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北京「種子銀行」藏萬年力量 春光裡抽枝發芽

北京市園林綠化科學研究院,資深工程師巢陽正在觀察古樹「白袍將軍」的克隆苗。(取材自新京報)
北京市園林綠化科學研究院,資深工程師巢陽正在觀察古樹「白袍將軍」的克隆苗。(取材自新京報)

在北京,收藏著中國最多的種質資源,有多家區級、市級甚至國家級的資源圃。那裡的植物都藏著億萬年的力量,是育種家的瑰寶。暮春時節,新京報探訪了在北京的「種子銀行」,它們和所有農作物一樣,正在春光裡抽枝發芽。

種子的好壞,決定著一年的收成,而種子的好壞由誰決定?

新京報報導,種質資源,也被稱為遺傳物質,是那些攜帶著生物遺傳信息、且具有利用價值的載體。種子,是最常見的種質資源,但種質資源並非只有種子,還有塊莖、鱗莖、芽尖、花粉等,甚至是DNA物質。

田間基因庫 貯豐富種質

種質資源是育種的基礎,也是作物的基因庫。

新京報記者探訪了在北京的特別的「種子銀行」,和保存在庫房裡的種子不同,它們是鮮活的生命,是活體保存的遺傳資源。

中國農業科學院作物科學研究所研究員、國家農作物種質資源庫副主任辛霞介紹,中國種質資源保存系統包括長期庫、中期庫、資源圃、原生境保護區等,目前有1個長期庫,也就是國家作物種質資源庫,還有1個長期庫的復份庫,15個中期庫,56個種質圃,以及2個試管苗庫、214個原生境保護區或保護地,此外,還有大量省級資源庫、企業自主建設的資源庫等。

種質資源保護單位有種質資源庫和種質資源圃,其中資源圃是保存活體種質資源的園區,也被譽為「田間的基因庫」。

上世紀80年代,中國開始建設種質資源圃,搜集珍貴的種質資源,以活體的方式長期保存。辛霞介紹,包括多年生小麥野生近緣種質資源圃、國家梨蘋果種質資源圃等,「到目前為止,已經有56個國家級種質圃,保存著7.5萬份種質資源。」

瀕危野生玫瑰 昌平盛放

在國家多年生草本花卉種質資源圃的溫室中,保存著兜蘭屬、蝴蝶蘭屬、薔薇屬、菊屬等多種珍貴的種質資源,也種植著許多育成的月季、菊花和蘭花品種。

保存於國家多年生草本花卉種質資源圃中的稀有瀕危蘭花兜蘭。(取材自新京報)
保存於國家多年生草本花卉種質資源圃中的稀有瀕危蘭花兜蘭。(取材自新京報)

種質資源圃負責人、中國農科院蔬菜花卉研究所研究員楊樹華介紹,野生玫瑰原產於東北亞的沿海地帶或海島上,在中國,野生玫瑰已經被列為國家二級保護植物,北京昌平資源圃中的野生玫瑰是科學家們多年來在玫瑰原生境採集種子,播種後種植在這裡保存的。建立野生玫瑰資源異位保存圃,就是為了將野生玫瑰資源統一保護起來,留住這些寶貴的野生基因資源。

玫瑰、薔薇、月季,它們之間到底是什麼關係?楊樹華介紹,事實上,在國外,它們只有一個英文名字,就是rose,代表了所有的薔薇屬植物。在中國,由於它們分布地域廣泛,而且因為文化觀念和傳統的關係,形成了薔薇、玫瑰和月季等許多不同的名稱。

楊樹華介紹,薔薇屬植物主要分布在歐亞大陸和北美洲等北半球地區,有200多個野生種,中國分布95種。

現代月季品種 多季開花

和大多數植物一樣,薔薇科植物原本也是一年開一次花,且多是單瓣;而現代月季品種可以實現一年多季開花,且有許多重瓣的類型。楊樹華介紹,「從一年一次到多季開花,從單瓣變成重瓣,都是源於基因突變事件。」

國家多年生草本花卉種質資源圃中的月季進入了花期。(取材自新京報)
國家多年生草本花卉種質資源圃中的月季進入了花期。(取材自新京報)

月季作為全球最重要的觀賞花卉,也面臨著諸多的困境。楊樹華介紹,月季的適應性較強,可以應用於許多地區或不同場景,但是隨著氣候環境變化的加劇,仍然存在北方寒冷地區越冬成活困難、在南方濕熱地區易感白粉病和黑斑病、在切花產區易感灰霉病並造成重大損失等問題。在所有已知的現代月季品種中,其基因基本來自20餘個野生種,相對於薔薇屬200多個種的遺傳信息來說,月季栽培品種的遺傳庫相對狹窄,還有大量的遺傳資源沒有被利用。

與栽培種優良的商品性、觀賞性不同,野生種往往不那麼整齊,花朵也可能不那麼好看,但它們蘊含著許多不為人知的優良基因。要育成更多樣、更優質的品種,就需要更加豐富的基因庫,這也是科學家們建立種質資源圃,搜集和保存多種多樣種質資源的意義所在。

千份大蒜種質 傲視全球

在中國農業科學院(萬莊)國際農業高新技術產業園國家多年生及無性繁殖蔬菜種質資源圃,保存著近5000份多年生及無性繁殖蔬菜資源。

科學家們推測,1萬3000年前,被稱為「新仙女木事件」的持續降溫,使這些植物拋棄了開花結籽的繁衍方式,選擇了無性繁殖方式,以保證它們在地球上的延續。

然而,對農作物育種來說,如果整個族群天然不育,依靠無性繁殖,雜交就會出現困境,選育更好的品種,也會變得更難。

大蒜是其中的典型代表。中國農科院蔬菜花卉研究所蔬菜種質資源創新團隊首席科學家王海平研究員介紹,隨著多種新品種的快速推廣,原有的地方品種也在快速消失,生物多樣性急劇減少,這可能對未來造成難以預測的風險。

在國家多年生及無性繁殖蔬菜種質資源圃,保存著約1500份大蒜種質資源,是全球保存最多的單位。

無性繁殖蔬菜 降低成本

許多傳統的地方品種,在產業發展的浪潮中被淘汰,但它們卻保留著許多尚未被人所知的優異基因,比如更好的抗逆境能力,比如某種特殊的風味,「隨著技術的發展,我們對生物的認識越來越深入,就有可能利用這些優異的基因,育成更好的品種。」王海平說。

王海平舉例,「溫江紅七星」是一個主產於四川的大蒜品種,但當它被栽種到雲南大理地區,在當地獨特的氣候條件和栽培方式下就會產生獨頭蒜。「迄今為止,我們仍在研究獨頭蒜的形成原理,目前看起來,環境和遺傳因素均起著很大作用。」

不僅有蒜,在這座種質圃中,還能看到各種各樣的無性繁殖蔬菜,其中還有瀕危的品種,如青島百合。

對無性繁殖的蔬菜來說,除了本身帶來的育種困難,也在影響著育種水平的提升。「把這些生物體內古老的基因和本能喚醒,那時候,這些蔬菜的生產,將會極大地降低成本。」王海平說。

國家多年生及無性繁殖蔬菜種質資源圃中,活體保存的蘘荷。蘘荷幼苗像竹筍,是一種薑類...
國家多年生及無性繁殖蔬菜種質資源圃中,活體保存的蘘荷。蘘荷幼苗像竹筍,是一種薑類植物。(取材自新京報)

古樹名木 保留純正血統

3000多歲的密雲「九摟十八杈」、1300歲的潭柘寺「帝王樹」、種植於金代後來又被乾隆封爵的北海「白袍將軍」……在資源圃中,珍貴的北京古樹名木基因全部被保存下來。「如果哪天古樹生命走到盡頭,它們的克隆苗可以栽植到原地,將古樹承載的歷史文化價值永久延續。」北京市園科院古樹與樹木健康研究所首席專家王永格說。

隨著古樹樹齡增長或生長環境改變,導致繁殖能力越來越弱,古樹攜帶的寶貴基因,需要用科學手段來傳承。2009年起,北京市園科院啟動北京市重點古樹名木基因保存工作,科研人員跑遍北京,採集重點古樹名木的枝條,通過嫁接、扦插和組培繁殖三種無性繁殖方式培育幼苗,保留古樹寶貴的基因。

比起古樹「後代」,王永格更準確地將這些樹苗稱為「古樹無性繁殖苗」或「克隆苗」。她解釋說,如果採集古樹上的種子進行有性播種繁殖,風媒和蟲媒可能帶來其他植株的花粉,播種苗遺傳變異大,與古樹母株基因有差異。而無性繁殖方式可以保證樹苗血統純正,在基因測序時,它們的基因和母株古樹完全一致。

2016年,北京市園科院成立「京津冀古樹保護研究中心」,古樹基因保存範圍擴大至京津冀三地,2017年單獨劃分出2000平方米,建成現在的古樹基因活體資源保存圃,分區栽植已繁殖成活的古樹幼苗。

這些古樹幼苗的母株都赫赫有名,針葉古樹區的代表是中山公園遼柏、北海公園「白袍將軍」、戒台寺抱塔松等。

落葉闊葉古樹慢生區,栽種的是潭柘寺「帝王樹」、李自成「拴馬樹」、密雲古流蘇等古樹的克隆苗。每年3月下旬,頤和園古玉蘭的克隆苗滿樹繁花,花朵大、花量也大。宋慶齡故居西府海棠的克隆苗是2019年3月繁殖的,如今4米多高的樹枝幹已有拇指粗。

頤和園古玉蘭一株克隆苗抽出粗壯的新芽。(取材自新京報)
頤和園古玉蘭一株克隆苗抽出粗壯的新芽。(取材自新京報)
宋慶齡故居古西府海棠克隆苗含苞待放。(取材自新京報)
宋慶齡故居古西府海棠克隆苗含苞待放。(取材自新京報)

目前,圃地保留了京津冀乃至中國近150株重要古樹名木純正血統的活體基因。

這些「克隆苗」可以像其母株一樣,生存成百上千年嗎?王永格坦言,這些「克隆苗」是否可以存活百年以上成為「古樹」仍然未知,但可以確定的是,它們繼承了母株長壽、抗逆的基因。

王永格和大覺寺古玉蘭克隆苗「比個頭兒」。(取材自新京報)
王永格和大覺寺古玉蘭克隆苗「比個頭兒」。(取材自新京報)

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