創(chuàng)新林木細(xì)胞工程技術(shù)助推良種繁育產(chǎn)業(yè)革命

文|唐國勇 中國林業(yè)科學(xué)院 編輯|王雯惠

創(chuàng)新林木細(xì)胞工程技術(shù)助推良種繁育產(chǎn)業(yè)革命

文|唐國勇 中國林業(yè)科學(xué)院 編輯|王雯惠

科技改變生活，創(chuàng)新引領(lǐng)未來。林以種為本，種以質(zhì)為先。林木種苗的單細(xì)胞繁育技術(shù)，不僅為林業(yè)生產(chǎn)快速提供大量良種壯苗，而且能在生態(tài)文明和美麗中國建設(shè)中發(fā)揮更加重要的作用。

項(xiàng)目名稱：林木良種細(xì)胞工程繁育技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

完成單位：南京林業(yè)大學(xué)等

專家簡介

施季森 1952年12月生，江蘇省啟東人，中共黨員，林木遺傳育種學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。1981年南京林產(chǎn)工業(yè)學(xué)院(現(xiàn)南京林業(yè)大學(xué))林木遺傳育種專業(yè)研究生畢業(yè)，獲碩士學(xué)位，1989年赴美國奧本大學(xué)細(xì)胞科學(xué)中心研修生物技術(shù)，1992年分赴加拿大Alberta大學(xué)遺傳實(shí)驗(yàn)室和美國阿肯色大學(xué)遺傳工程實(shí)驗(yàn)室從事分子遺傳合作研究。歷任南京林業(yè)大學(xué)科研處副處長、研究生部主任、學(xué)校副校長。林木遺傳與生物技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、國家林業(yè)局南方林木種子中心主任。中國林學(xué)會常務(wù)理事、育種分會副理事長、江蘇遺傳學(xué)會副理事長等職。

林木良種是林業(yè)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)的基石。由于林木壽命長、進(jìn)入開花結(jié)實(shí)的“育齡”晚，林木育種周期長，良種生產(chǎn)和供應(yīng)的不足，嚴(yán)重制約了人工林發(fā)展速度。

為解決需求量大，尤其是難以用常規(guī)種子快速繁殖的林木良種的供應(yīng)，加速林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，南京林業(yè)大學(xué)施季森教授研究團(tuán)隊(duì)為此傾注了18個春秋。

18載櫛風(fēng)沐雨 破難關(guān)

18年前，正是現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)如火如荼興起的年代。施季森教授研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)分析了國內(nèi)外生物技術(shù)的發(fā)展趨勢，根據(jù)“植物細(xì)胞具有全能性以及動物‘干細(xì)胞’可調(diào)控理論，提出通過細(xì)胞工程技術(shù)——即“林木體細(xì)胞胚胎發(fā)生和植株再生技術(shù)”的創(chuàng)新，改變林木種苗傳統(tǒng)繁殖方式，實(shí)現(xiàn)“給我一個細(xì)胞，還您一片森林’的林木種業(yè)產(chǎn)業(yè)革命的目標(biāo)，并以常規(guī)技術(shù)繁育效率低，種苗社會需求量大的雜交鵝掌楸為代表性樹種，開展細(xì)胞工程種苗繁育技術(shù)的攻關(guān)之路。

18個春秋，團(tuán)隊(duì)成員正是在這一創(chuàng)新理念和目標(biāo)的激勵下，在國家科技攻關(guān)、科技支撐和國家林業(yè)局重點(diǎn)創(chuàng)新等項(xiàng)目連續(xù)支持下，與國有上市公司——福建金森集團(tuán)等一批企事業(yè)單位合作，堅(jiān)持不懈，攻克了一道道技術(shù)難關(guān)。通過林木體細(xì)胞胚胎發(fā)生的高頻誘導(dǎo)、同步發(fā)生技術(shù)體系創(chuàng)新、林木細(xì)胞工程應(yīng)用的繁殖材料集成創(chuàng)新、林木細(xì)胞工程育種的理論創(chuàng)新和細(xì)胞工程種苗規(guī)模化繁育技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用創(chuàng)新，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)體系，是我國首個應(yīng)用體細(xì)胞胚胎發(fā)生和植株高效再生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)林木種苗產(chǎn)業(yè)化的項(xiàng)目。新興的細(xì)胞工程種苗繁育技術(shù)，迅速在國內(nèi)外引起了強(qiáng)烈反響、受到廣泛贊譽(yù)，結(jié)出了令人矚目的碩果。在2017年1月9日召開的2016年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，“林木良種細(xì)胞工程繁育技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”榮獲2016年國家科技進(jìn)步二等獎。

通常，優(yōu)良品種的“原種”或雜交產(chǎn)生的雜種胚的數(shù)量是有限的，但從雜種胚分離的體細(xì)胞在離體人工培養(yǎng)條件下可高效“自我增殖”、長期保存利用。如此，有限的“祖系胚性細(xì)胞”通過項(xiàng)目的創(chuàng)新技術(shù)和工廠化規(guī)模設(shè)施的不斷擴(kuò)增，演變?yōu)闊o數(shù)個甚至是海量的“子系種胚”細(xì)胞，并沿著如“祖系胚性細(xì)胞”經(jīng)歷過的“種胚”途徑，發(fā)育成無數(shù)“人造種胚”，進(jìn)而培育成一批批茁壯的苗木和參天大樹。這一技術(shù)體系的創(chuàng)新，不僅從根本上改變了傳統(tǒng)的種苗繁殖方式，而且具有繁殖材料來源廣泛、胚性細(xì)胞增殖系數(shù)高、成苗時間短的特點(diǎn)。

團(tuán)隊(duì)在以雜交鵝掌楸為先導(dǎo)樹種開展細(xì)胞工程種苗繁育取得成功以后，又迅速將核心發(fā)明專利技術(shù)，經(jīng)過改造和優(yōu)化，推廣應(yīng)用到其他重要樹種上。先后實(shí)現(xiàn)了杉木、馬尾松、濕加松、福建柏，楓香、七葉樹、福建山櫻花等重要針闊葉樹種體胚發(fā)生和植株再生，形成了20多項(xiàng)國家發(fā)明專利，建立了林木體細(xì)胞胚胎和再生植株的通用技術(shù)平臺，使得“以工業(yè)化的理念推進(jìn)我國林木種業(yè)的現(xiàn)代化”進(jìn)程成為現(xiàn)實(shí)。

校企合作 實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)

2013年，福建金森集團(tuán)與南京林業(yè)大學(xué)簽訂了全面戰(zhàn)略合作協(xié)議?！半s交鵝掌楸良種細(xì)胞工程育苗項(xiàng)目，作為首選高新技術(shù)項(xiàng)目啟動建設(shè)，”福建金森集團(tuán)董事長王國熙說，“從項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)、項(xiàng)目招標(biāo)、工程建設(shè)、安裝、調(diào)試，以及技術(shù)人員的崗位培訓(xùn)等各項(xiàng)工作僅僅用了6個多月，占地5000平方米、年產(chǎn)2000萬株細(xì)胞工程種苗的高潔凈度現(xiàn)代化細(xì)胞工程中心、15000平方米的現(xiàn)代化溫室……，國內(nèi)外技術(shù)設(shè)備最先進(jìn)、產(chǎn)能最大的細(xì)胞育苗中心落成投產(chǎn)；又3個月后，第一批雜交鵝掌楸細(xì)胞工程種苗從生產(chǎn)線上下線進(jìn)入智能溫室煉苗。雜交鵝掌楸由雜交育獲得種子到成苗造林的時間，由3～4年縮短為3～4個月。單位時間和空間育苗產(chǎn)出效率提高了100多倍。”

項(xiàng)目建設(shè)的成效，不僅取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，也產(chǎn)生了重要的社會影響。2015年，金森集團(tuán)的細(xì)胞育苗中心成為“福建省科技和人才強(qiáng)縣示范基地”、“林業(yè)資源培育企業(yè)轉(zhuǎn)化先進(jìn)科技成果典型”；2016年，福建省科技廳批準(zhǔn)依托集團(tuán)建設(shè)“福建省林木細(xì)胞育苗（企業(yè)）工程中心”。高新技術(shù)，不僅為集團(tuán)森林資源培育品質(zhì)提升、生態(tài)和物種多樣性的豐富提供了有力技術(shù)支撐，也為集團(tuán)面向林區(qū)和革命老區(qū)，開展就業(yè)精準(zhǔn)扶貧、生態(tài)產(chǎn)業(yè)扶貧長效扶貧，為農(nóng)民增收及脫貧、致富，走出了一條新路。

談到未來的研究重點(diǎn)，施季森教授說：“我們期望通過林木細(xì)胞胚胎發(fā)生和植株再生技術(shù)方面更多的技術(shù)難關(guān)的突破，與企業(yè)一起，把更多的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究成果，發(fā)展為產(chǎn)業(yè)化的通用基礎(chǔ)平臺、現(xiàn)代化的規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)平臺以及技術(shù)管理平臺。團(tuán)隊(duì)在林木良種細(xì)胞工程技術(shù)繁育技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面，還僅僅邁出了一小步。團(tuán)隊(duì)未來的理想目標(biāo)是，通過不斷探索、創(chuàng)新、研發(fā)更多的重要樹種良種的細(xì)胞工程種苗繁育技術(shù)；也在期待著更多有志于發(fā)展現(xiàn)代林木種業(yè)的企業(yè)和實(shí)業(yè)資本介入，共創(chuàng)一片新天地，為推動整個國家林木種業(yè)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)?！?/p>

科技改變生活，創(chuàng)新引領(lǐng)未來。林以種為本，種以質(zhì)為先。林木種苗的單細(xì)胞繁育技術(shù)，不僅為林業(yè)生產(chǎn)快速提供大量良種壯苗，而且能在生態(tài)文明和美麗中國建設(shè)中發(fā)揮更加重要的作用。