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運用科技解決重要野生植物種子收集、保存難題——

讓種質資源保護更高效(共建地球生命共同體)

時間:2022-01-07 09:33:22 來源:人民網-人民日報

  碧綠的葉片泛著光澤,在國家重要野生植物種質資源庫,科研團隊通過胚性細胞誘導技術,解決了國際上公認的木蘭科等頑拗型種子保存難題,還讓不少珍稀瀕危野生植物具備了培育成景觀植物的潛力。

  零下196攝氏度液氮超低溫保存,極低含水量下種子干燥貯藏,植株根、莖、芽組織細胞系離體誘導培養……2017年成立的國家重要野生植物種質資源庫,如今已成為我國國家生物種質與實驗材料資源重要的收集、保藏、共享、利用中心??萍贾?,我國野生植物種質資源保護、利用更加安全高效。

  每一種物種種子入庫,一般要采集至少2500粒健康飽滿的種子

  “沙漠里都萌發得特別好,為啥帶回種質庫就不長了?”收集37份胡楊種子,卻只有1份萌發,這引起了種質資源庫種子管理員何華杰的關注。

  照X光機、測種子活性,何華杰發現,好不容易從沙漠采集回的胡楊種子,早已失活?!把芯堪l現,為了適應沙漠雨季短暫的環境,胡楊種子萌發快,失活也快,室溫下也只能活30天左右?!焙稳A杰說。

  2019年,種子采集員們再赴新疆,采集胡楊種子時,專挑剛成熟、還沒開裂散布的果莢;為了提高種子處理效率,將種子和冠毛快速分離,種子管理員們用上了獨創的適用于楊屬和柳屬種子處理的吸塵器,解決了胡楊種子清理效率低、耗時長的問題,使胡楊種子可以在失去活力前,實現快速入庫,成功保存。

  “野生植物物種數量多,人類利用歷史短、未能全部掌握其特性,部分種子的收集、處理過程較為特殊?!狈N質資源庫保藏中心主任蔡杰感慨,野生植物種質資源保存不易,但意義重大。

  每一種物種種子入庫,一般要采集至少2500粒健康飽滿的種子?!?500粒是‘算’出來的,也是根據采集實踐‘查’出來的?!辈探芙榻B,恢復植物種群至少需要50個成年個體,按照種子最低10%左右的成苗率,再加上每隔5到10年開展萌發實驗的耗損,按照200年的保存期限,算出來應該保存2400粒左右健康飽滿的種子。

  “整個種子收集網絡有超過百家科研院所、保護區和高校參與,為了便于一線工作人員掌握,我們將保存數量定在了2500粒?!辈探苷f。

  “這是經過長期實踐和數據支持計算出的最優數量?!辈探芙忉?,保存種子數量越多,對單個物種未來的恢復和利用肯定更好。但有些植物野外個體本身就已經很少,過度采集可能影響植物野外生存;另外,種質庫空間有限,單個物種種子數量過多會擠占其他植物的空間。

  “云南省林業和草原科學院在蘭科植物種質調查、活體保存方面有長期積累和優勢,種質庫則可以在種子干燥低溫保存、萌發過程中發揮更大作用?!辈探苷f,2017年,以中國科學院昆明植物研究所中國西南野生生物種質資源庫為主體建設的“國家重要野生植物種質資源共享服務平臺”,被列為我國首批國家科技資源共享服務平臺之一。

  探索種子保存新方法,攻克一些世界性難題

  木蘭科植物種子的保存,是種質保存領域公認的世界性難題。

  絕大多數種子在經過清理、干燥等常規處理流程后,就可以保存在零下20攝氏度的冷庫。但是不少種子比較“嬌貴”,一失水就會失活,被稱為頑拗型種子,傳統上要保存這類種質資源,科研人員往往要先“剝栗子”,將胚從種子里挑出來,經過處理后,放入零下196攝氏度的液氮中進行超低溫保存。

  最初,木蘭科植物的種子在業界被認為屬于頑拗型種子??煞N質資源庫科研人員通過一系列的實驗證實,同為木蘭科的華蓋木,其種子可以干燥至5%的含水量,且干燥后的種子在零下20攝氏度保存6個月后,活力沒有明顯下降。

  “我國的植物多樣性很豐富,有很多物種我們尚未進行過深入研究,只憑經驗或國外的數據容易誤判?!敝袊茖W院昆明植物研究所博士胡梟劍說,“木蘭科植物在中國的種類非常豐富,很多物種都是珍稀瀕危的。我們努力進行更多研究,確定如何通過種子保存這些珍貴物種?!?/p>

  有些種子難以常規低溫干燥保存,有些植物很難收集到種子,如何破解這類植物種質資源保存難題?選擇根、莖、試管苗及其他微繁殖體或培養物對野生植物進行離體保存,提取DNA后對植物DNA進行低溫保存……“種質保存技術的突破來自不斷試錯和積累,也來自對新技術的研發?!敝袊茖W院昆明植物研究所博士林亮,將目光瞄準了植物胚性細胞誘導體系的構建。

  與傳統的組培相比,胚性細胞誘導技術所需的材料不一定是成熟的種子,植物細胞或組織分化旺盛的部分,以及莖尖、頂芽等部位都可以?!耙话闱闆r下,一顆種子一個胚胎一棵苗,但我們誘導出來的胚性細胞系可以在試管等離體條件下培養出許多胚,從而快速繁育更多植株?!绷至琳f,“使用誘導技術培養出來的苗木生長速度顯著快于使用種子,并且苗木不帶有病原體,未來在農藝、園藝等方面應用潛力巨大?!?/p>

  “今后需要進一步評估使用誘導技術培育出來的苗木的遺傳背景、遺傳多樣性等信息,方便后續研究和利用?!辈探芙榻B,到2020年底,國家野生種質資源庫儲存入庫的資源規模達1.3萬種12萬余份。

  合理利用、發展產業,更好保護植物野外種質資源

  從最開始守護高山植物,到如今建立種質資源庫、活體庫、超低溫冷藏設施,中國科學院昆明植物研究所麗江高山植物園主任許琨說:“不多干點事兒,對不起咱這兒豐富的生物資源?!痹谠颇鲜】茖W技術廳支持下,麗江高山植物園“滇西北重要野生植物種質資源發掘利用”項目正有序推進,綠絨蒿、報春等一大批植物的應用潛力正在被發掘。

  經過20余年積累,中國科學院昆明植物研究所秋海棠研究團隊收集了170種秋海棠植物。昆明植物研究所研究員李愛榮說,保護優先、合理利用,能促進野外種質資源的保護。觀賞價值高的植物面臨的采挖壓力大,這些植物利用潛力也大;遷地栽培和保育是保護秋海棠野生種質資源的重要途徑,唯有加強科技研發,才能很好挖掘植物的利用潛力。

  “可持續利用,有助于珍稀瀕危植物的保護?!苯涍^20多年努力,長期致力于蘭科植物研究保護的昆明植物研究所研究員張石寶和研究團隊,突破兜蘭產業化栽培關鍵技術,研發出了高效的兜蘭新品種選育技術,培育出兜蘭新品種21個。

  張石寶團隊不斷探索花芽發育過程及成花誘導因素,研發出兜蘭的花期調控技術,讓兜蘭在重要節日批量開花成為現實,為未來訂單式生產奠定了基礎。如今,兜蘭新品種和技術成果已經在企業示范推廣,種植規模超過200萬株。

  “野生植物蘊藏的種質資源,為新品種選育、老品種改良提供了不可或缺的材料,技術的合理利用又可以推進相關產業發展,減少野外種質資源無序采挖,從而更好保護植物的野外種質資源?!睆埵瘜氄f。

  《 人民日報 》( 2022年01月07日 12 版)

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