中国科学院昆明植物研究所
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【昆明信息港】野生植物“诺亚方舟”藏身昆明

文章来源:昆明信息港  |  发布时间:2018-04-12  |  作者:廖晶蓉,孟祝斌  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

  在春城北郊的昆明植物园,层林尽染的枫叶景观闻名遐迩,游人如织的热闹风光背后,她还有一个鲜为人知的名字——“中国科学院昆明植物研究所”,在这座繁花茂林的山巅,蕴藏着一座世界级的植物宝库。 

  这里是中国西南野生生物种质资源库,她遗世而独立,低调却显赫:我国唯一的国家级野生生物种质资源库、世界上两个按国际标准建立的野生生物种质资源保藏设施之一,被誉为中国野生种质资源的“诺亚方舟”。这里,为确保生物多样性提供了无限可能。 

  自2007年投入试运行以来,2017年是种质资源库落成的第10个年头,10年须臾,已抢救性收集和保存了各类种质资源20305种、210444份,其中处于核心地位的植物种子资源为229科9484种71232份,超过我国种子植物种类的三成。 

  云南建“植物方舟”得天独厚 

  当主粮只剩下玉米,人类难以生存。电影《星际穿越》里这一对未来的描述让人印象深刻。生物多样性,听上去是个宏大名词,其实却离我们很近。

  生物多样性的基础,正是种质资源。在中国西南野生生物种质资源库(以下简称“种质资源库”),保存着来自国内外海量的野生植物种子。创立这座“种子保险库”的,是已故著名植物学家、中国科学院院士吴征镒先生。种质资源库用于采集和保存珍稀、濒危、特有的物种,于2005年开工建设,2007年初步建成并投入试运行,曾入选中国十大科技进展项目。

  目前,种质资源库已经抢救性收集和保存了各类种质资源20305种、210444份,处于核心地位的植物种子资源为229科9484种71232份,占到中国种子植物种类的32%。其中,还包括4000种13178份中国特有植物种子,数千种重要农作物野生近缘种种子,近百种、442份珍稀、濒危植物种子。虽然种质资源库建在昆明、且名字里有“西南”二字,但实际上,种质资源库收集的范围甚广,还有来自全国乃至全世界其他地区,特别是目前已收集保藏了来自青藏高原的15337份种子,经过几十年的努力,青藏高原植物种质资源“家底”基本摸清。

  在种质资源库科普展馆里,展示着这座植物宝库10年来的光辉:是中国第一座国家级野生生物种质资源库,也是目前亚洲最大、世界第二大的野生植物种质库……除了一项项“光环”,这里还用沙盘模拟了云南的地形地貌,从雨林到雪山,从水域到高山,从低海拔到高海拔,形象地展示了云南的特色。

  “云南是‘动植物王国’,植物种类遍布热带、亚热带、温带、寒温带等类型,药用植物种类占全国的55.4%,中药资源品种占全国的51.4%,这里多样的植物资源就是未来新产品和新产业的源头。”种质资源库实验室管理员杨娅娟介绍,在昆明建立种质资源库可谓得天独厚,云南省不仅获取物种容易,而且对物种进行研究以及野外培养都很方便。

  在科普展馆里,还有一面有名的“种子墙”。琳琅满目的一颗颗种子被封存在亚克力柱里拼凑成墙,在灯光的照耀下,像星星一样熠熠生辉。这些亚克力种子柱全部都是上海世博会撤展后存留下来的。但比起种质资源库里浩瀚的植物海洋,种子墙上展示的只不过是“冰山一角”。

  种子入库需经过严格“体检” 

  到底什么样的种子能入选种质资源库进行保存呢?

  杨娅娟介绍,种质资源库包括植物种子库、植物离体库、DNA库、微生物库和动物库。要“入住”种子库的种子,参照3E标准,即 Endangered(濒危)、 Endemic(特有)和 Economic(经济价值)。遵循这一标准,国家一、二级珍稀濒危植物如喜马拉雅红豆杉、巧家五针松、弥勒苣苔,云南白药主要成分之一的金铁锁,以及许多地区特有物种如中国特有的珙桐、云南金钱槭、云南双盾木、伯乐树、滇桐等被优先保存。

  “龙生九子,各不相同”。为了保证遗传多样性,同一种植物,研究人员在其不同的生长地点也要进行采集。一般要求每种植物一份最好采集保存10000粒种子,最少2500粒。种子采集回来后要进行签收登记,把所有的采集信息录入计算机,为被采种子建立起一个资料库。随后,研究人员将这些种子进行初步干燥、清理、质量检测和计数。

  在种子清理室,有种子分离机、不同孔径的筛网等工具。清理的目的是去除杂质及虫蛀、发育不良的种子。在细如微尘的种子里取出砂粒是一件需要耐心的事。清理员们每天大多的工作就是在这些微尘中寻找种子。“这是金盏花的种子,比较细小,层层过滤后,仍然要用镊子清理出杂质。”一位正在清理种子的工作人员说,这一工作虽然略显枯燥,但闻着种子的清香,也很有乐趣。清理完毕,种子还要进行健康检查。在X光室,工作人员像照胸片一样,给种子照X光。透过种子的坚硬外壳,X光片能看到种子内部有没有空瘪或隐藏着虫卵,以此观察种子的健康饱满程度。

  这些工作完成后,种子要送进主干燥间再次进行干燥。主干燥间设在地下6米,为了保证温度和湿度,它和冷库相连。顺着楼梯下去,进入了一间约80平方米的干燥间,顿感温度骤然下降。“这是种子进入冷库前的最后一道程序,干燥和分装。”杨娅娟说,主干燥间的条件是双15,指的是温度为15℃,空气相对湿度为15%。在这样的温度和湿度下,能将种子的含水量降到5%左右,是干燥种子的理想环境。

  零下20度或能保存千年 

  “双15”的空间让种子得到了精心干燥。种子完全达到干燥指标后,将其放入一个绝对密封的瓶中,因为种子大小有别,瓶子的大小也不一样,每个瓶壁上还都贴着象征种子“身份证”的编码标签。分装入瓶子这个小家后,种子们就进入了零下20℃的冷库进行“安睡”。在这里,种子可以保存几十年、数百年,甚至上千年。“种子保存,是为了万无一失,万一这个植物真的在地球上灭绝了,我们还可以从这里找到它的种子。”

  种子库从外面看,并不觉得它很大。但当你穿上羽绒服,戴上防冻手套,走进地下冷库,打开厚重的密封门,冷空气扑面而来,这时,会感觉到它的深不可测。在空气相对湿度15%、零下20℃的恒温环境中,种子们静静地“冬眠”于密封瓶内。为了避免发生意外,冷库进门处有一个安全按钮,工作人员进入冷库前都必须按一下,如果门没有关闭,一定时间后会自动报警。种子库中还设计了双回路供电,一条线停电了,会自动切分到另一条回路。如果两条都断了,还有备用柴油发电机持续供电。

  “入库的种子将被分为两份,分别存放在基础库和活动库里。基础库里的种子永久保存,而活动库里的则用来进行种子活力检测、种子分发、研究等。如果是特别珍稀、且数量有限的种子则优先放入基础库。每个物种种子的保存寿命可以通过公式推算出来,我们希望能实现百年甚至千年尺度的保存。”杨娅娟介绍,为保证入库的种子是有活力的,还必须进行活力检测,“我们常用的检测方式是萌发实验,萌发实验除了提供充足水分外,只是控制温度和光照,工作人员参考已有同物种萌发信息或模拟野外环境条件设置萌发条件。且根据物种不同,每5年或10年,需要再次进行活力检测,监测种子的活力变化。

  一份种子从采集到位到入库,最快大约需要两个月。除了自己科研团队采集外,全国还有50余个高校、科研机构等,都是种质资源库合作采集的伙伴。

  野生种质资源研究正当时 

  种质资源库内保存的种子,都是野生植物种子。煞费苦心收集并保存这些非经济作物的种子,究竟有什么用?

  其实,野生种质资源与我们生活息息相关。被誉为“杂交水稻之父”的袁隆平院士正是利用野生稻的雄性不育株,形成了三系配套而育出杂交水稻,大面积提高了水稻产量,为解决中国人的吃饭问题和世界粮食安全做出了卓越贡献。

  “人类不能创造基因,种子却包含了一种植物所有的DNA,目前人类对植物的认识和利用还很初浅,种质资源库将是未来的产业基础,还将可能成为人类的‘救命稻草’。”在种质资源库科学家眼里,保存野生植物的种子潜力十足。野生植物种子一是可以用来进行科学研究,发掘野生植物不为人熟知的作用;二是万一现有农作物因为气候变化等因素丧失生存条件,可以选出与之相似野生植物的基因,然后培育新的品种。挖掘野生种质资源中的功能为人类服务是今后研究的重点方向。

  经过10余年的发展,如今种质资源库不仅保存植物种子,也是我国抢救性收集和保存野生植物离体材料、DNA、动物细胞和微生物菌株等遗传材料的重要装置。这里已建成智能植物志核心新元素的DNA条形码库,收录我国近万种重要植物的12万个DNA条形码及其物种相关信息;并适应测序技术快速进步和植物学发展新要求,提出基于基因组大数据认知植物的iFlora2.0新理念。这个新理念通过iFlora精准鉴定装置,可以非常精确地确认一个植物具体是哪一个物种,而不是大概是哪一类植物,从而为植物精准鉴定、司法鉴定等提供依据。

  此外,中科院昆明植物研究所经过79年的积累,已建成中国最大的天然化合物库,总体库存量高达10000个,这些是我国创新药物研发的重要战略储备。与此同时,中科院昆明植物研究所深入开展重要野生植物的发掘与利用,推动种质资源利用和产业发展,在植物新品种选育,特别是兜兰新品种量产上实现了突破,目前已经实现了“金童玉女”万苗量产技术,有望进入市场。

  种子在很多人眼里是静止的,但在科学家眼里,种子却是有活力的生命体。随着大健康产业的扬帆正劲,种质资源库所蕴含的能量和更加深远的前景也许才刚刚开始。(文 廖晶蓉 图 孟祝斌)

  (昆明信息港 2018年4月11日)

  来源:http://xw.kunming.cn/a/2018-04/11/content_5047759.htm 


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