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宝贵的野植资源
野生植物,可能是未来不可或缺的主要食品,抑或是医治某些不治之症的主要提取物；它不仅是某些物种革命的必不可少的基因,而且可能给人类带来难以预测的巨大财富.
五彩缤纷的绿色世界,有35万种植物,其中与人类生活息息相关的粮食、蔬菜、果木等栽培植物约有600多种,其中经我们祖先驯化的就有包括“五谷”在内的136种.科学家认为,自然界还有许多尚未开发利用的潜在食物资源.全世界估计有8万余种陆生植物,但仅有150余种被大面积种植.世界上90%的食物来自约20个物种,目前人类所需营养的70%来自玉米、小麦、稻米、土豆、大麦、甘薯和木薯7个物种,其中前3个占70%以上.也许,世界性的许多难题将会从那些在植物中占绝大多数的未被驯化的绿色生命中去寻找.
中国是世界上生物多样性最丰富的国家之一,有高等植物约32800种,占世界总数的12%,居世界第三位.由于中国大部分地区未受到第四纪冰川覆盖的影响,因此保留了北半球其他地区早已灭绝的古老孑遗种类和特有种,约有200属1万余种.
1974年夏秋之交,美国一位植物学家到我国东北参观访问,偶然在田边见到一株开着紫色花的野草,他如获至宝,赶紧珍藏起来.这野草,名叫野生大豆,又名野毛豆、野黄豆.上世纪50年代中期,大豆孢囊线虫病席卷美国,大豆生产濒临绝境.后来,从3000多份大豆种质资源中筛选出原产中国的野生大豆——北京小黑豆品种作为抗源,通过杂交将其中的抗病基因转育于栽培品种,从而有效地控制了该病的为害.难怪美国植物学家见到中国野生大豆就爱不释手.
野生植物对于人类的价值是怎么估计都不过分的.据研究,由2.9万种植物得到的1万种提取物中,约有3000种显示对癌症有抑制作用.热带森林中的粗榧、美登木、嘉兰木等植物都可以提取抗癌药物.还有不少野生植物提取的药物,已证明对治疗艾滋病有效.
人类未来会面临各种意想不到的灾难和挑战,或许某些野生物种会帮助人类免于饥荒、祛除疾病.许多今天看起来微不足道的物种,明天可能摇身一变成为无价之宝.
广泛的农业用途
农业野生植物又称为作物野生近缘植物,是指所有与农业生产和人类生活密切相关的栽培植物的野生种和半野生种.作为生物多样性的重要组成部分,农业野生植物是人类赖以生存和发展的重要物质基础,不仅直接或间接地为人类提供食物原料、营养物质和药物,而且能够防止水土流失,调节区域气候,尤为重要的是,由于绝大多数农业野生植物生长在未经人工驯化的生态环境中,在长期的自然选择中形成了丰富的优良特性,具有栽培作物没有的优异基因,如高产、优质、耐寒抗旱、抗病虫等,可以为良种选育提供取之不尽的基因资源.
作物种质资源是人类赖以生存和发展的宝贵财富与战略性资源,是作物育种、生物科学研究和农业生产发展的物质基础,是农业持续发展的重要保障.我国作物种质资源种类多、数量大,以其丰富性和独特性在国际上占有重要地位,在我国农业和现代种业发展中作用巨大.
世界上一些重要作物的原生起源地,在亚洲的有稻、小麦、大麦、粟、大豆、蚕豆、豌豆以及茶、桑、甘蔗、黄麻、苎麻等,在非洲的有高梁、咖啡等,在中、南美洲的有玉米、棉花、马铃薯、甘薯、花生、可可、烟草等.有的作物经过地区之间的交流传播,又形成许多次生起源中心.这些地区都存在丰富的种质资源.此外,果树、蔬菜的种质资源在亚洲、非洲和中南美洲原产地也分布广泛,类型丰富.
中国素以作物种质资源丰富多彩而著称.水稻的世界起源地之一在中国,中国的野生稻就有3种,栽培稻也有多种类型.中国起源的大豆现已在世界上广泛分布,并为大豆品种的改良提供了良好的基础.小麦在数千年前从西南亚引入中国后产生了许多新的变异,其中普通小麦在中国分布尤广,变异类型极为丰富,在中国形成了次生起源中心.中国的粟和黍稷栽培历史悠久,类型众多.荞麦、小豆、豇豆、芡实等的品种也丰富多彩.此外,中国还是大白菜、芥菜、芜菁、萝卜、茼蒿、葱以及茭白、荸荠、慈姑等多种蔬菜和梨、桃、杏、梅、李、樱桃、山楂、猕猴桃、柑橘、龙眼、枇杷、杨梅、板栗、柿等多种果树的起源地,有十分丰富的种质资源.
种质资源的合理利用,使育种工作取得了许多成就.
20世纪50年代,广东省利用从水稻品种“南特”中发现的矮秆自然变异株育成“矮脚南特”,利用“矮仔占”品种育成“广场矮”“珍珠矮”；台湾省利用地方品种“低脚乌尖”育成“台中本地1号”等水稻良种,促进了中国水稻的矮化、高产.
70年代,我国“杂交稻之父”袁隆平院士利用野生稻“野败”不育株开创了三系杂交水稻育种的新局面,使我国水稻产量大幅提高,摆脱了粮食紧缺的困扰,为我国乃至世界解决粮食紧缺问题作出了重大贡献. 此外,通过对农家品种评选和对国外引进品种的试种,也获得了一大批可直接用于生产的种质材料.如较早的“农垦”号水稻、阿夫和阿勃小麦、岱字棉等,以及后来的甜菊、聚合草等糖料、饲料作物都是从国外引进的.
看来,谁占有了种质资源,谁就掌握了选育品种的优势,谁就具备了种业竞争的主动权.从国家层面看,优异种质资源事关国家核心利益,其收集、保护和利用受到各国政府的普遍重视.美国拥有全球最完善的国家植物种质资源体系,目前保存资源总量达56万份,位居世界第一,其中80%的资源是政府组织从世界各国收集的,中国大豆种质资源成就了美国大豆产业的发展,丰富的种质资源是美国成为世界种业强国的有力保障.我国有水稻种质资源8万余份,利用丰富的水稻种质资源培育的杂交稻品种,已占全球杂交稻市场份额的80%以上.从企业层面看,优异种质资源的占有数量和利用程度,已经成为企业核心竞争力的关键.美国先锋公司拥有世界最大的玉米种质资源库,覆盖了全球60%的玉米种质资源,培育出了具有竞争优势的系列品种,占有全球玉米20%的市场份额.荷兰瑞克斯旺公司利用抗蚜虫种质资源,选育的抗蚜生菜品种,占据了欧洲70%的生菜市场份额.国内外实践证明,种业的竞争最终体现在种质资源的竞争上.
生物多样性是一个区域生态系统完好与否的标志,生态系统的物质循环、能量交换和信息传递这三大功能都要通过生物多样性来完成,这是保证生态系统正常运转的基础.在生态系统的物质循环中,我们常常把各种生物和非生物成分滞留的作用形象地称之为“库”,滞留时间长、流动较慢的部分叫“贮存库”,滞留时间短、流动较快的部分叫“交换库”.
在生态学上,每一个生物个体都有几千个遗传基因决定其特征,这些基因决定着它的颜色、高矮、重量、形状、抗病能力等特性.对每一个物种而言,都有一个共同的基因群. 在自然界,所有生物都表现自身的遗传现象,它是生命延续和种族繁衍的保证.农谚说,种豆得豆,种瓜得瓜,就是对遗传现象生动的描述.豆和瓜的繁衍就是由遗传物质决定的. 在生物细胞里,有许多称之为染色体的双螺旋长链,它是由一种生物大分子——脱氧核糖核酸(DNA)组成.DNA分子是由4种核苷酸错综复杂的排列组合构成的长链,生物的遗传信息即寓于脱氧核糖核酸之上,DNA很长,核苷酸很小.因此,一个DNA分子包含的遗传数量十分惊人.如果把一个核苷酸当作一个字符的话,那么一个普通植物细胞里贮存的遗传信息,大概相当于一个小型图书馆全部藏书的字数.生物界如此千姿百态,丰富多彩,其奥妙即在于此.
地球上约有100万种动物、30万种植物和很多微生物,那里面蕴藏着丰富多样的基因资源,只要发掘和利用其中的一小部分,就足以为培育农畜新品种开辟广阔天地.
随着现代科学的发展,科学家已经将世界上大部分植物有用的基因收集起来,贮存在一个“仓库”中,这个仓库就称之为“基因库”,通俗的名称叫“种质库”.用以保存种质资源,库内有先进的保温隔湿的结构和空调仪器,常年保持着低温干燥环境,可以减缓种子新陈代谢,延长种子寿命,使种子在几年乃至近百年仍不丧失原有的遗传性和发芽能力.实际上,单个的基因-DN段很不便于分离和贮存.基因库中*的品种乃是完好的农作物种子或者组织细胞.因为农作物品种的基因组成已经查明,并已绘制成基因图贮存在电脑里,待需要应用某种特殊基因时,只要提取相应的种质材料进行遗传分离就可以了.有了这个基因库,科学家索取任何育种材料都会得心应手,可以直接应用于杂交育种工作,培育所需的有用的新品种或新物种.
一个物种可以影响一个国家的兴衰,一个基因可以左右一个国家的经济命脉.人类已经从一些不大为人所知的生物品种那里受益匪浅.大自然生物基因库对人类未来的绿色革命有着重要的意义.稍懂农事的人都知道,许多农作物由于长期单一栽培而发生退化,需要从野生植物中吸取新的改良基因. 几十年前,苏联缺乏橡胶,后来,科学家们瞄准野生植物,研究利用“怀才不遇”的“橡胶草”提取橡胶,从而解决了军事工业等一大难题.苏联的高抗黄萎病棉花品种“塔什干1号”和“塔什干3号”也是利用墨西哥野生棉与本国的早熟棉品种杂交育成的.
早些年,墨西哥由于从引进的日本小麦品种“农林10号”中分离出矮秆基因,并育成了矮秆而抗病的高产小麦品种,经推广应用于生产后小麦产量大幅度提高,使墨西哥由一个粮食进口国变成了粮食出口国.
可怕的种质流失 物种是生物分类的基本单位,大多数动植物都是以种群的形式生活在一定空间内,占据着一定地理分布区,并在该区域内生存和繁衍,且互为因果,相生相克.一个地方物种的改变,将直接导致相应动植物系统的破坏.
由于人类生产活动的扩展和对大自然的过度开发,造成森林的毁灭和生态环境的恶化,许多度过冰川期而侥幸活到今天的珍稀濒危植物,在人们还未认识到其价值之前,即遭到空前的劫难.
造成物种流失的原因不外乎自然和人为两个方面的因素,自然环境退化和破坏是客观原因,尤其是近百年来森林面积大幅度减少,湿地被挤占排干,许多物种失去了赖以生存的家园.人为引进新品种,虽可以改良作物品种,但也会带来意想不到的物种退化.环境污染同样是生物的直接杀手,人类向自然界排放的有毒有害物质,使动植物食物链及生存基础遭到破坏,污染对物种的影响是一种微妙的、积累的过程.美国海洋生物学家蕾切尔·卡逊在被称为“20世纪环境警示录”的《寂静的春天》一书中讲述过一个惊人的现象：1970年,加拿大因喷洒杀虫剂而杀死了为浆果传粉的蜜蜂,导致浆果产量比上一年减少75%. 根据世界保护监测中心估计,地球上大约有6万种植物受到不同程度威胁,平均每天就有一个种灭绝.据中国科学院植物研究所提供的报告,中国“情况已达到相当危急的地步”,高等维管束植物中约有1门o即2800种濒危或受到威胁.我国一批珍稀植物可能已经灭绝,其中包括喙毛红豆、毛叶、紫树、锯叶竹树、绣毛茜、导叶玉叶主花、双蕊兰、无喙兰等几十种植物.
1 978年在江西省东乡县发现的迄今世界上分布最北的9个普通野生稻居群,目前仅剩3个,平均每10年减少2个；1981年广西壮族自治区野生稻分布点1342个,目前仅剩325个,平均每年减少近30个.农作物种质资源的流失速度之快,令人震惊.
迫切的保护行动
灭绝的不会重生,减少的不会再增多,显然这是一场与时间赛跑的战斗. 农业野生植物等生物遗传资源是我国遗传育种和生物技术研究的重要物质基础,是生物多样性的重要组成部分.保护野生植物对调整农业结构、改善农产品质量、保障我国粮食安全和生态安全具有重要意义.
物种的消失不仅是单纯的经济损失,而且也是地球的生命支持系统的损失.西方植物学界首先意识到这种损失是不分国界的,因此,各国科学家大声疾呼,制止世界性野生植物种质流失,西方国家的植物园在搞了几百年搜集、驯化利用和观赏之后,把重点转向全球性植物种质保护,特别是不发达地区、尤其是热带地区的稀有、濒危植物.
新中国成立以来,我国分别于1956—1957年、1979—1983年先后两次开展了全国性大规模的农作物种质资源普查. 第三次全国农作物种质资源普查自2015年启动,普查完成了湖北、湖南、广西、重庆、江苏、广东等6省(区、市)375个县的全面普查和92个县的系统调查,通过普查查清了粮经饲等作物地方品种的分布、特性等基本情况,查清了列入国家重点保护名录的作物野生近缘植物的种类、分布、生态环境和濒危状况等重要信息,有目的地征集了种质资源12924份,抢救性收集了古老、珍稀、特有、名优作物地方品种和野生近缘植物种质资源1 1714份,共计24638份.
我国是1993年缔结的《全球生物多样性保护公约》的签字国.为拯救和繁育濒危野生植物,我国已建立400余处珍稀植物迂地保护繁育基地和种质资源库、100多处植物园和树木园,使1000多种珍稀植物得到保护和繁殖.中国农业科学院和国家种质库,它以计算机管理和控制,可以储存50多万份种子.我国特有的茶、银杉、水杉、珙桐、天日铁木等珍稀植物的人工培育已获成功.
人类今天遇到的种种困难有许多起始于昨天的错误.而今天,在保护生物多样性方而,已经不允许我们再有失误.拯救绿色生命已迫在眉睫,亡羊补牢,犹未为晚.
陌生的表型研究
“归根到底,农作物收获的是表型,而不是基因型.现在急需弄清楚作物表型与基因型、环境之间的关系.”在日前举行的国家重大科技基础设施“作物表型组学研究”国际论证会上,中国工程院院士盖钧镒等国内外23位专家共同建议,希望国家作为紧急事项批准建设作物表型组学研究设施.
数十年来,特异基因资源的发现及利用成为农业育种的“武功秘籍”,但是,随着多数代表性植物全基因组测序 的结束,科研人员越来越认识到植物表 型研究的重要性.
在农作物育种研究中,通过基因型进行测序、选择、定位等工作,其实是问 接的,转了个弯回来,最直接的还是表 型.比如说,同样的作物、同样的基因在 不同的环境下,生长出来可能就不一 样.基因组学正在加速基因的发现,但 如何利用这些资源来建立基因功能和 开发新基因型,如何将基因组数据用于作物改良,都需要通过表型组学,研究 表型与基因、环境之间的关系.
在未来的国家竞争中,种质资源作 为一种战略性资源,争夺将更趋激烈. 而表型组学作为挖掘种质资源利用广 度和深度的有效手段,起跑的发令已 经鸣响,欧洲、美国、日本、澳大利亚等 发达国家已先后建立作物表型组学研究机构,我国在这一领域还缺乏大型基础设施和资源统筹的举措.
虽然我国创造了以不足7%的耕地 面积养活了全球近/5人口的奇迹,但 是良种对我国作物增产的贡献率仅占35%左右,与国际上优良品种占50%左右的贡献率存在较大差距.这与我国基础研究相对薄弱,对作物重要性状形成杌制解析不深入,全基因组选择基因组 编辑等育种新技术创新不足等有密切关系.
过去,对作物表型性状的获取,大部 分是在田间“一把尺子一杆秤”地手工操作,粗放而且不精准.随着生物信息学、 系统生物学和整合生物学等的兴起和发 展,使得大规模、高通量基因资源的挖掘 与利用效率大幅度提高,这有助于加速 了解作物性状的控制机制、筛选优良的 作物种质、确定和利用关键控制基因并 实现分子的精确、高效设计育种.
目前,我国保存的种质资源已达 45万份（约2300个物种）,如何用好这 些种质资源必须重视起来.因此,我国 迫切需要加强农作物种质表型和基因研究设施建设,探索基因组学理论和各 种基因组学技术方法,为种质资源表型鉴定及有效保护提供新手段.（张金平）
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参考文献：
1、 林木种质资源普查劳动定额以河北省为例 摘要定额标准的研究和制定是项目预算的基础性工作,是实现零基预算的重要保证 针对目前林木种质资源普查尚无公开的相关劳动定额研究进行技术经济指导的参考现状,借鉴企业劳动定额的制定方法,对河北省林木种质资源.
2、 甜玉米种质资源种子活力综合评价 毛笈华1,陈翰砚2,顾鑫硕2,于永涛1,胡建广1（1广东省农业科学院作物研究所广东省农作物遗传改良重点实验室,广州510640；2暨南大学生命科学技术学院,广州510632）摘要旨在为甜玉米种子活力性.
3、 民族地区高校土地资源管理专业人才培养方案课程体系建设以内蒙古农业大学为例 摘要随着我国国民经济快速发展,土地资源作为自然环境和社会经济要素得到广泛关注,对土地资源管理人才需求量不断增长 课程体系是构建土地资源管理专业的基础,必须适应社会需要的人才培养模式 文章以土地资源管理.
4、 聊城市林木种质资源现状与其保护利用策略 摘要结合聊城市实际情况,分析聊城市林木种质资源管理工作现状以及存在的问题,进一步提出了聊城市林木种质资源保护和利用策略 关键词聊城市；林木种质资源；现状；保护利用1 聊城市林木种质资源管理工作的现状聊.
5、 崆峒山灌木种质资源与分科检索表 摘要1987—1994年利用8年时间开展调查研究,通过对地处陇东黄土高原地区具有植物分布代表性且植被资源相对丰富的崆峒山进行实地调查,在分析研究陇东黄土高原区灌木种质资源及其分类的基础上,.
6、 阳澄湖中华绒螯蟹国家级水产种质资源保护区全面禁捕 为全面落实农业部关于公布率先全面禁捕长江流域水生生物保护区名录的通告（农业部通告〔2017〕6号）文件要求,切实保护阳澄湖水生生物资源,维护湖区水域渔业生态环境,根据中华人民共和国渔业法、中华人民共和.