種子為什么是寶貝？

陳冰

一粒谷物的種子，載著黑鼠身上的跳蚤，從亞洲漂洋過海來到歐洲，帶來了黑死病毒，差一點(diǎn)毀滅了一座城市;一粒香料的種子，引起了歐洲大陸皇室的探索欲，促使哥倫布開啟了地理大發(fā)現(xiàn)的新時(shí)代。

種子，擁有著超乎尋常的耐力，又進(jìn)化出堅(jiān)不可摧的盔甲，憑借著自身的特點(diǎn)，穿越山川河流，化身我們餐桌上清香迷人的咖啡，身上舒適柔軟的棉衣，早餐鋪里香醇的豆?jié){。它們經(jīng)歷了無數(shù)個(gè)風(fēng)吹日曬、動(dòng)物啃噬的生死瞬間，最終頑強(qiáng)地存活于這個(gè)世界，用自己的方式，展現(xiàn)著生命的奇跡。種子的勝利，也是植物的勝利，更是我們生態(tài)文明得以延續(xù)的勝利。

可以毫不夸張地說，種子就是農(nóng)業(yè)的芯片，與國(guó)家糧食安全、農(nóng)業(yè)安全息息相關(guān)。而種質(zhì)資源，是指攜帶生物遺傳信息且具有實(shí)際或潛在利用價(jià)值的載體。種質(zhì)資源是國(guó)家戰(zhàn)略資源，資源收集保護(hù)是一項(xiàng)基礎(chǔ)性、長(zhǎng)期性、公益性和戰(zhàn)略性科研工作。

一粒玉米的種子，在室外條件下最多可以保存145天，而在種質(zhì)庫(kù)里可以保存460年;一粒小麥的種子，在室外只能保存99天，而在資源庫(kù)里可以保存786年;一粒水稻的種子在室外只能保存241天，但在資源庫(kù)里可以保存1139年！無疑，種質(zhì)庫(kù)的出現(xiàn)，讓種子的生命大大延長(zhǎng)了。

綜觀全世界，許多國(guó)家早早認(rèn)識(shí)到建立種質(zhì)資源庫(kù)的深遠(yuǎn)意義。英國(guó)有“千年種子庫(kù)”，挪威有建在地下的“世界末日種子庫(kù)”，即使“世界末日”來臨，也希望保存地球上現(xiàn)有的部分種質(zhì)資源。過去美國(guó)、英國(guó)、日本種質(zhì)資源保護(hù)工作比較先進(jìn)，而如今，中國(guó)在這一領(lǐng)域的話語權(quán)正在逐步上升。

1998年6月，上海的一場(chǎng)大雨，淹沒了農(nóng)科院周邊的試驗(yàn)田，許多珍貴資源就此湮滅。時(shí)任上海市農(nóng)科院院長(zhǎng)潘迎捷和在場(chǎng)老科學(xué)家借機(jī)提議建造種質(zhì)庫(kù)，保護(hù)幾代人的科研成果。

2000年，上海市農(nóng)業(yè)生物基因庫(kù)立項(xiàng)，總投資4000多萬元，成為新中國(guó)成立以來農(nóng)業(yè)科技方面三項(xiàng)投資額度最高的項(xiàng)目之一 ，躋身當(dāng)年上海市十大項(xiàng)目，與巍峨跨越黃浦江的盧浦大橋相并列。2002年基因庫(kù)大樓建成，外形仿若優(yōu)美的“諾亞方舟”。

“我們采集的種子，也許會(huì)在幾百年后的某一天生根發(fā)芽，到那時(shí)，不知會(huì)完成多少人的夢(mèng)想?！边@是已故“時(shí)代楷?！?、復(fù)旦大學(xué)教授鐘揚(yáng)曾經(jīng)說過的一句話。

2002年，上海市農(nóng)業(yè)生物基因庫(kù)落成后，上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心成立，負(fù)責(zé)管理運(yùn)行基因庫(kù)。近20年過去，這里已經(jīng)建成全球最大的水稻功能基因資源庫(kù)和全國(guó)最大的生菜種質(zhì)資源庫(kù)。

走進(jìn)上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心，一進(jìn)門便是2002年建設(shè)的科普基因園，展示了數(shù)百種動(dòng)植物進(jìn)化的歷程。緊鄰科普基因園的，就是基因庫(kù)。中心擁有低溫低濕庫(kù)和超低溫庫(kù)兩套保存系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)30萬份農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源的長(zhǎng)、中、短期保存。

穿過緩沖間，打開厚重的大門，步入低溫低濕庫(kù)，一股冷氣凍得人瑟瑟發(fā)抖。種質(zhì)資源經(jīng)過清理、干燥和活力評(píng)價(jià)等處理流程，封入錫箔袋，分門別類放置在一排排保存架上，乍一看，有點(diǎn)像現(xiàn)在非常流行的咖啡館里擺放整齊的待售咖啡豆。

整間低溫低濕庫(kù)，按照長(zhǎng)、中、短期不同的溫度和濕度要求，分別在零下18攝氏度、零攝氏度和10攝氏度的溫度，45%—50%的濕度下保存了20余萬份種子，仿佛一座裝滿種子故事的圖書館，提醒著每一位來者，“一顆種子一世界”——面對(duì)大自然，人類應(yīng)當(dāng)始終保持敬畏和謙遜。一座“種子圖書館”，靜靜訴說著每一顆種子的故事。

上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心。

超低溫保存是指在液氮（-196℃）下的低溫保存。中心超低溫保存的資源包括食用菌、動(dòng)物生殖細(xì)胞及植物莖尖、愈傷組織和DNA 等。

超低溫庫(kù)，則通過零下196攝氏度的液氮儲(chǔ)備罐保存了4000份組織、細(xì)胞、體系等。超低溫保存雖然是最安全長(zhǎng)期的保存形式，但是，植物的超低溫保存都基于成熟的組織培養(yǎng)技術(shù)，而不同的植物的組培技術(shù)又是不同的。因此，植物的超低溫保存對(duì)技術(shù)的要求比動(dòng)物的要高得多。上海農(nóng)業(yè)生物基因中心通過建立的組培技術(shù)平臺(tái)，研究建立了普通野生稻、石蒜、百合、菊花、香石竹、木薯、大薯、琉璃苣苔等植物的組培技術(shù)和超低溫保存技術(shù)。

在北京，有一座規(guī)模更大的國(guó)家作物種質(zhì)庫(kù)，那么上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心的種質(zhì)庫(kù)的獨(dú)特意義在哪里？基因中心副主任劉鴻艷告訴《新民周刊》：“國(guó)家作物種質(zhì)庫(kù)更注重全面的保存農(nóng)作物種質(zhì)資源的遺傳多樣性，而上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心的種質(zhì)庫(kù)則根據(jù)上海和國(guó)家需求注重有重大應(yīng)用價(jià)值的種質(zhì)資源保護(hù)，更偏向?qū)嵱眯?，更富有特色，從中培育出了許多農(nóng)作物新品種。

“比方說，上海就建立了全國(guó)最大的生菜種質(zhì)資源庫(kù)，為上海市菜籃子工程提供資源保障。目前共收集保存生菜資源1800余份，其中980份資源來自于美國(guó)農(nóng)業(yè)部，200余份來自中國(guó)農(nóng)科院，其余的來自亞洲蔬菜中心等世界各地，建立了20余份主栽生菜品種的指紋圖譜。針對(duì)上海生菜生產(chǎn)中對(duì)耐熱耐寒生菜的需求，對(duì)部分資源的耐熱性和耐寒性以及口感進(jìn)行了鑒定評(píng)價(jià)，并篩選獲得耐熱、耐寒等優(yōu)異資源。通過雜交創(chuàng)制新種質(zhì)6000余份，并培育出一系列生菜新品種?！?/p>

羅利軍（左三）和團(tuán)隊(duì)在稻田中開起現(xiàn)場(chǎng)會(huì)。

其實(shí)，上海農(nóng)業(yè)生物基因中心除了在種質(zhì)資源方面做出巨大貢獻(xiàn)，還創(chuàng)造了一個(gè)奇跡——在上海這樣一座國(guó)際化大都市，憑借“水稻遺傳資源的創(chuàng)制保護(hù)和研究利用”獲得2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。這就必須提到基因中心的首席科學(xué)家羅利軍。

2002年，上海農(nóng)業(yè)生物基因庫(kù)建成，時(shí)任上海市農(nóng)科院院長(zhǎng)潘迎捷前往中國(guó)水稻所拜訪羅利軍團(tuán)隊(duì)，想邀請(qǐng)羅利軍來掌管基因庫(kù)。潘迎捷等上海相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)八次去杭州與羅利軍面談，羅利軍最終答應(yīng)。

“上海農(nóng)業(yè)生物基因庫(kù)”改名為“上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心”，在原本只做基因資源收集保存的基礎(chǔ)上，增加對(duì)基因資源的研究利用。

羅利軍對(duì)種質(zhì)資源收集研究充滿熱情。羅利軍視稻種如命，有一次他們?cè)谡憬l(xiāng)村工作，忽然強(qiáng)臺(tái)風(fēng)來襲，羅利軍不顧危險(xiǎn)，徑直跑進(jìn)田里搶收稻種。

目前，基因中心建成了全球最大的水稻功能基因資源庫(kù)，利用基因庫(kù)在水稻收集和評(píng)價(jià)方面的優(yōu)勢(shì)，羅利軍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)了節(jié)水抗旱稻這一新類型——將旱稻節(jié)水抗旱的特性嫁接到現(xiàn)代優(yōu)良水稻品種之上，“組裝”出節(jié)約大量水資源、對(duì)土質(zhì)要求不高、不需插秧移栽，可直接撒播，整個(gè)生長(zhǎng)過程不需淹水，產(chǎn)量品質(zhì)與水稻相當(dāng)?shù)摹案咝詢r(jià)比選手”。

在過去的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，為了養(yǎng)活眾多人口，中國(guó)水稻產(chǎn)量一直在努力突破極限。但稻田要高產(chǎn)，就要付出精耕細(xì)作的代價(jià)，它的生產(chǎn)投入要求也越來越高——大水大肥，農(nóng)藥也用得多。這就造成了水稻每年在“吃”掉全國(guó)50%以上淡水的同時(shí)，農(nóng)藥、化肥都灑在水中，卻只有30%左右被利用了，其他都流入了江河湖海，更多地滲入土壤的水循環(huán)系統(tǒng)，久而久之便污染了土壤及周邊水體，而水稻田灌水期土壤里的有機(jī)物質(zhì)分解，釋放出大量甲烷，成為重要的碳排放源。

大約從1998年開始，羅利軍便在思考，現(xiàn)有水稻品種抗旱性差，生產(chǎn)用水太多，而中國(guó)淡水資源嚴(yán)重匱乏，水稻發(fā)展必將受淡水資源限制。聯(lián)想到十年前在廣西田林考察時(shí)看到的深山旱稻，老百姓清明節(jié)前放火燒山，撒下稻種，不聞不問，秋天也能有一定收成，于是他萌生了從超高產(chǎn)育種轉(zhuǎn)向旱稻育種的想法。

突然改變研究方向，無疑要冒巨大風(fēng)險(xiǎn)。 “種質(zhì)資源研究”在業(yè)界一度被叫作dirty job？“dirty job”翻譯過來就是“費(fèi)力不討好的工作”，因?yàn)樵谶@個(gè)領(lǐng)域里，受了很大的辛苦，費(fèi)了很大的力氣，但是很難產(chǎn)出有亮點(diǎn)的成果，也難以在高影響因子的雜志上發(fā)表論文。正因如此，放眼全世界，從頭至尾堅(jiān)守在農(nóng)作物種質(zhì)資源科研領(lǐng)域的科技工作者并不多，和水稻打了多年交道的羅利軍當(dāng)然清楚其中的利害關(guān)系。

我國(guó)4.5億畝稻田中，僅有30%的高產(chǎn)稻田，可滿足水稻生產(chǎn)旱澇保收的需求，而絕大多數(shù)是“中低產(chǎn)田”，甚至不少“望天田”（指無水源，僅靠自然降水耕作的田），如何讓那些干旱、沒有灌溉條件的中低產(chǎn)田也能產(chǎn)出好稻米？

實(shí)驗(yàn)室研究表明，人類種植的稻子是從野生稻先進(jìn)化成旱稻，再進(jìn)化成水稻。要育成突破性的品種，核心仍然是種質(zhì)資源。而種質(zhì)資源的采集，是一個(gè)工作量巨大的工程。羅利軍和他的團(tuán)隊(duì)成員幾乎走遍了中國(guó)的田間地頭，從全國(guó)各地甚至世界各地收集水稻資源。

科研人員通過多年的重復(fù)鑒定比較，分析收集的稻種資源的特性，比較它們的優(yōu)劣，在此基礎(chǔ)上，采用一系列的技術(shù)，進(jìn)行品種選育。這需要把許許多多的水稻和旱稻資源進(jìn)行雜交回交，從抗旱性、產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病性等多個(gè)方面對(duì)后代進(jìn)行評(píng)判，從中選育出最優(yōu)良的新品種。

育種是一項(xiàng)漫長(zhǎng)而緊張的工作，既需要復(fù)雜的腦力勞動(dòng)，也離不開繁重的體力勞動(dòng)。而且受環(huán)境、氣候的影響很大，一次暴雨、一場(chǎng)臺(tái)風(fēng)都有可能讓培育了幾個(gè)月的成果毀于一旦，成就一個(gè)好的品種要做上萬次雜交，成功概率真的是萬里挑一。

最終，羅利軍團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻與節(jié)水抗旱耐直播旱稻的完美組合，育成了節(jié)水抗旱稻。

在“一帶一路”國(guó)家如烏干達(dá)、肯尼亞、尼日利亞等非洲國(guó)家和印度、印度尼西亞、緬甸、巴基斯坦等亞洲國(guó)家也相繼開展了節(jié)水抗旱稻的試種示范，產(chǎn)量比當(dāng)?shù)仄贩N普遍增長(zhǎng)30% 以上。

2010年，羅利軍主持完成的成果“節(jié)水抗旱稻不育系、雜交組合選育和抗旱基因發(fā)掘”獲上海市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，三年后，“水稻抗旱基因資源和節(jié)水抗旱稻的發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)制”獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。2021年11月，羅利軍團(tuán)隊(duì)?wèi){借“水稻遺傳資源的創(chuàng)制保護(hù)和研究利用”獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。這是中國(guó)農(nóng)業(yè)界時(shí)隔8年后，在國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)的評(píng)選中再次獲得一等獎(jiǎng)。

節(jié)水抗旱稻的重要特征是節(jié)水50%，產(chǎn)量品質(zhì)與水稻相當(dāng)，輕簡(jiǎn)栽培，節(jié)本增效。更重要的是，節(jié)水抗旱稻可以旱種旱管，改變了傳統(tǒng)水稻生產(chǎn)長(zhǎng)期淹水的栽培方式，不需要插秧移栽，過去每日里“面朝黃土背朝天”的辛勞農(nóng)民被徹底解放了出來。旱種旱管等輕簡(jiǎn)化栽培模式，大幅度降低灌溉用水和農(nóng)藥化肥使用量，減少面源污染與稻田溫室氣體排放量。

在安徽淮河流域的低洼易澇旱地，往往一下雨就淹，不下雨又受旱災(zāi)。傳統(tǒng)種植的玉米和大豆經(jīng)常因?yàn)樗疂车陌l(fā)生而絕收，又因?yàn)槭呛档夭贿m宜種植水稻。節(jié)水抗旱稻因?yàn)榭梢院档竞倒埽志哂兴咎匦圆粫?huì)因?yàn)橐贿^性的水澇而絕收。近幾年，節(jié)水抗旱稻在玉米地和棉花地等傳統(tǒng)旱作田塊的成功試種，“玉米改稻”“棉改稻”為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶提供了新的生產(chǎn)種植發(fā)展模式，節(jié)水抗旱稻為當(dāng)?shù)財(cái)?shù)十萬畝的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了科技支撐，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田增值，農(nóng)民增收。

在安徽的懷遠(yuǎn)、壽縣和明光地區(qū)，節(jié)水抗旱稻因?yàn)楹?jiǎn)易栽培、節(jié)水抗旱、產(chǎn)量高、米質(zhì)優(yōu)等特點(diǎn)，已經(jīng)成為當(dāng)?shù)氐闹魍破贩N。浙江省有“七山二水一分地”的說法，以山區(qū)和丘陵地形為主，占據(jù)全省總面積的70.4%。為了解決耕地問題，在“山改地”中大膽嘗試種植節(jié)水抗旱稻，獲得不錯(cuò)的效益。節(jié)水抗旱稻在山坡地的種植，為解決浙江耕地和提高糧食自給率的問題提供了新出路。此外，在江西、湖南、湖北、河南、廣西、貴州、云南等地，節(jié)水抗旱稻也已經(jīng)逐步被農(nóng)民接受和認(rèn)可，開始了大面積種植。

種植在安徽六安旱地的節(jié)水抗旱稻。

節(jié)水抗旱稻一直注重國(guó)際推廣，在“一帶一路”國(guó)家如烏干達(dá)、肯尼亞、尼日利亞等非洲國(guó)家和印度、印度尼西亞、緬甸、巴基斯坦等亞洲國(guó)家也相繼開展了節(jié)水抗旱稻的試種示范，產(chǎn)量比當(dāng)?shù)仄贩N普遍增長(zhǎng)30%以上，有的品種產(chǎn)量甚至翻倍增長(zhǎng)，聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署也在官網(wǎng)上專題報(bào)道了節(jié)水抗旱稻為非洲糧食安全和適應(yīng)氣候變化做出的積極作用。應(yīng)該說，節(jié)水抗旱稻為解決世界糧食問題貢獻(xiàn)了卓有成效的“中國(guó)方案”。