動態(tài)與觀點
“一粒種子可以改變一個世界，一項技術(shù)能夠創(chuàng)造一個奇跡。”植物種質(zhì)資源是在不同生態(tài)條件下經(jīng)過上千年的自然演變形成的，蘊藏著各種潛在可利用基因，是一個國家的寶貴財富，同時也是人類繁衍生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。
作物育種的成效良好，往往是由于找到了具有關(guān)鍵性基因的種質(zhì)資源。大家耳熟能詳?shù)碾s交水稻，正是基于袁隆平院士發(fā)現(xiàn)的野生稻雄性不育株“野敗”，一舉解決了十幾億人的吃飯問題；同樣，美國孟山都公司的高產(chǎn)基因大豆的研發(fā)材料來自于中國的野生大豆，經(jīng)過發(fā)掘獲得了高產(chǎn)基因?qū)＠鋵＠Ｗo范圍遍布全球101個國家和地區(qū)，取得了巨大的經(jīng)濟和社會價值。
種質(zhì)危機敲響警鐘
我國大田作物品種由過去的數(shù)千種減少到現(xiàn)在的幾十種，作物品種的銳減可能存在著巨大危機，一方面容易導(dǎo)致近親繁殖，使本來具有優(yōu)良性狀的品種逐漸失去優(yōu)勢甚至衰敗，另一方面一旦遭遇自然災(zāi)害，其損害可能是毀滅性的。
1846年，愛爾蘭遭受馬鈴薯晚疫病侵害，造成大約50萬人餓死。1964年和1999年，我國大面積推廣的高產(chǎn)小麥品種“碧瑪1號”突發(fā)銹病，均造成一定程度的小麥減產(chǎn)。可見沒有生物多樣性的支持，沒有新基因的導(dǎo)入，高產(chǎn)新品種也會逐漸走向衰退。地方品種及其近緣野生物種的滅絕，可能會喪失了許多可供使用的優(yōu)良基因，使優(yōu)良品種的培育越走路越窄，人類的生存也會受到威脅。
有鑒于此，世界各國開展了種質(zhì)資源庫建設(shè)。種質(zhì)資源庫是用于保存適合低溫貯藏正常型種子的理想設(shè)施，是作物種質(zhì)資源長期保存與研究的中心，能保持種質(zhì)活力和遺傳穩(wěn)定性。為了避免種質(zhì)危機，種質(zhì)資源庫就是人類打造的一艘艘保存種子的“諾亞方舟”。上世紀(jì)50年代以來，美國、日本等國相繼建造了用空調(diào)設(shè)備控制溫濕度環(huán)境的貯藏室。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織統(tǒng)計，2010年全球建成1750余個種質(zhì)庫（圃），收集保存種質(zhì)資源740萬余份，其中90%是以種子形式保存于低溫種質(zhì)庫中，其余10%是以植株形式保存于種質(zhì)圃，或以離體形式保存于試管苗庫或超低溫庫中。
中國從1975年起籌建種質(zhì)資源庫，1986年建成了國家作物種質(zhì)庫，其保存容量40萬份。今年我國正在加緊建設(shè)新的國家作物種質(zhì)資源庫，建成后可保存150萬份種質(zhì)資源，保存能力將位居世界第一。
隨著種質(zhì)資源保存作物種類和數(shù)量劇增，以及保存時間的延長，種質(zhì)安全保存問題日益突出。由于庫存種子的活力下降不可避免，并且缺乏活力監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，導(dǎo)致無法及時發(fā)現(xiàn)活力過低的種質(zhì)資源。如美國國家?guī)毂O(jiān)測發(fā)現(xiàn)其保存16年至81年活力的4.2萬份種子，平均發(fā)芽率從初始的91%降低到58%。有報道指出，美國個別種質(zhì)資源庫，多達50%的原始種質(zhì)樣品已喪失活力或更新后發(fā)生了遺傳漂變。
種質(zhì)庫不能高枕無憂
種子的貯藏期限與一般農(nóng)副產(chǎn)品一樣，受到自身水分、貯藏溫濕度等因素影響。種質(zhì)資源庫在接收種子后，對種子進行清選、生活力檢測、干燥脫水（5％至7％）等入庫保存前處理，然后密封包裝存入-18℃冷庫。其中種子含水量和貯藏溫度是影響種子貯存壽命的兩個最重要因子，適當(dāng)降低種子含水量和貯藏溫度均可有效延長種子壽命。
對于種質(zhì)資源庫來說，建立安全有效的種子干燥系統(tǒng)是提高種子貯藏質(zhì)量和確保種子長期保存的重要保證。然而，長期以來受干燥技術(shù)和脫水方法的限制，業(yè)界普遍認為貯藏種子不宜太干，理論界將5％至7％的含水量定為種子安全含水量下限。
種子超干貯藏是上世紀(jì)80年代末期興起的研究熱點，旨在探索種子含水量降低到傳統(tǒng)下限以下但仍有效保持和提高種子活力的干燥技術(shù)。此項技術(shù)能大幅度降低建庫和維持庫運轉(zhuǎn)的費用,具有巨大的經(jīng)濟效益和應(yīng)用前景。目前，超干貯藏種子的研究涉及到大約50多個物種，大多為蔬菜、瓜果、豆類、谷物、藥用植物和樹木的種子。比如銀合歡種子超干含水量為4%左右最合適（公開號：CN103229762A）；桔梗種子超干含水量控制在3%至4%，能夠有效提高種子的貯藏能力和生活力（公開號：CN106416505A）。
目前許多研究指出，某些蛋白質(zhì)類作物種子并不適合超干貯存，建議將種子超干研究改為種子最佳含水量研究，只有當(dāng)種子含水量最佳時，其壽命才能被最大程度地延長。比如蔡春菊等研究貯藏溫度直接影響毛竹種子貯藏最適含水量,4℃和25℃貯藏條件下毛竹種子保存的最適含水量分別為7.45%和6.46%。公開號為CN109566605A的專利申請公開了獨活干燥種子采用含水量為10％至12.5％進行儲藏能夠提高保存時間等。因此，依據(jù)不同種子耐干燥特性，系統(tǒng)地研究各種作物最佳的干燥條件和方法是延長種子壽命的關(guān)鍵。
此外，保存溫度也是影響種子壽命的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)不同的保存溫度和貯藏期，可以將種質(zhì)資源庫分為：短期庫，庫溫控制在10℃至15℃（保存5年左右）；中期庫，庫溫0℃至10℃（15年以上）；長期庫，庫溫在-10℃至-20℃（50年至100年）。雖然低溫庫可以大大延長種子的壽命，但是種子的活性仍會緩慢下降直至消失。而在更低溫度如超低溫保存（-196℃）下活細胞內(nèi)的物質(zhì)代謝和生命活動幾乎完全停止，生命物質(zhì)處于非常穩(wěn)定的生物學(xué)狀態(tài)，故貯藏期間不可能發(fā)生遺傳狀態(tài)的改變或形態(tài)潛能的喪失，因此超低溫保存被認為是“永久”保存生物樣品的理想方法。
專利助力超低溫庫
目前，美國、俄羅斯、法國等國已建立了植物種質(zhì)資源超低溫庫。我國已初步建立了超低溫保存技術(shù)體系，但尚未建立超低溫保存庫，主要原因是超低溫保存技術(shù)門檻高、普適性差、研發(fā)周期長。
超低溫保存的技術(shù)關(guān)鍵點主要在于低溫保護劑及降溫、復(fù)溫方式等。而低溫保護劑是其中最關(guān)鍵的技術(shù)。目前新出現(xiàn)的一些超低溫冷凍保護劑可以對作物種質(zhì)資源超低溫保存提供借鑒。
一是納米碳點。碳點是一種尺寸在10納米以下的分散性極好的納米材料，它能夠吸附在冰晶表面，抑制冰晶再生長，極大地提高了細胞的恢復(fù)率（公開號：CN111248190A）。
二是液體金屬。液體金屬及其合金具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，有助于抑制復(fù)溫過程中的重結(jié)晶，提高冷凍復(fù)蘇率（公開號：CN108967416A）。同時液氮金屬變成納米顆粒時，會進一步提升解凍效率（公開號：CN110839613A）。
三是微米顆粒。研究者發(fā)現(xiàn)微米顆粒加入細胞保存液體系后，微米顆粒的存在不僅提供了低溫凍存降溫過程中異成核點，而且在升溫過程中可有效地抑制冰晶生長，使得細胞低溫凍存能夠獲得較高的存活率，且易于從凍存體系中去除（公開號：CN108271770A）。
2021年中央一號文件指出，加強農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源保護開發(fā)利用，對育種基礎(chǔ)性研究以及重點育種項目給予長期穩(wěn)定支持?！笆奈濉币?guī)劃綱要也提出，加強種質(zhì)資源保護利用和種子庫建設(shè)，確保種源安全。
怎樣才能打好種業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)，解決“卡脖子“問題？筆者認為，種質(zhì)安全保存是關(guān)鍵的一步。未來，有關(guān)部門還需不斷對關(guān)鍵因素和不同種質(zhì)保存方法進行系統(tǒng)研究，提供通用的保存方法，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，指導(dǎo)和促進種質(zhì)保存技術(shù)的發(fā)展。
