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科学普及 | 宝贵的野生稻有了个好家
发布时间:2023-10-12      来源:       阅读量:194     分享:

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您知道这二个是什么种子吗?

左边的那个您肯定知道,那不就是我们日常在吃的大米,还没有去壳之前的普通水稻的种子吗?我国可是世界公认的栽培稻的起源中心之一,水稻有七千年左右不断进化的历史呀。

右边那个呢?我告诉你那是普通野生稻的种子。

那些孕育了栽培稻的各式各样的野生稻,在上万年的岁月里,默默地在世界各地的池塘边、沼泽中和山坡上自生自灭、顽强地生长着。

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你发现它们里面的胚乳的大小了吗?这就是人们选择大规模栽培普通水稻的原因了。

而我们今天要说的,就是要把那些散落在各地的野生稻收集起来,

并很好地保存下去的事情。

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那些看上去象野草一样的野生稻,让它们继续长在野外不就行了?干吗还要给它们安个家,而且还是国家级的好家? 野生稻有这么宝贵吗?

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如果您这个问题感兴趣,请您观看:创建国家级野生稻种质资源圃很重要;这里的野生稻品种真多和保存好野生稻有妙招,这三个难得一见的小片子。



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中国科学院院士钱前说过:“野生稻是水稻育种和生物技术研究重要的基因资源”。

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地处海南省三亚市的国家级野生稻种质资源圃,由中国农业科学院作物科学研究所建设和管理。

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资源圃负责人、中国农业科学院作物科学研究所研究员杨庆文,从事野生稻搜集、保存、利用的工作已经二十多年。他说:育种家在进行品种改良的时候,他需要利用种质资源,拿过来提高品种的产量、品质、抗病虫性、抗逆性等等,也就是说如果没有种质资源也就是没有新品种改良。种质资源是新品种改良的物质基础,是最基本的物质基础。

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上世纪七十年代,袁隆平院士的助手李必湖在三亚南红农场的池塘边,发现了一株雄性不育的野生稻植株,为培育水稻不育系和随后的“三系”配套打开了突破口,奠定了三系法杂交水稻的基础,为我国粮食安全作出了巨大贡献。

近年来,由于加强了对野生稻的研究和利用,重大的科研成果层出不穷。

二0二二年十二月,《科学》发布了二0二二年十大科学突破,多年生稻名列其中。云南大学教授胡凤益团队利用长花药野生稻和一年生的栽培稻远缘杂交,培育出了多年生栽培稻,在热带适宜区域一次栽种,可以连续收获三到五年。

中国农业科学院作物科学研究所研究员杨庆文:现在品种它的一些优良的基因已经被育种家利用得很充分了。那么只能从它种质资源的一些基础性状里边,去挖掘它的优良基因用于未来的育种。 

野生稻长期在自然界生存繁衍,它经受各种自然灾害,包括病虫害、包括干旱、冷害、热害等等各种逆境条件。在这种逆境条件下,没有人为干预,没有人为保护的情况下,它能够长期生存下来,说明它是具有这些抗性的优良基因。我们如果能把野生稻的这些优良基因,转移到水稻目前的优良品种当中来,能够使现在的品种具有更多的优良基因。所以说野生稻对于水稻来讲,是非常重要的种质资源。

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袁隆平先生曾有“禾下乘凉梦”。在这个资源圃里,有一种叫做药用野生稻的物种,它的株髙一般在二到三米,甚至可以达到五米,如果运用现代生物技术,挖掘出控制它株髙的基因,和现有高产优质品种的基因结合起来,那离“禾下乘凉梦”还会远吗?

中国农业科学院作物科学研究所研究员杨庆文:随着经济的快速发展,包括修建一些基础设施,公路、铁路、水库等等基础设施,大量的野生稻的栖息地被破坏。 还有农民要发展农村经济,可能把野生稻的栖息地、也就是原来生长的地方改做他用,比如说,种水稻、种莲藕、养鱼等等。这样的话把野生稻的生存空间压缩得越来越小,大量的野生稻在野外已经是消失了。剩下的野生稻在野外也越来越少。在这样的情况下,中国政府非常重视野生稻的保护。实际上,从上个世纪的五十年代,科学家就开始保护野生稻。

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当时,在广东的广州、广西的南宁都建了野生稻资源圃,云南还有高原野生稻种质资源圃,保存着从各地收集来的野生稻种质资源。但是这些野生稻种质资源圃基本上都分布在亚热带地区。

而大多数的野生稻都分布在热带地区。当它们遇到低温的时候,从全球收集来的野生稻种质资源就会被大量的冻死,造成巨大的损失。

海南是我国少有的热带环境,三亚除了本身野生稻资源丰富以外,良好的光温条件满足了全球所有野生稻品种的生长繁殖条件。

中国农业科学院作物科学研究所研究员杨庆文:在海南三亚,这个我国少有的热带环境下,建立国家级野生稻种质资源圃,然后把从全球收集来的野生稻种质资源保存在这里。并且把国内现在已经保存的种质资源在这里备份保存。这样使得野生稻保护更加安全,更加可持续,也更加长期和永久。

我们建成以后,我们保存的野生稻种质资源的容量要达到四万份。这肯定是全球最大。但是要建成国际一流,那就需要开展很多的工作。

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国家级野生稻种质资源圃年鉴定评价一千份以上,年共享利用三千份次以上,能够满足今后三十年野生稻种质资源保存的需求。计划十年内完成所有野生稻资源的表型和基因型鉴定评价,力争筛选出具有重要性状的优异资源六百份、发掘新基因八十个和创制种质一百五十份。

目前,他们利用这个野生稻种质资源库平台,提供给国内水稻专家利用,充分实现野生稻资源共享利用。中国农业科学院作物科学研究所已经举办了四届全国野生稻大会。未来将依托这个国家野生稻种质资源圃,召开更多的国内外野生稻学术交流会,并通过举办野生稻的观摩会,促进国内国际交流。


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在这占地一百七十多亩的国家级野生稻种质资源圃,都有哪些品种呢?

中国农业科学院作物科学研究所研究员杨庆文:野生稻种质资源它是有地域性的。尽管野生稻看着长得差不多,但物种之间差别很大。

全球有二十一个物种,我们国家只有三个。一个叫普通野生稻,一个叫药用野生稻,一个叫疣粒野生稻。普通野生稻,实际上它不普通。为什么这么说?包括袁隆平院士他的杂交稻,所利用的不育基因就从普通野生稻发掘出来的。所以普通野生稻只是一个名称。药用野生稻也只是一个名称。药用野生稻有没有药用的功能,这个我们也是经过长期的研究,发现它也只是一个学名,目前还没有发现它有什么药用价值。那疣粒野生稻它是生长在山上树林子下面的一个物种。

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中国农业科学院作物科学研究所研究员杨庆文、程云连等科研人员长期驻扎在这里,管理着来自全球各地二十一种野生稻一点三万份野生稻种质资源。

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为了便于管理、保护和展示,资源圃分成七个圃:

这是物种展示圃。物种展示圃里有二十块小的地块。可以看到每小块里都生长着不同品种的野生稻,有的茁壮高大,抽出精致而修长的穗;有的匍匐在水面上,向四周蔓延;有的瘦弱而单薄,在水里孤零零的。这一片正在建设的叫特殊物种保存圃。

中国农业科学院作物科学研究所研究员杨庆文:我们专门模拟山上的条件,保存疣粒野生稻。

第三个是鉴定评价圃。收集来的每一份野生稻资源,先种在这儿,对它进行安全性鉴定评价,确认没有恶性的病虫害,才能把它转入到第四个圃。

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第四个圃叫繁殖更新区。让进入到这儿的资源在田间自然地生长、繁殖。长到最理想状态时就让它进入到第五个圃。

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第五个圃叫资源保存圃,是整个野生稻种质资源圃的核心。今后每年将从国际、国内收集资源,逐步增加到四万份的保存容量,能够满足我国未来二十年到三十年水稻科研的需求。  

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这一个小池塘边建了一座小桥,叫原生境模拟圃。当年袁隆平院士的助手发现那株雄性不育株时的生态环境。以后做科普教育的时候,大家来一看。原来雄性不育株在野外就生长在这种环境条件下。 这是野生稻种质资源挖掘利用的伟大成就,也是我国原始创新的典范。

中国农业科学院作物科学研究所研究员杨庆文:第七个就叫创新利用圃。我们保存的目的就是为了利用。利用一个方面是把我们保存的资源提供给全国的水稻专家利用,同时,我们也要利用这个种质圃的自然条件,开展一些比如说野生稻与水稻进行杂交,然后构建群体,做基因挖掘,或者做种质创新等等。我们也需要开展相应的工作。创新利用圃跟我们野生稻基本上分开。把野生稻和水稻进行杂交以后的材料放在创新利用区,进行利用。

普通野生稻是全球分布最广,也是我国育种中使用最多的野生稻。

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这儿种的就是可以长到5米髙的药用野生稻;

那片长的就是已作了些开发的,主要分布在非洲的长花药野生稻,它有发达的根茎,可以从根茎上发出苗来,当地上部分收割后,地下的根茎会再一次发芽,长出新的野生稻水稻。

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而那片是来自东南亚、巴布亚新几内亚的小粒野生稻,长得娇小细弱,蔓生在水面,它的种子很小,仿佛一粒黑色的芝麻,千粒重仅有几克,不到普通栽培水稻的一半。但就在这个小小而瘦弱的身躯中,藏着美味的基因。广东省农业科学院的科学家利用这种野生稻的基因,已育成了众多品种的香气浓郁口感筋道的丝苗米。

这里还有来自中美、南美的高秆野生稻和重颖野生稻,来自印度尼西亚、巴布亚新几内亚的长颖野生稻,来自澳大利亚的南方野生稻,来自非洲、斯里兰卡的紧穗野生稻等等。别看它们都没有被人们广泛种植,但每一种野生稻,都是育种过程中无可替代的材料。它们各自隐藏着高产的基因、美味的基因、抗逆的基因等等,等待着人们去发现、去挖掘,然后大显身手。

要保存好野生稻,最重要的是需要保持它自身的特征。

最搞特殊化的是被称为“植物大熊猫”的疣粒野生稻。它是全球二十一种野生稻中唯一的旱生野生稻。

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中国农业科学院作物科学研究所研究员杨庆文:疣粒野生稻有非常特殊的特点。它一般长在树林子底下,第一它是属于喜光但是怕晒,喜温怕热,它这个温度也不能太髙,喜温怕热,还有它喜湿怕水。如果在淹水的状态下,它也不能生长。但是它没有水也不行。科研人员就在这儿专门为它人工造了一座缓坡,种上了、龙血树、美人蕉等植物,模拟树林的条件,为疣粒野生稻准备安家的乐园。

在模拟环境还没有形成之前,让疣粒野生稻先在阴凉的大棚底下成长,以后再移植过去。

野生稻根系发达,绝大多数是多年生的,种在一起,根在泥土里会窜,影响野生稻的纯度。那就把每一株野生稻都种在塑料桶中,然后再放入水中,不让根到处乱窜。定期换土,保持盆中的营养。

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野生稻大多容易落粒,种子还没完全成熟,就落到地上了,很难发现,这对保存种子不利。那就在它们成熟前,给他们套上透气的袋。

野生稻自然杂交后,它们的下一代很容易发生性状分离。那就在它们刚准备开花时,就把它们的穗剪掉,让它重新再长。没有种子繁殖下一代,可以利用它们在每个茎的节结处都会长出根来的特点,将一株野生稻剪成许多段,然后分别种到盆中进行繁殖。

科研人员的办法还有很多很多。

目前,全球粮食危机越来越严重。水稻作为食用人数最多的粮食之一,它的每一点进步,都对人类的粮食安全起着至关重要的作用。大批科研人员默默地奉献,野生稻种质资源的成功保存利用,必将为我国水稻事业乃至全球粮食安全做出积极贡献。

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国家野生稻种质资源圃任重道远,它将从源头上保障我国种业创新发展,促进种业振兴,实现种源自主可控,助力将中国人的饭碗牢牢端在中国人手里。



摄像 | 覃仁盛

配音 | 孙斌

后期 | 毛钰婷

编导 | 毛志明 徐琴

科学顾问 | 杨庆文

策划统筹 | 徐琴

监制 | 程维红


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