抽穗揚(yáng)花期的漳浦野生稻
20年來，“守稻人”黃海鄰一直守護(hù)著野生稻。
10月，全國水稻優(yōu)異種質(zhì)資源現(xiàn)場展示與學(xué)術(shù)交流會(huì)在福州舉行。
漳浦野生稻原生境保護(hù)示范點(diǎn)
位于省農(nóng)科院水稻研究所的漳浦野生稻異位保存點(diǎn)
漳浦縣古塘原生境的漳浦野生稻
1966年，來自中國農(nóng)家稻種“低腳烏尖”的矮源基因，讓矮稈水稻取代高稈水稻，引領(lǐng)第一次“綠色革命”；1970年，袁隆平團(tuán)隊(duì)在海南三亞發(fā)現(xiàn)一株天然不育的野生稻，讓三系雜交水稻從理論走向現(xiàn)實(shí)，推動(dòng)第二次“綠色革命”……
種質(zhì)資源是種業(yè)創(chuàng)新的基石。
福建“八山一水一分田”，農(nóng)耕文明源遠(yuǎn)流長，農(nóng)業(yè)生物資源多樣性豐富。無論是散落于深山密林中的野生資源，還是久經(jīng)考驗(yàn)的農(nóng)家品種，都蘊(yùn)含著不可多得的基因多樣性，為育種家們提供了源源不斷的素材。
本期《深讀》我們從一株野生稻的故事講起，探尋福建絢爛多彩的基因世界，以及種質(zhì)資源保護(hù)利用實(shí)踐。
發(fā)現(xiàn)與守護(hù)
立冬，福建栽培最遲的晚稻也已陸續(xù)收割，但在漳浦縣湖西畬族鄉(xiāng)的一處池塘，一片特殊的水稻正值抽穗揚(yáng)花期。
它稻草難辨：地上部有許多發(fā)達(dá)的不定根，地下部宿根可越冬，植株半匍匐狀，葉片狹長濃綠，稻粒極易脫落，稻穗上延伸出又長又細(xì)的稻芒。種種特征，都表明它和栽培稻若即若離的關(guān)聯(lián)。
它叫“浦野一號(hào)”，國家二級(jí)保護(hù)野生植物，生物學(xué)分類上屬普通野生稻——亞洲栽培稻的“祖先”。
禾本科稻屬植物有20多個(gè)種，分栽培稻與野生稻兩大類。在中國，生產(chǎn)上種植的是亞洲栽培稻，野外還分布著普通野生稻、藥用野生稻、疣粒野生稻等3種野生稻。其中，普通野生稻資源最豐富，在中國大陸7個(gè)省份均有分布記錄。學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，亞洲栽培稻由普通野生稻馴化而來。
湖西畬族鄉(xiāng)的村民黃海鄰今年68歲，守護(hù)“浦野一號(hào)”整整20年。
“浦野一號(hào)”分布點(diǎn)有一個(gè)池塘。早年，附近農(nóng)戶習(xí)慣在這里取水澆灌莊稼。從有記憶開始，黃海鄰就見到“浦野一號(hào)”在池塘四周自發(fā)生長，“誰也說不清它的由來，誰也沒有把它當(dāng)回事”。
直到1982年，他才從農(nóng)技專家的口中得知，這些“野草”是“植物界大熊貓”。那時(shí)，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院牽頭成立全國野生稻資源考察協(xié)作組，聯(lián)合各地農(nóng)業(yè)部門和科研院所開展野生稻資源普查。
“當(dāng)時(shí)的省農(nóng)業(yè)廳和省農(nóng)科院，專門梳理野生稻知識(shí)，制作科普?qǐng)D冊(cè)，分發(fā)給各地農(nóng)技站?！笔∞r(nóng)科院水稻研究所研究員王金英說，基層農(nóng)技人員這時(shí)候才對(duì)野生稻有了基本認(rèn)知。
約1萬年前，先民便開始馴化野生稻，這是個(gè)有得有失的過程——高產(chǎn)、米質(zhì)優(yōu)、株葉形態(tài)良好的基因得以保留和強(qiáng)化，另一部分基因則在長期選擇中被放棄。有研究表明，野生稻在被馴化成栽培稻的過程中，丟失了約三分之一等位基因和一半的基因型。這些“遺珠”，包含著大量特異基因，特別是在對(duì)抗逆境過程中形成的抗病、抗蟲、抗逆等優(yōu)異基因。
可以說，一株野生稻就是一座天然基因庫，是水稻育種不可替代的素材庫。
1970年，袁隆平團(tuán)隊(duì)在海南三亞南湖農(nóng)場，發(fā)現(xiàn)了一株雄性不育的普通野生稻——“野敗”，讓雜交水稻“三系配套”成為可能。如今，大部分三系雜交稻依然含有其不育基因。
一個(gè)基因，潛藏著改變世界的可能性，這才有了全國總動(dòng)員尋找野生稻的故事。
1982年9月10日，漳浦縣農(nóng)技人員機(jī)緣巧合，在湖西畬族鄉(xiāng)的一處池塘發(fā)現(xiàn)了野生稻的身影，同期在湖西畬族鄉(xiāng)趙家堡村的石湖潭還發(fā)現(xiàn)另一分布點(diǎn)。當(dāng)年10月初，省農(nóng)科院水稻研究所組織專家現(xiàn)場考察，確定其為普通野生稻，為其編號(hào)“浦野一號(hào)”，這一發(fā)現(xiàn)，填補(bǔ)了福建野生稻的分布空白，也刷新了中國大陸野生稻最東分布紀(jì)錄。
搶救性保護(hù)，隨之被提上了日程。
在位于福州南郊的省農(nóng)科院水稻研究所連坂基地，一間網(wǎng)室內(nèi)保存著86份“浦野一號(hào)”，它們均來自漳浦的兩個(gè)天然群體，通過稻莖無性繁殖而來。它們的另一組分身，保存于國家野生稻種質(zhì)資源圃（廣州）。在位于浙江的國家水稻中期庫，“浦野一號(hào)”則以種子的形態(tài)異位保存。
如果說異位保存是一種防患于未然的手段，原生境保護(hù)則能讓野生稻在與環(huán)境互作中持續(xù)自我演替，更能豐富其遺傳多樣性。
遺憾的是，早在20世紀(jì)90年代末，位于趙家堡村的“浦野一號(hào)”天然群體，便因農(nóng)事活動(dòng)干預(yù)等原因消失。碩果僅存的池塘野生稻群體，同樣生存堪憂。
1999年，因工程建設(shè)，池塘的三分之一面積被掩埋了，加上牛羊踩踏啃食、周邊竹林?jǐn)U鞭、村民傾倒垃圾、枯水期水源匱乏，這片野生稻的生存空間不斷萎縮，僅剩寥寥幾株。
后來，情況才有所好轉(zhuǎn)。2001年，農(nóng)業(yè)部啟動(dòng)野生稻原生境保護(hù)計(jì)劃，并于2004年在漳浦這處池塘設(shè)立“浦野一號(hào)”原生境保護(hù)示范點(diǎn)。也是這一年，黃海鄰被縣里聘為管理員，負(fù)責(zé)守護(hù)這片野生稻資源。
定期巡護(hù)、取水灌溉、驅(qū)逐牲畜……過去的20年里，黃海鄰成為專職“守稻人”。讓他感到欣慰的是，這些老伙計(jì)的生存條件不斷得到改善。2021年開始，省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳組織實(shí)施農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源保護(hù)利用項(xiàng)目，陸續(xù)建設(shè)了漳浦野生稻等25個(gè)地方特色作物種質(zhì)資源保護(hù)點(diǎn)。
“我們利用補(bǔ)助資金，不斷完善原生境基礎(chǔ)設(shè)施，開展擴(kuò)繁等工作?！闭钠挚h種子服務(wù)中心主任陳振坤說，今年以來，當(dāng)?shù)丶庸塘吮Ｗo(hù)點(diǎn)周邊防護(hù)欄，安裝攝像頭以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，開挖機(jī)井、安裝水泵，確保水源，清退池塘周邊的榕樹園。同時(shí)，今年年中在池塘邊上分株擴(kuò)繁的0.7畝野生稻，眼下已郁郁蔥蔥，相繼抽穗揚(yáng)花、灌漿結(jié)實(shí)。
一個(gè)都不能少
其實(shí)，種質(zhì)資源有許多形態(tài)。除了野生稻這樣的作物野生近緣種，農(nóng)家品種、育成品種、人工創(chuàng)制的育種材料等都是不可或缺的種質(zhì)資源。它們共同構(gòu)成了龐大而豐富的基因庫，為育種家們提供不竭的育種素材。
上個(gè)月，由省農(nóng)科院水稻所承辦的全國水稻優(yōu)異種質(zhì)資源現(xiàn)場展示與學(xué)術(shù)交流會(huì)在福州舉行，現(xiàn)場展示和共享來自國內(nèi)外的優(yōu)質(zhì)水稻種質(zhì)資源345份。這些資源各有所長，或高產(chǎn)、適應(yīng)性強(qiáng)，或抗病蟲、抗逆，或氮素利用率高、低鎘累積、抗穗發(fā)芽。不少只在偏遠(yuǎn)山區(qū)農(nóng)家偶見的福建地方品種，第一次走進(jìn)全國種業(yè)工作者視野。
“K28”來自上杭縣藍(lán)溪鎮(zhèn)覺坊村，在當(dāng)?shù)匾延?0多年栽培歷史。其稻米直鏈淀粉含量高達(dá)26.6%，米質(zhì)偏硬，是著名的客家小吃簸箕飯專用稻。稻米浸泡后磨成漿，均勻攤在簸箕上蒸熟成粉皮，鋪上肉絲、筍絲、香菇絲等食材，折成帶狀，別具風(fēng)味。
“紅米仔”來自尤溪縣聯(lián)合鄉(xiāng)東邊村，種植歷史也超過50年，其最大特點(diǎn)是種皮色澤紅潤，含有豐富的微量元素和礦物質(zhì)。當(dāng)?shù)乩习傩找云渲谱骷t米飯用于祭祖。作為特種稻開發(fā)，“紅米仔”前景廣闊。
“這些地方品種，都是自然與人為長期選擇的產(chǎn)物，久經(jīng)考驗(yàn)依然歷久彌新?！笔∞r(nóng)科院水稻種質(zhì)資源與評(píng)價(jià)利用研究室副主任朱業(yè)寶說，和野生稻一樣，地方品種也含有大量優(yōu)異的特異基因。
在水稻育種史上，地方品種的貢獻(xiàn)不可謂不大。20世紀(jì)五六十年代，矮稈水稻的出現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)栽培稻植株過高容易倒伏的痛點(diǎn)，讓水稻產(chǎn)量整體提升了30%。作為其中的代表作，國際水稻研究所育成的“IR8”被譽(yù)為“奇跡稻”。鮮為人知的是，“IR8”的矮源基因，就來自閩臺(tái)地區(qū)的地方稻種“低腳烏尖”。
然而，和現(xiàn)代育成品種相比，地方品種在產(chǎn)量等方面不占優(yōu)勢(shì)。過去的半個(gè)多世紀(jì)里，大量地方品種退出生產(chǎn)，僅限于個(gè)別農(nóng)戶自行留種、零星種植。與地方品種一起消失的，是那些還沒有來得及被開發(fā)的優(yōu)異基因，以及失去了就找不回來的遺傳多樣性。
“保住一個(gè)基因，就是留住一個(gè)未來的可能性?！笔》N子總站站長趙杰樑說，無論是野生資源還是地方品種，都是不可替代的種質(zhì)資源，“一個(gè)都不能少”。因此，近年來福建開展了系列種質(zhì)資源調(diào)查工作，在摸清家底基礎(chǔ)上，開展搶救性收集與保護(hù)。
上述水稻地方品種的發(fā)現(xiàn)，正是福建省第三次全國農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動(dòng)的成果。這場始于2017年、于今年3月通過驗(yàn)收的大普查，共收集農(nóng)作物種質(zhì)資源4377份。一大批古老、珍稀、特有、名優(yōu)農(nóng)作物地方品種以及它們的野外“親戚”，也被一一“打撈”。
2017年9月，省農(nóng)科院果樹研究所科研人員郭瑞前往閩侯縣開展資源調(diào)查。在大湖鄉(xiāng)仙山村，他偶然聽到農(nóng)戶提到要采摘桃子，這引起郭瑞的好奇。
“在福建，桃果一般在8月份前就采摘結(jié)束，9月份還在掛果，說明這個(gè)桃樹很可能是一個(gè)晚熟資源。”郭瑞實(shí)地考察后發(fā)現(xiàn)，這些自發(fā)生長的苦桃，僅存數(shù)株，栽培歷史已不可考。隨后，他采集枝條進(jìn)行嫁接，經(jīng)過3年觀察后得出結(jié)論：這是一個(gè)低需冷量的早開花晚熟桃樹資源，在福建尚屬首次發(fā)現(xiàn)。
像桃樹這樣的溫帶果樹，必須經(jīng)過一定時(shí)間的低溫，枝芽才能從休眠期中蘇醒，正常開花結(jié)果。因此，要在亞熱帶地區(qū)種植，就要盡量選育出低需冷量的品種。閩侯苦桃的發(fā)現(xiàn)，為選育低需冷量的桃樹品種提供了新的親本資源。
近年來被飲品店帶火的小眾水果余甘子，在詔安縣有其野生資源分布，且具有耐貧瘠、抗逆、產(chǎn)量高等特性；南靖柴蕉適應(yīng)性強(qiáng)、較耐低溫、抗枯萎病，可作為抗香蕉枯萎病的育種材料；屏南棒樁薯肉質(zhì)褐化慢、適應(yīng)性強(qiáng)，因營養(yǎng)價(jià)值高被當(dāng)?shù)厝朔Q為“土人參”；尤溪縣發(fā)現(xiàn)的老樹金柑，樹齡超過150年，在柑橘類果樹中難得一見……如今，這些被揭開神秘面紗的資源，經(jīng)過搶救性收集后，已進(jìn)入各級(jí)農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源庫（場、區(qū)、圃）妥善保存。
目前，福建共建有龍眼、枇杷、紅萍、水禽、魚類等23個(gè)國家級(jí)作物、畜禽、水產(chǎn)種質(zhì)資源庫（場、區(qū)、圃），確定了30個(gè)省級(jí)農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源保護(hù)單位。今年啟動(dòng)建設(shè)的福建農(nóng)業(yè)生物種質(zhì)資源庫，建成后保存能力可達(dá)50萬份以上，覆蓋農(nóng)作物、畜禽、農(nóng)業(yè)微生物等各類農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源。
在保護(hù)中利用
保護(hù)是為了更好地開發(fā)利用。種質(zhì)資源要轉(zhuǎn)化為育種成果，首先要對(duì)其有全面透徹的認(rèn)知——它有哪些特性，包含哪些能夠?yàn)槲宜玫膬?yōu)良基因。這就需要對(duì)種質(zhì)資源開展精準(zhǔn)鑒定評(píng)價(jià)。
“我國水稻種質(zhì)資源很豐富，但多數(shù)還沉睡在種質(zhì)庫中，未能有效精準(zhǔn)鑒定與發(fā)掘利用?！敝袊r(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員韓龍植認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)將人工與智能化、自然脅迫與室內(nèi)模擬、多環(huán)境與多年、小群體與大群體、產(chǎn)量性狀與特異性狀、表型與基因型鑒定相結(jié)合，多維度全方位評(píng)價(jià)，加快挖掘符合未來育種目標(biāo)需求的優(yōu)異種質(zhì)與基因型。對(duì)水稻育種而言，尤其需要挖掘抗病蟲、抗旱、耐鹽、耐熱、耐冷、耐直播、高光效、氮磷高效、高品質(zhì)的基因。
多年來，朱業(yè)寶所在的研究室，對(duì)漳浦野生稻的農(nóng)藝性狀以及耐冷、抗稻瘟病特性開展了系統(tǒng)鑒定，初步勾勒出了這一種質(zhì)資源的精準(zhǔn)畫像。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)通過分發(fā)共享，加快推進(jìn)資源開發(fā)利用。
去年，中國科學(xué)院院士張啟發(fā)等研究者在國際期刊《PANS》上發(fā)表了最新研究成果，該研究克隆了浦野野生稻的不育基因和恢復(fù)基因，并初步解析了其作用機(jī)理。
我們知道，水稻屬于雌雄同花作物，花器極小，在自然界中主要靠自花授粉繁殖。要利用雜種優(yōu)勢(shì)，就必須手動(dòng)去雄、人工授粉，這在大規(guī)模生產(chǎn)中，顯然不切實(shí)際。
因此，科研工作者提出了“三系配套”的構(gòu)想：首先選育雄性不育系。這種水稻花粉敗育，自交不結(jié)實(shí)；雌蕊正常，能接收外來花粉。再為不育系找兩任“丈夫”——保持系和恢復(fù)系。保持系與不育系的后代依然不育，以此擴(kuò)繁不育系；恢復(fù)系與不育系的后代，能正常結(jié)種子。這樣，不用人工去雄，就能批量授粉制種了。
后來，袁隆平團(tuán)隊(duì)終于在“野敗”身上找到了能夠?qū)崿F(xiàn)“三系配套”的不育基因，并匹配到了恢復(fù)系所需的恢復(fù)基因。時(shí)至今日，生產(chǎn)上用得最多的三系雜交水稻不育基因都來自它們的鼻祖“野敗”。
這帶來了新的問題：受到不育基因與恢復(fù)基因的制約，并非所有育種材料都能自由配組。福建農(nóng)林大學(xué)教授王乃元團(tuán)隊(duì)從省農(nóng)科院獲取漳浦野生稻資源后，從中發(fā)現(xiàn)了有別于“野敗”型雜交水稻的不育基因與恢復(fù)基因，從而建立了雜交水稻育種的新體系。這也就意味著，更多的稻種資源可用于配置雜交組合，從而打開了雜交水稻育種的一扇新大門。依托這套新體系，王乃元團(tuán)隊(duì)選育出了“金農(nóng)2優(yōu)3號(hào)”“金農(nóng)3優(yōu)3號(hào)”等雜交水稻新品種，并在生產(chǎn)上應(yīng)用。張啟發(fā)團(tuán)隊(duì)則從基因?qū)用娼馕隽似鋬?nèi)在機(jī)制。
這僅僅是野生稻開發(fā)利用的一個(gè)方面。眼下，省農(nóng)科院正聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院以及其他6個(gè)野生稻資源分布省份，聚焦抗稻瘟病、耐冷、抗旱、耐鹽堿、耐水淹等特性，分工協(xié)作，聯(lián)合開展野生稻資源精準(zhǔn)鑒定。其中，福建承擔(dān)對(duì)全國普通野生稻稻瘟病抗性的標(biāo)準(zhǔn)鑒定。
近年來，省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳支持全省科研院校開展水稻、茶樹、紅萍、菌草等11類種質(zhì)資源挖掘與創(chuàng)新利用項(xiàng)目。目前全省已鑒定評(píng)價(jià)農(nóng)作物和農(nóng)業(yè)微生物種質(zhì)資源4500余份，篩選創(chuàng)制優(yōu)異種質(zhì)和可利用中間材料約340份。
在趙杰樑看來，只有妥善保護(hù)、精準(zhǔn)鑒定評(píng)價(jià)、積極創(chuàng)制、充分共享利用，才能真正發(fā)揮種質(zhì)資源應(yīng)有的價(jià)值。但目前，我國種質(zhì)資源開發(fā)利用還存在鑒定評(píng)價(jià)深度不足、共享利用不充分等問題。他主張構(gòu)建更加健全暢通的種質(zhì)資源共享平臺(tái)，同時(shí)完善利益分配機(jī)制，讓種質(zhì)資源工作者與育種家一樣，能夠分享到育種成果帶來的收益。
