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运用科技解决重要野生植物种子收集、保存难题——

让种质资源保护更高效(共建地球生命共同体)

时间:2022-01-07 09:33:22 来源:人民网-人民日报

  碧绿的叶片泛着光泽,在国家重要野生植物种质资源库,科研团队通过胚性细胞诱导技术,解决了国际上公认的木兰科等顽拗型种子保存难题,还让不少珍稀濒危野生植物具备了培育成景观植物的潜力。

  零下196摄氏度液氮超低温保存,极低含水量下种子干燥贮藏,植株根、茎、芽组织细胞系离体诱导培养……2017年成立的国家重要野生植物种质资源库,如今已成为我国国家生物种质与实验材料资源重要的收集、保藏、共享、利用中心。科技助力,我国野生植物种质资源保护、利用更加安全高效。

  每一种物种种子入库,一般要采集至少2500粒健康饱满的种子

  “沙漠里都萌发得特别好,为啥带回种质库就不长了?”收集37份胡杨种子,却只有1份萌发,这引起了种质资源库种子管理员何华杰的关注。

  照X光机、测种子活性,何华杰发现,好不容易从沙漠采集回的胡杨种子,早已失活。“研究发现,为了适应沙漠雨季短暂的环境,胡杨种子萌发快,失活也快,室温下也只能活30天左右。”何华杰说。

  2019年,种子采集员们再赴新疆,采集胡杨种子时,专挑刚成熟、还没开裂散布的果荚;为了提高种子处理效率,将种子和冠毛快速分离,种子管理员们用上了独创的适用于杨属和柳属种子处理的吸尘器,解决了胡杨种子清理效率低、耗时长的问题,使胡杨种子可以在失去活力前,实现快速入库,成功保存。

  “野生植物物种数量多,人类利用历史短、未能全部掌握其特性,部分种子的收集、处理过程较为特殊。”种质资源库保藏中心主任蔡杰感慨,野生植物种质资源保存不易,但意义重大。

  每一种物种种子入库,一般要采集至少2500粒健康饱满的种子。“2500粒是‘算’出来的,也是根据采集实践‘查’出来的。”蔡杰介绍,恢复植物种群至少需要50个成年个体,按照种子最低10%左右的成苗率,再加上每隔5到10年开展萌发实验的耗损,按照200年的保存期限,算出来应该保存2400粒左右健康饱满的种子。

  “整个种子收集网络有超过百家科研院所、保护区和高校参与,为了便于一线工作人员掌握,我们将保存数量定在了2500粒。”蔡杰说。

  “这是经过长期实践和数据支持计算出的最优数量。”蔡杰解释,保存种子数量越多,对单个物种未来的恢复和利用肯定更好。但有些植物野外个体本身就已经很少,过度采集可能影响植物野外生存;另外,种质库空间有限,单个物种种子数量过多会挤占其他植物的空间。

  “云南省林业和草原科学院在兰科植物种质调查、活体保存方面有长期积累和优势,种质库则可以在种子干燥低温保存、萌发过程中发挥更大作用。”蔡杰说,2017年,以中国科学院昆明植物研究所中国西南野生生物种质资源库为主体建设的“国家重要野生植物种质资源共享服务平台”,被列为我国首批国家科技资源共享服务平台之一。

  探索种子保存新方法,攻克一些世界性难题

  木兰科植物种子的保存,是种质保存领域公认的世界性难题。

  绝大多数种子在经过清理、干燥等常规处理流程后,就可以保存在零下20摄氏度的冷库。但是不少种子比较“娇贵”,一失水就会失活,被称为顽拗型种子,传统上要保存这类种质资源,科研人员往往要先“剥栗子”,将胚从种子里挑出来,经过处理后,放入零下196摄氏度的液氮中进行超低温保存。

  最初,木兰科植物的种子在业界被认为属于顽拗型种子。可种质资源库科研人员通过一系列的实验证实,同为木兰科的华盖木,其种子可以干燥至5%的含水量,且干燥后的种子在零下20摄氏度保存6个月后,活力没有明显下降。

  “我国的植物多样性很丰富,有很多物种我们尚未进行过深入研究,只凭经验或国外的数据容易误判。”中国科学院昆明植物研究所博士胡枭剑说,“木兰科植物在中国的种类非常丰富,很多物种都是珍稀濒危的。我们努力进行更多研究,确定如何通过种子保存这些珍贵物种。”

  有些种子难以常规低温干燥保存,有些植物很难收集到种子,如何破解这类植物种质资源保存难题?选择根、茎、试管苗及其他微繁殖体或培养物对野生植物进行离体保存,提取DNA后对植物DNA进行低温保存……“种质保存技术的突破来自不断试错和积累,也来自对新技术的研发。”中国科学院昆明植物研究所博士林亮,将目光瞄准了植物胚性细胞诱导体系的构建。

  与传统的组培相比,胚性细胞诱导技术所需的材料不一定是成熟的种子,植物细胞或组织分化旺盛的部分,以及茎尖、顶芽等部位都可以。“一般情况下,一颗种子一个胚胎一棵苗,但我们诱导出来的胚性细胞系可以在试管等离体条件下培养出许多胚,从而快速繁育更多植株。”林亮说,“使用诱导技术培养出来的苗木生长速度显著快于使用种子,并且苗木不带有病原体,未来在农艺、园艺等方面应用潜力巨大。”

  “今后需要进一步评估使用诱导技术培育出来的苗木的遗传背景、遗传多样性等信息,方便后续研究和利用。”蔡杰介绍,到2020年底,国家野生种质资源库储存入库的资源规模达1.3万种12万余份。

  合理利用、发展产业,更好保护植物野外种质资源

  从最开始守护高山植物,到如今建立种质资源库、活体库、超低温冷藏设施,中国科学院昆明植物研究所丽江高山植物园主任许琨说:“不多干点事儿,对不起咱这儿丰富的生物资源。”在云南省科学技术厅支持下,丽江高山植物园“滇西北重要野生植物种质资源发掘利用”项目正有序推进,绿绒蒿、报春等一大批植物的应用潜力正在被发掘。

  经过20余年积累,中国科学院昆明植物研究所秋海棠研究团队收集了170种秋海棠植物。昆明植物研究所研究员李爱荣说,保护优先、合理利用,能促进野外种质资源的保护。观赏价值高的植物面临的采挖压力大,这些植物利用潜力也大;迁地栽培和保育是保护秋海棠野生种质资源的重要途径,唯有加强科技研发,才能很好挖掘植物的利用潜力。

  “可持续利用,有助于珍稀濒危植物的保护。”经过20多年努力,长期致力于兰科植物研究保护的昆明植物研究所研究员张石宝和研究团队,突破兜兰产业化栽培关键技术,研发出了高效的兜兰新品种选育技术,培育出兜兰新品种21个。

  张石宝团队不断探索花芽发育过程及成花诱导因素,研发出兜兰的花期调控技术,让兜兰在重要节日批量开花成为现实,为未来订单式生产奠定了基础。如今,兜兰新品种和技术成果已经在企业示范推广,种植规模超过200万株。

  “野生植物蕴藏的种质资源,为新品种选育、老品种改良提供了不可或缺的材料,技术的合理利用又可以推进相关产业发展,减少野外种质资源无序采挖,从而更好保护植物的野外种质资源。”张石宝说。

  《 人民日报 》( 2022年01月07日 12 版)

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编辑: 王典
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