中国种子的“方舟号”
有数据显示，目前全球已建成1750余座各类种质库，收藏着740余万份种质资源。它们浓缩了这个星球上数百万种动植物以及微生物的遗传“密码”，为保护地球生物多样性备份，更为生物资源的开发利用提供基础材料。
“冷藏舱内整齐地摆放着高大的支架，支架上放着几十万个密封管。那是种子库，其中收藏了地球上几十万种植物的种子，这是‘方舟号’准备带往遥远的移民星球上去的……”
在科幻作家刘慈欣的小说《流浪地球》里，搭载着种子库的恒星际飞船“方舟号”航行在浩瀚宇宙中，保存着地球生命的“火种”，寄托着延续人类文明的希望。
与“种子库”这个通俗说法对应的术语是“种质资源库”，简称“种质库”。种质资源也叫做品种资源、遗传资源、基因资源。小说中对其重要性的描述，放到现实里，并无夸张，确实关乎人类命运和星球走向。
气候变化、生境变迁、人类活动的影响……凡此种种，对地球生物物种构成重重压力。一个物种一旦消失难再现。所以，把野生种质从濒临灭绝的境况中抢救出来，把珍稀种质放入“避难所”中保护起来，成为种质资源保护的首要任务。
近年来，我国持续加大种质资源保护和利用的力度。2021年中央一号文件对农作物、畜禽、海洋渔业三大库的建设进行了部署。去年9月，新国家作物种质库建成并投入试运行。与上世纪80年代落成的原国家作物种质库相比，新库在容量上提升了数倍，配备了一系列先进的自动化技术设备。
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超能装、超稳定的巨型“冰箱”
从中国农业科学院东门进入，眼前一座新落成的白色5层楼建筑就是新国家作物种质库。
进入大门，阳光从五层挑高的中庭顶部投射到麦色的大理石地面上，由深色瓷砖砌成的篆书“种”字格外醒目。4层楼高的背景墙，一组黄色、绿色的菱形格造型交替，呈V字型排布向上铺展，宛如一株饱满壮实的麦穗挺立。
国家作物种质库外景。资料图
“篆书的‘种’字拆开来看，左边是禾苗的‘禾’，右边是重要的‘重’，一方面表明自古以来，作物对国家的重要性，另一方面也体现了种子对农业的重要性。整个建筑呈传统鼎状结构，庄重典雅，寓意着国家作物种质库是‘国之重器’，承担着作物种质资源安全保存的战略使命与历史重任。中庭背景墙上的图案寓意着‘中国碗装中国粮 中国粮用中国种’。”作物种质资源中心副主任郭刚刚道出了设计的用意。
新库包括低温种子库、试管苗库、超低温库和DNA库四大区域。其中，最主要的区域要数存放种子的低温库。
种子是活的有机体，贮存的关键是控制其呼吸作用，主要要素是温度和湿度。
低温贮藏是目前种子类种质的最佳保存途经，一般而言，含水量为5%-8%的种子，在-18℃、湿度低于50%的低温低湿贮存条件下，寿命可延长到50年以上。
据介绍，低温库配备了先进的冷冻除湿机设备，能做到每个库区独立自动控制、一用一备两套设备交替运行，使库区长期保持在-18℃、湿度低于50%的低温低湿环境。“10米高的单体库上下温差不超过2℃。”
通过监控画面，记者看到了低温库的内景：存放种子瓶的蓝色箱子一层层整齐码放在立体架子上，俨然一座巨型种子“冰箱”。这个巨型“冰箱”由4个库区组成，每个库区包含32个10米高的立体架子，全部装满后，至少可容纳110万份种质资源，其容量几乎相当于3个老库。
不但容量更大，保存方式更完善。
种质资源不光只有种子一种保存形态。对于草莓、香蕉、马铃薯等无性繁殖作物的种质资源，一般会使用通过组培方式培养的茎尖作为保存材料。新国家作物种质库设置的试管苗库可容纳10万份试管苗。
但试管苗处于一个动态生长的过程，过2-3个月就要继代一次，想要使其不丧失，就要不断进行人工扩繁，而-196℃液氮冻存可以让组织进入休眠模式，就像为幼苗生长按下了暂停键，几十年后取出依然可以复苏后直接利用。此时，可提供20万份贮存库容的超低温库就派上了大用场。
DNA库则是以DNA方式保存特有、珍稀、濒危、野生种质资源材料，包括基因组DNA、基因组文库等，方便后期提供分发利用服务。
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需要长期贮存的种子是怎样入库的？
在一楼大厅左侧的工作区，作物种质资源安全保存与信息化创新团队首席科学家辛霞研究员给记者讲解、演示了种子分装入库的全套流程。
入库前，种子要经过四间实验室，通过处理、清选、生活力检测、干燥、包装等10多道“关卡”，被运送到整理间装瓶。
整理间的大荧幕上，种质瓶的运行轨迹一览无余：灵活敏捷的机器人将装入各色种子、贴好标签的瓶子送至传送带。进入传送区后，上方的“蜘蛛手”会抓取瓶子，放入种质箱中的指定位置。工作人员通过电脑系统下达指令，箱子顺着马道就进入低温种子库，堆垛机按照收到的指令，将一个个箱子放到指定位置的立体架上。记者掐表一算，从装瓶到入库归位，全过程耗时不到半分钟。
种子处理间内的搬运机器人。祖祎祎 摄
“整个自动化存取系统正式运行后，每小时将可自动搬运200箱种子，每天可出入库种子2000余箱、单瓶种子3600余瓶。”辛霞介绍。
种子入库，它的保存旅程才刚刚开始。
只有弄清楚每份种质的特性，才能精准对接“用户”的需求，让千辛万苦得来的珍稀资源得到更加科学高效地利用。每份入库的种子不但要经过“体检”和筛选，还要对其生理特性、特征性状进行至少两个生长季的评价和鉴定。
为监测入库种子的活力，工作人员会定期对库里的种子进行“体检”，这是靠一组可以感知种子气味的电子传感器来完成的。通过灵敏的探头，传感器可以分辨种子由“生”到“死”的代谢变化。这项技术的发明实现了种子的无损检测，既减少了无谓的种子消耗量，又节省了人力。
自动化存取系统、冷冻除湿机设备等技术装备的升级换代，使种质资源管理、运行和服务水平得到进一步提升。对辛霞而言，这种变化带来的最直观感受就是“穿着棉大衣、登梯爬高的历史一去不复返了。”
种质库的建设历史，反映着我国种质资源保护事业的历程。辛霞说：“早年间，种子就是装进纸袋、放在木头抽屉柜里贮存，温度、湿度都不可控，通常只能保存两到三年，甚至更短时间，需要经常性地进行更新繁殖，保存条件不善或更新繁殖不及时很容易导致种质资源丧失。”
20世纪上半叶，一些留学归国从事农业科学的先辈们就已经认识到种质资源的重要性，开始自发地收集一些作物种质资源。50年代中期至今，金善宝、董玉琛、刘旭三名院士分别牵头组织了三次全国性的农作物种质资源征集、区域性种质资源专项考察收集工作。1978年，国家作物种质库动工，后在此基础上发展建设成为国家作物种质粮食作物中期库。1986年，原国家作物种质库（老库）落成，保存容量40万份……
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这些种质资源都是怎样收集入库的？
作物种质资源中心副主任方沩以小麦为例，给记者讲解了种质资源收集编目入库保存的流程。
为保障原始种质资源的遗传多样性与遗传完整性，每个品种需要从不少于300个单株上收集种子。而后，在田间种植2-3年，保障种子的遗传稳定性。在此期间，对生育期、产量、性状等20余个指标进行详细记载。最后，在确认表型、性状与已编目种质存在显著差异后，才可“收编”。为保障种子的生活力和遗传完整性，种子量达到250g、发芽率>90%的品种才可入库保存。
“经过这样的步骤，入库保存一份一年生作物种质资源需要3-5年时间，入圃保存一份多年生作物种质资源需要7-10年时间。”方沩介绍，为了保障作物种质资源收集、保存、鉴定、创新工作标准化、规范化和全程质量控制，我国在国际上率先研制了296类作物种质资源描述规范、数据标准和数据质量控制规范894个，不仅促进了保存资源数量与质量的同步提升，亦为今后有效利用和种业持续发展奠定了坚实基础。
常规品种的种质资源收集尚且需要如此长期的过程、繁复细致的工作，何况那些“藏在深山无人识”的珍稀品种。可以说，几乎每个珍稀品种的被发现、被收集，都有故事。
浙江“东阳红粟”的发现就是一段“传奇”。
2017年，东阳市开展第三次全国农作物种质资源普查与收集行动时，东阳县原农业局种子管理站普查人员陈小央偶然在白云街道里坞门小区外的废墟上发现一片红壳粟，询问当地人后得知，这是退休教师吴广仁的“宝贝”。三四年前，有人给吴广仁送了一些红粟米，他发现这红壳粟比黄粟米糯性好，就自己种来吃。
陈小央了解到，这种红壳粟在40年前曾经广泛种植，是做东阳传统美食粟米糖的最佳原料。但由于种植效益低，慢慢淡出了大多数人的视野，只有个别农民出于个人喜好还少量留种种植。
留住一地濒临灭绝的农业珍稀资源，看似是普查人员“多看了一眼”的偶然，实则是他们经年累月辛苦付出的必然。
2021年农业农村部公布的农作物十大优异种质资源中，有一个“永兴168964棉花”，可追溯到数百年前地理大发现时代或更加古老的年代，对深入了解陆地棉的驯化历史和拓展遗传多样性具有重要意义。它就是中国热科院副院长、研究员刘国道带领科考队员三赴海南三沙市科考的重大收获。
从事了30多年热带牧草研究的刘国道热衷种质资源工作。他讲起，在山区采集种子、标本，遭遇泥石流、塌方、滚石等地质灾害都是家常便饭。2020年9月，接到刘旭院士的电话，希望他能带队到三沙采集一些资源，补全我国的种质资源版图空白。岛上没有淡水，他们只能靠从植物中取水，头一次登岛后就遭遇了翻船落水、海上漂流40多分钟的凶险。即便如此，他们义无反顾，共采到符合入库标准的种质5份，其中就包括“永兴168964棉花”。
记者了解到，截至2020年，第三次全国农作物种质资源普查与收集行动已全面完成2323个县的普查与征集，491个县的系统调查与收集，累计收集各类资源已超过10万份，发现了一批优异、珍稀、特有的地方品种和野生近缘种。
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新库大堂的展厅里摆放的几根大小粗细不一、颜色各异的玉米引起了记者注意。其中，有的籽粒外面包裹着一层硬壳，有的籽粒又硬又小。郭刚刚介绍说，前者是没有驯化完全的半野生品种，后者是制作爆米花的上好原料“爆裂玉米”，它们的价值恰恰就在于独特、少见。
地大物博、物种多样，为我国农作物种质资源收集保存提供了丰富的源泉。
随着相关工作的长期有序开展，我国种质资源保存数量稳步提升，多样性也日益丰富。目前，大豆、油菜、野生稻、野生花生、茶、红麻、大蒜、茶树、山葡萄、桑、枣等作物种质资源保有量已居世界第一。
这些来之不易珍贵种质资源，如何利用，效果怎样？
郭刚刚说，以长期库为核心，通过中期库和种质圃向社会提供种质资源的共享利用，主要用于科学研究、新品种培育和生产直接应用等。
近几年在市场上大放异彩、有“云南第一米”美誉的遮放米就是从种质资源库中“找回来”的。
遮放米产自云南芒市遮放镇遮放盆地，色泽白润，清香可口，明朝时就是“贡米”。但由于产量低，生产上已绝种多年，所幸在种子库中保存了下来。后来，有企业从历史资源中发现了这一优质水稻品种，开始引种恢复种植，并进行产业化开发。在龙头企业带动下，遮放米实现了产供销一体化生产，带动了数万种植户增收致富。
近年种质资源创新领域的一项重要突破——小麦—冰草远缘杂交技术，是挖掘种质资源中优异基因的代表性案例。
冰草及小麦—冰草新品系麦穗标本。祖祎祎 摄
冰草属植物是小麦的近缘野生种，具有多小穗、多小花的大穗特性，极强的抗寒抗旱性，以及对多种小麦病害表现出高度的免疫性，被业界视作小麦改良的最佳外源供体之一。中国农科院麦类资源创新团队首席科学家李立会研究员带领团队聚力攻关，历时30余年，通过一系列育种技术创新，突破了小麦与冰草属间的远缘杂交障碍，创制出小麦—冰草新品系，为我国小麦高产育种提供了突破性种质。而这一技术突破所用的冰草，就是40多年前董玉琛院士带领李立会研究员等师生和员工陆续收集的。
越来越多曾在种质资源库中“酣睡”的种子被唤醒，释放活力——
国家果梅杨梅种质资源圃通过对收集的100多份资源进行鉴定，筛选出没有雌蕊败育的特异资源，有效解决了果梅产量和质量的瓶颈问题，培育出的品种成为安徽、福建等地的果梅主栽品种；
国家麻类种质资源中期库筛选出的环境型专用黄麻种质，经湖南长沙锦农、索尼凯美高电子合作开发，为治理南方重金属污染土地开辟了绿色新途径；
甘肃陇南核桃研究所培育的“红核2号”新种质，打破了美国在红仁核桃育种方面的专利垄断地位……
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多年来，我国作物种质资源管理、运行体系随着农业不断发展的脚步也在发展，其运行机制不断完善。
2000年《中华人民共和国种子法》实施以来，我国作物种质资源管理正式进入依法管理阶段。2015年《全国农作物种质资源保护与利用中长期发展规划（2015—2030年）》发布，明确了以安全保护和高效利用为核心的总体工作思路，提出三个体系、四项主要任务和五大重点行动计划。在农业农村部的指导管理下，国家层面已经形成了以长期库为核心，复份库、中期库、种质圃和原生境保护点为依托的国家级作物种质资源保护利用体系。
种质资源是一个国家的战略资源，而种质库就是守护资源的“诺亚方舟”。全球发达国家无一例外地都将种质库建设，特别是对农业种质资源保存进行前瞻性规划、战略性布局。
有数据显示，目前全球已建成1750余座各类种质库，收藏着740余万份种质资源。它们浓缩了这个星球上数百万种动植物以及微生物的遗传“密码”，为保护地球生物多样性备份，更为生物资源的开发利用提供基础材料。
郭刚刚表示，随着环境气候条件的剧烈变化、国际交流的加强、种质资源研究的深入，国际社会对于种质资源保护利用的关注和认识程度不断加深，总体呈现出考察收集全球化、保存保护多元化、鉴定评价精准化、基因发掘规模化、种质创新目标化、共享利用主动化等发展趋势和特征。
国际作物种质资源合作正在加强。例如，联合国粮食及农业组织（FAO）的粮食和农业遗传资源委员会，基于《粮食和农业植物遗传资源国际条约》，建立了一个遗传资源获取与惠益分享的多边体系，提供64种作物的遗传资源供全球利用者获取利用并分享由利用产生的惠益。挪威政府建设了“全球种子窖”，为世界各国种质库备份保存种质资源样本。
工作人员在实验室内对种子进行分装入库。资料图
不少国家逐步建立了由国家主导、法律法规保障的作物种质资源管理和运行体系。例如，美国国会在1990年批准了国家遗传资源计划，从机构组成、人员队伍、网络建立与维护以及经费等方面给予持续支持。日本在1985年启动了国家种质库项目，对种质库项目提供强有力财政支持，并配备了稳定的人员队伍。
结合我国种质资源管理的实际，借鉴发达国家和国际机构的经验，郭刚刚建议，进一步完善法规和制度，守好生物安全和数据安全的底线，有序推进种质资源依法管理。加强组织领导和科学决策管理，充分发挥国家种质资源委员会的作用，强化对体系建设与运行的咨询决策和管理监督，研究制定国家种质资源中长期发展规划和政策。完善种质资源信息化管理体系，建设开放共享平台，促进优异资源共享利用。此外，还要强化种质资源保护设施的运行保障，建立多元投入机制，加强国际交流等，以此推动作物种质资源保护利用向更安全、更科学、更规范、更高效的方向发展。
作者：农民日报·中国农网记者 祖祎祎 房宁
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