【南方日報】探訪農業“芯片”育成之路
華南最大農作物種質資源“圖書館”建成,成為廣東種業振興基礎工程
如果說種子是農業的“芯片”,那種質資源就是製造“芯片”的“晶圓”。
要實現種源自主可控、種子品種優良,需要利用大規模保存的種質資源進行品種研發、改良,將農作物在自然狀態下發展出的優良性狀集成在一個品種上。可以說,離開種質資源,種業科研的核心突破幾乎不可能。
如今,廣東有了屬於自己的種質資源“圖書館”,它將成為廣東種業振興和農業科研的基礎工程。
日前,“廣東省農作物種質資源庫(圃)建設與資源收集保存、鑒評”項目(下稱“項目”)通過驗收,華南地區最大的農作物種質資源“圖書館”宣告落成。項目由省財政投資5000萬元,依托省農科院建設,曆時3年多打造完成。
“種質”是指生物體親代傳遞給子代的遺傳物質,植物的種子、果實、根、莖、苗、芽等繁殖材料都是種質資源的組成部分。目前,省農科院共收集保存6.3萬餘份農作物種質資源,涵蓋190個物種,占全省保存農作物資源的70%以上。
位於廣東的這座“圖書館”裏究竟藏了哪些種質?這些種質又是如何保存的?科學家如何將其用於種業科研?本期科技能見度帶你揭開華南最大農作物種質資源“圖書館”的神秘麵紗。
■收集
分類保存6.3萬餘份種質資源
在種質資源收集保存方麵,廣東起步已有一個世紀。省農科院院長陸華忠告訴記者,本次項目的驗收,極大提升了我省農作物種質資源安全保存的能力與水平。
項目負責人、省農科院副院長易幹軍告訴記者,項目實施以來,新收集特色農家種、地方品種和野生資源等8129份。目前,省農科院已保存6.3萬餘份各類農作物種質資源,占全省保存農作物種質資源的70%以上。
不同的農作物生活習性和繁衍方式不同,其種質資源保存方式亦隨之不同,這也給相關工作帶來了難度。
除了常見的保存種子,有些作物的種質資源需要以試管苗形式保存;荔枝等木本果樹培育時間長、占地麵積大,須圃地保存整棵果樹作為種質資源;花生、芝麻等作物則可以用冷庫保存幹燥的種子,但種子的活性也隨時間推移而減弱,所以每隔固定時間,需要把種子種下去重新繁育,得到新種子後再保存。
為妥善保存海量的種質資源,項目耗費3年多時間,對現有的種質資源保存場地、設施進行了改造提升,並新建了一批種質資源圃、離體庫及DNA庫,形成了可對種質資源進行全方位保存的廣東農作物種質資源保護體係。
目前,該體係擁有21個省級以上種質資源庫(圃)、1個DNA庫、一批離體保存庫、一批原生境保護區。項目驗收通過後,省農作物種質資源庫(圃)成為華南地區規模最大、係統最全的農作物種質資源公益性科研平台。
■開源
共享資源提高育種研發效率
對於一線科研人員而言,省農作物種質資源庫(圃)的“開源”特性為種業科研賦予了新的想象空間。
“開源”可讓更多人參與種業研發,在浩如煙海的種質資源中挖掘更優良的基因性狀。“比如同時作為藥材、蔬菜及觀賞花卉的石斛,若大家共享利用種質資源,石斛菜、藥、花三方麵的育種效率都將得到提升。”省農科院環境園藝研究所一名科技人員告訴記者。
相關負責人介紹,接下來,在繼續加強農作物種質資源收集,實現應收盡收、應保盡保的基礎上,要重點做好資源的精準鑒評、創新利用和共享服務。比如,加快推進種質資源的深度評鑒,構建分子身份證或指紋圖譜,實施知識產權保護,遏製基因的流失;建立分子育種技術體係,實現育種技術的轉型升級;建設農作物表型組學研究平台,規模化、標準化篩選與鑒定優異種質資源;建設農作物種質資源數字化共享平台,實現種質資源的數字化統一管理和基於數據的高效挖掘、精準利用,打通資源信息鴻溝,促進共享開發利用等。
■育種
特色種養助力鄉村產業振興
發展特色種植養殖、尋找差異化賽道,一直是全麵推進鄉村振興過程中各地的工作重點。因此,培育特色農作物新品種也是助力鄉村產業振興的重要方式。
在省農科院的特種經濟作物種質資源圃中,記者發現了茨菇、空心菜、馬蹄、沙葛等極具廣東特色的作物品種。“雖然尚未有團隊進行充分的育種研究,但這些土生土長的本地品種,對未來豐富種植內容,調整種植結構,助力鄉村產業振興等方麵有很大潛力。”相關負責人告訴記者。
若推廣種植農作物品種單一,則有“果賤傷農”“菜賤傷農”的風險。比如,我國曾經沒有加工用香蕉品種,導致香蕉產業鏈短、鮮果售價大起大落,影響產業可持續發展;而我省菠蘿主產區種植菠蘿品種單一,“豐產不豐收”也曾困擾產業多年。隨著項目建設的推進,“美食蕉”係列香蕉和“粵甜菠蘿”係列的推出,將有望解決上述產業問題。
除水果外,依托豐富的農作物種質資源,省農科院近年來還育成並推廣多個高經濟價值的農作物品種。比如,省農科院蔬菜研究所培育的“鐵柱冬瓜”,因其表皮堅硬、外形整齊,解決了困擾相關產業發展多年的儲運問題,因而在南北十幾個省(區)累計推廣超過150萬畝,目前市場占有率超過40%。
在省農作物種質資源庫(圃)中,記者看到多個葡萄品種正在茁壯成長,其中不乏陽光玫瑰葡萄等“明星”品種。葡萄這一品種能夠突破緯度限製,在廣東落地生根,有賴於農用大棚等農業設施的發展,而農業設施專用品種的培育也正在加速。
全國範圍看,“設施專用”農作物品種的培育尚在起步階段。截至2021年,省農科院設施農業研究所已經收集了近2000份種質資源,涵蓋櫻桃番茄、苦瓜、西瓜、甜瓜、葡萄、甜椒等種類。“目前,我們已培育櫻桃番茄新品種‘粵科達101’等,有望打破國外高端櫻桃番茄品種壟斷。”省農科院設施農業研究所所長張長遠說。
■推廣
一批廣東優質品種走向全國
廣東人多地少,發展水稻等大田作物的空間有限。但是,通過關鍵性種質資源的保護、發掘與利用,廣東培育出一批走向全國的水稻、玉米、甘薯、蔬菜等重要品種。
改革開放以來,廣東率先開展優質稻育種,引領了中國優質秈稻的發展。據統計,中國推廣麵積最大的雜交稻與常規稻、配組組合最多的不育係與恢複係、應用麵積最廣的不育係與恢複係的前10名品種(係)以及水稻生產中“大品種”的親本血緣,不是“廣東造”就是“廣東芯”。
其中,“黃華占”是2018年以來全國推廣麵積最大的優質常規秈稻品種,在我國11個省份準入並大規模應用,迄今累計推廣約1.75億畝;“美香占2號”是首批認定的廣東絲苗米品種之一,通過了7個省份的品種審定或引種許可,在華南稻區以及江西、湖南、雲南、四川、陝西等省份大麵積應用;雜交稻優質不育係“泰豐A”的出現,有效解決了雜交稻“高產不優質”的瓶頸問題,利用該不育係育成了42個優質雜交稻通過國家或省級審定,其中15個次品種獲國家或省級優質稻食味鑒評金獎和銀獎,相關成果推廣麵積累計超過4億畝,帶動了雜交稻種業和優質稻米產業的發展。
因地形地貌複雜,且水資源時空分布不均勻,水稻並非廣東所有地區的耕作首選。比如,湛江雷州半島、汕尾海陸豐等地地勢平坦且多有紅砂土,更適宜發展甘薯、馬鈴薯等旱地作物種植。
近年來,省農科院培育的甘薯品種“廣薯87”,憑借其高產穩產、品質優異等特性,迅速在上述地區推廣,還不斷向全國累計推廣超過1000萬畝。該品種也深受北方產區青睞,如今已實現一個甘薯品種“從湛江種到新疆”的創舉。
“對糧食作物而言,兼顧產量與效益的良種將提高農民種植的積極性。”省農科院作物研究所相關負責人告訴記者,隨著良種的普及,“種糧不賺錢”問題的解決,為遏止土地“非農化”“非糧化”提供了很大幫助。