的地方品种。它们或许在野外已经灭绝，但在国家作物种质库中，还保存着它们的种子，一旦需要，随时可以拿出来复种、扩繁。

　　这样的例子真实存在。在国家作物种质库的展示大厅中，展示着一种名为“遮放贡米”的地方品种，该品种产于云南省芒市遮放镇，当地名为“毫目细”，在历史上长期作为贡米生产。

　　随着社会的发展，遮放贡米消失于田间，外面已经找不到它的种子，但它并没有真正灭绝，而是很早就被收入国家作物种质库中保存。前些年，当地申请将保存的种子取出，重新繁育种植，遮放贡米也得以再次出现在世人面前，如今在当地，这种消失而又复现的贡米，每斤可以卖到数百元，每年产值超过4亿元。还有陕西千阳县的桃花米，因种子形似桃花而得名，二十世纪九十年代中期在当地消失，2008年，当地从国家种质库中引回该种子，桃花米重现世间。

　　丰富的资源 为种业奠定基础

　　国家作物种质库保存的种子，远不止是为那些消失在野外的作物保留一份传承。更大的作用，是作为育种的资源。

　　“育种需要资源，资源从哪里来？就是这些各种各样的品种。”辛霞说，“很多品种人们不种了，不是它们没有优点，更多是因为它们大多是‘偏科生’。比如某一个品种，抗寒性特别好，但产量低，味道也一般，农民就不愿意种。但对育种家来说，如果想要育成抗寒又高产优质的品种，就需要将这个能抗寒的资源与高产优质的资源结合起来。”

　　在国家作物种质库中，有一大批科学家常年从事种质资源的鉴定、创新工作，李立会介绍，“我国每年推广种植的农作物品种超过5000个，主要粮食作物几乎全部为自主选育品种，中国粮用中国种，其中，国家作物种质库的作用不可忽视。”

　　李立会也是一位从事育种工作的科学家。多年来，李立会致力于小麦杂交研究，他用三十五年的时间，攻克了小麦-冰草远缘杂交的世界性难题。冰草是禾本科植物，是小麦的近缘野生种，生命力极其顽强，除了高产，还具有优秀的抗旱、抗寒、抗病能力。二十世纪三四十年代，小麦-冰草远缘杂交曾是全球育种领域的热点，但因为长期无人实现，而被育种家们放弃。二十世纪八十年代，李立会开始这一课题的研究，他和他的团队，解决了小麦和冰草花期不同、生殖隔离、杂交胚胎不能正常发育等问题，为小麦育种增添了多种新的种质资源。如今，用这些资源材料育成的新品种已经有数十个。

　　和学校里的老师不同，育种家们对那些作物中的“偏科生”，尤其是野生作物中的“偏科生”格外钟爱和宽容。因为它们代表着无限的可能，也保存着作物古老的基因。辛霞告诉记者，国家作物种质库在保存种质资源时，会对野生种质资源放宽条件，比如一般的种子，发芽率要85%以上才会被保存。而野生作物的种子，50%的发芽率就可能会被收入库中，保存起来，“这些资源，可能都是不可再得的，因此都会尽可能地保存下来。”

　　种质库2.0推动资源遗传信息和实物整合

　　容量150万份的国家作物种质库，于2022年开始试运行，2023年将正式运行。届时，保存在老库中的种子将会转移到新库中，在更好的条件下保存。

　　在2021年开始的第三次全国农作物种质资源普查与收集行动中，每年都有数千名科学家，奔波在田野和山林之间。更多的种质资源，还将源源不断地进入库中。

　　“种子是农业的‘芯片’，国家作物种质库，就是全国最大的农业芯片矩阵。”2月28日，中国农科院作科所党委书记、国家小麦产业技术体系首席科学家刘录祥说。

　　在当天，“国家作物种质库2.0项目”正式启动，中国农科院作科所所长周文彬介绍，“如果把作物种质资源的保存和资源收集实物共享比作国家作物种质库1.0的话，推动资源遗传信息和实物整合，并实现高效共享则是种质库2.0。种质库2.0致力于推动资源遗传信息和实物整合、数字种业工具开发等工作，为促进国家作物种质库信息化水平和保护利用能力的提升，农作物种业‘芯片’创新发展提供助力。”

　　新的种质库，更多的种质资源，如何才能发挥更大的作用，当前的重点工作又是什么？我国种质资源带头人、中国工程院院士刘旭介绍，到今年年底，第三次全国农作物种质资源普查与收集行动将全面圆满完成，至此，全国范围内大规模的种质资源收集工作将告一段落，工作重心也将从全面收集保护逐步转向全面鉴定。“当前，我国正在围绕农业产业重大需求，组织开展高产高油大豆、短生育期油菜、耐盐碱作物以及其他重要性状的鉴定与评价。为此，建设好种质资源大数据信息系统，对于提升国家种质新库的条件能力、促进农业种质资源保护与利用的高质量发展、支撑鉴定优质种质资源共享应用都是至关重要的。”刘旭说。

　　新京报记者 周怀宗

　　A12-A13版摄影/新京报记者 王方杰