生物多樣性??關(guān)于中國種質(zhì)資源面對的挑戰與對策

生物多樣性??關(guān)于中國種質(zhì)資源面對的挑戰與對策  

根據化石考證，地球上最早出現的低級形式的生命(例如細胞和藍藻)起源于40億年以前。經(jīng)過(guò)40億年的緩慢進(jìn)化與分化，逐漸形成了各種各樣的干變萬(wàn)化的生命形式，形成了生物多樣性。換句話(huà)講，生物多樣性是生物及其環(huán)境形成的生態(tài)復合體以及與此相關(guān)的各種生態(tài)過(guò)程的總和。

    種質(zhì)資源是生物多樣性中與人類(lèi)生存與發(fā)展密切相關(guān)的最重要的組成部分，是具有實(shí)際利用和潛在發(fā)展價(jià)值、且可再生的生物資源。種質(zhì)資源是伴隨著(zhù)人類(lèi)活動(dòng)、農業(yè)起源而生成，且不斷創(chuàng )新、不斷發(fā)展的生物多樣性的核心組成部分，是人類(lèi)繁衍和發(fā)展的最根本的物質(zhì)基礎和戰略資源。

一、種質(zhì)資源的起源、內涵與發(fā)展

據出土化石分析，人大約在20萬(wàn)年前由猿人進(jìn)化成早期智人，開(kāi)始了人類(lèi)以漁獵、采集為生的原始階段。大約1萬(wàn)年前，隨著(zhù)人類(lèi)對大自然的認識，開(kāi)始栽培植物、養殖動(dòng)物，隨后又開(kāi)始利用微生物，農業(yè)開(kāi)始出現，使地球上首次出現了農業(yè)生態(tài)系統和人文景觀(guān)?？梢灾v，這是人類(lèi)為生物多樣性做出的貢獻，特別是極大地創(chuàng )造、豐富了種質(zhì)資源的多樣性。地球上大約有1一8萬(wàn)可食用的植物，而人類(lèi)在各個(gè)時(shí)期至少利用了3000種可食用的植物。經(jīng)過(guò)

近萬(wàn)年農業(yè)的發(fā)展，人類(lèi)已完成了1200種植物的栽培，30一50種動(dòng)物的馴化、數百種微生物的利用;而真正大面積栽培的植物只有150種，其中29種占了農田生產(chǎn)的90% 。

    種質(zhì)資源是與人類(lèi)活動(dòng)、農業(yè)起源、發(fā)展密切相關(guān)的重要物質(zhì)基礎。因此，種質(zhì)資源不僅包括在任何地區、任何時(shí)間栽培、馴化、利用的生物種及其所有品種的全部基因遺產(chǎn)，還包括半馴化種、野生種和親緣種，同時(shí)還應包括人們利用采集、漁獵、挖伐、放牧等手段而為人所利用的各種生物種。這種遺產(chǎn)越多，即其多樣性越豐富，改良品種或選育新品種的潛力就越大。種質(zhì)資源及其多樣性，不僅為人類(lèi)的衣、食等方面提供原料，為人類(lèi)的健康提供

營(yíng)養品和藥物，而且為人類(lèi)幸福生存提供了良好的環(huán)境，尤為重要的是，它可為人們選育所需求的新品種，開(kāi)展生物技術(shù)研究提供取之不盡，用之不竭的基因來(lái)源。

    由于人口不斷增加，糧食問(wèn)題已成為世界面臨的重大問(wèn)題之一。增加糧食產(chǎn)量，主要不能靠擴大種植面積，因為大量開(kāi)墾荒地會(huì )損害生態(tài)環(huán)境，危害生物多樣性。要使農業(yè)單產(chǎn)提高，灌溉、施肥及其它栽培措施固然重要，而優(yōu)良品種卻是首要因素。選育良種要靠種質(zhì)資源的多樣性。目前任何高新技術(shù)都還不能創(chuàng )造基因，而只能在生物體之間轉移、復制或修飾基因，豐富的基因存在于多種多樣的品種(包括古今中外的品種)及其野生親緣種中，它們統稱(chēng)為種質(zhì)資源或基因資源。人們已認識到，育種實(shí)質(zhì)上是種質(zhì)資源再加工，因此保護種質(zhì)資源多樣性，利用分子技術(shù)發(fā)掘其中優(yōu)異基因，推動(dòng)一場(chǎng)農業(yè)科技革命，是實(shí)現農業(yè)可持續發(fā)展的中心策略。

二、中國種質(zhì)資源保護與利用取得的巨大成就

    自1949年以來(lái)，一批批種質(zhì)資源應用于作物育種，使主要農作物品種更新3一6次;由于品種更新，糧食單產(chǎn)與糧食總產(chǎn)量分別增加了3. 1倍和2. 7倍。林木具有生態(tài)建設和環(huán)境治理等重大功能，中國人工林木種類(lèi)居世界第一，列入主要造林樹(shù)種約210種;目前已篩選出適用于水土流失、沙漠化、石漠化地區植被恢復的喬灌木樹(shù)種120種以上，擬選擇優(yōu)良種質(zhì)4萬(wàn)份以上。傳統中藥800一1000種，藥用植物種質(zhì)資源的保護對中醫和中藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其對藥材產(chǎn)量和質(zhì)量的提高，發(fā)揮了重要的作用。動(dòng)物種質(zhì)資源的保護已使一些瀕危種得到恢復，促進(jìn)了家養動(dòng)物和蜂、蠶飼養業(yè)的持續發(fā)展。中國水產(chǎn)品總產(chǎn)量已連續10年居世界首位，其中水產(chǎn)品養殖產(chǎn)量占水產(chǎn)品產(chǎn)量64%以上，完全得益于豐富的水生生物種質(zhì)資源。中國已成為世界食用菌生產(chǎn)大國，全國已有12個(gè)食用菌產(chǎn)值超過(guò)億元，成為一些貧困地區的支柱產(chǎn)業(yè)。優(yōu)良豆科根菌菌種的篩選及在退化草地改良中大面積的應用，解決了人工草場(chǎng)營(yíng)養的缺氮問(wèn)題，創(chuàng )造了巨大的生態(tài)效益。

    在政府的重視下，近年來(lái)各行業(yè)和領(lǐng)域的種質(zhì)資源保護工作取得了較大進(jìn)步。特別是在農作物、林木、飼用植物、藥用植物、家養動(dòng)物、水生生物、微生物等領(lǐng)域建立或初步建立了種質(zhì)資源保護體系及科學(xué)研究實(shí)體，特別是作物種質(zhì)資源保護與利用取得舉世矚目巨大成績(jì)。

    截止到目前，中國作物種質(zhì)資源擁有量達38萬(wàn)份，僅次于美國的45. 2萬(wàn)份，居世界第二位。已建成國家長(cháng)期種質(zhì)貯藏庫2座，長(cháng)期保存種質(zhì)資源33萬(wàn)余份，位居世界首位，并實(shí)行了異地復份保存;已建立國家級種質(zhì)資源圃32個(gè)，建成了國家級中期庫2座。在國家保存的種質(zhì)資源中，已對62%的種質(zhì)進(jìn)行了抗病蟲(chóng)鑒定，43%的種質(zhì)進(jìn)行了抗逆性鑒定，57%的種質(zhì)主要品質(zhì)鑒定，100%的種質(zhì)的農藝性狀觀(guān)察記載。己獲得優(yōu)良種質(zhì)2. 6萬(wàn)余份，并從中評價(jià)、創(chuàng )新出優(yōu)異種質(zhì)1475個(gè)。從1981一2000年間，有168份種質(zhì)直接用于生產(chǎn)，累計種植面積3680萬(wàn)hm2，新增利潤203. 55億元;有386份種質(zhì)作為親本育成新品種427個(gè)，累計推廣2. 236億hm2，新增產(chǎn)值1447. 63億元。

三、中國種質(zhì)資源面臨的機遇與挑戰

    1999年10月世界人口已達到60億，到2030年有可能突破80億;而中國2005年1月5日人口達到13億，到2030年將突破巧億。人口在劇增，但耕地減少、淡水匾乏卻是不可逆轉的。人類(lèi)通過(guò)科研技手段已使人類(lèi)從漁獵、采集時(shí)代的5OOhm2養活2個(gè)人，刀耕火種時(shí)代養活50人發(fā)展到連續種植農業(yè)的1000人、集約現代農業(yè)的5000人，卻突現了資源短缺、環(huán)境惡化等一系列問(wèn)題。但從發(fā)展看，5OOhm2耕地必須能養活7500人，才能滿(mǎn)足人口劇增的需要。據《世界發(fā)展論壇》(1989)報道，農作物單產(chǎn)的提高至少有一半歸功于利用世界各地的種質(zhì)資源而培育的新品種。同時(shí)，隨著(zhù)“以人為本，全面、協(xié)調、可持續”科學(xué)發(fā)展觀(guān)的落實(shí)，隨著(zhù)人類(lèi)對生活質(zhì)量提高的需求，經(jīng)濟社會(huì )對種質(zhì)資源提出更高要求，即希望通過(guò)種質(zhì)資源篩選和新基因挖掘、新種質(zhì)創(chuàng )造和新品種的培育，達到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的要求，實(shí)現糧食與食物的安全、人類(lèi)健康的保障、生態(tài)環(huán)境的保護、自然與社會(huì )和諧發(fā)展的目標。因此充分利用現代科學(xué)技術(shù)，從眾多的種質(zhì)資源中發(fā)掘新的基因，育成新品種去提高農產(chǎn)品產(chǎn)量、保障農產(chǎn)品質(zhì)量則成為最為有效、也最為現實(shí)的重要途逸。

    但是，機遇是明顯的，挑戰是現實(shí)?！胺N質(zhì)資源的大規模收集與保存在應用上并沒(méi)有收到預期的效果，特別是在發(fā)展中國家”。綜觀(guān)上一次“綠色革命”中，農業(yè)科技工作者利用水稻、小麥的矮桿基因、“野敗”型野生水稻的雄性不育基因成功地育成矮桿水稻、矮稈小麥、雜交水稻等創(chuàng )新品種，使世界糧食產(chǎn)量在20世紀60一80年代的26年中翻了一番，并

且第一次出現糧食增產(chǎn)超過(guò)了人口增長(cháng)的局面。我國科學(xué)家在“綠色革命”中起到獨特的先導性作用。冷靜分析現實(shí)，目前，造成我國一方面有豐富多彩的種質(zhì)資源，另一方面育種家又面臨著(zhù)親本材料貧乏的尷尬局面的主要因素表現為以下幾個(gè)方面。

1.中國種質(zhì)資源總量巨大，但組成結構卻不合理。其中中國的國外種質(zhì)資源擁有比例只有19% ,而美國為81%，俄羅斯為50%;中國的親緣野生種質(zhì)資源遠不夠寬廣，中國長(cháng)期保存量為世界第一，而只有712個(gè)物種，而美國和俄羅斯則均有2000個(gè)物種以上。美國、俄羅斯之所以有如此巨大的國外種質(zhì)和寬廣的野生資源，主要是利用國家種質(zhì)資源委員會(huì )組織各種方面力量大力引進(jìn).國外種質(zhì)，多種途徑赴世界各地考察，自19世紀末至20世紀80年代，

兩國均組織了200余次國外收集考察工作。而我國引種工作進(jìn)行不夠，國外考察幾乎未開(kāi)展。而目前幾乎所推廣的新品種均含有國外種質(zhì)血統或野生資源血統，中國種質(zhì)資源的組成結構不合理勢必加劇了育種可用資源匾乏，育成品種遺傳基礎狹窄，優(yōu)良產(chǎn)品推廣后表現為抗逆性弱、適應性差。

    2.種質(zhì)資源中雖蘊藏的基因豐富，但分子標記輔助育種與轉基因育種卻缺乏目標基因與標記，即潛在基因豐富，可用基因貧乏。盡管中國已對所保存種質(zhì)資源全部進(jìn)行農藝性狀鑒定，部分進(jìn)行了抗性、品質(zhì)鑒定，但僅限于表型，而分子鑒定由于數量巨大、經(jīng)費有限遠遠跟不上農業(yè)發(fā)展需要。據專(zhuān)家以小麥為例統計，自1930年至今，國際上共發(fā)現小麥基因700余個(gè)，而中國科學(xué)家同期發(fā)現的小麥新基因僅5. 5種(1個(gè)與國外聯(lián)合發(fā)現)，這與中國這一小麥種質(zhì)資源大國的地位極不相稱(chēng)‘呂’。而更為嚴重地是國際上通常種質(zhì)資源不受專(zhuān)利保護，而鑒定出新基因則受知識產(chǎn)權保護，反過(guò)來(lái)限制中國利用，于是有可能出現“種中國豆，侵美國權”的奇怪現象。

    3.中國時(shí)育種理論與方法研究滯后，從另一方面限制了中國種質(zhì)資源的利用途逗與方式。國際上發(fā)達國家已具備了分子育種較為成熟的理論和較為規范的方一法，而更為重要的是生物技術(shù)手段與常規手段的緊密結合，種質(zhì)創(chuàng )新力度較大。另一方面，一般優(yōu)秀品種僅僅含有優(yōu)異基因是不夠的，必須在一個(gè)好的遺傳背景下，才能發(fā)揮其潛能，就象一個(gè)優(yōu)秀人才只有在好的氛圍環(huán)境中才有大的作為一樣。中國55年的育種實(shí)踐也反復證明這一點(diǎn)。

 四、中國種質(zhì)資源研究與發(fā)展的戰略取向

    中國種質(zhì)資源面對的挑戰，早在20世紀90年代就已顯露，中國種質(zhì)資源領(lǐng)域的科學(xué)家早就提出構建中國種質(zhì)資源的核心種質(zhì)，建立種質(zhì)資源優(yōu)異基因發(fā)掘平臺的設想。目前，通過(guò)“農作物核心種質(zhì)構建，重要新基因挖掘與有效利用”973項目，己完成了核心種質(zhì)的構建;已組建了“農作物基因資源與基因改良國家重大科學(xué)工程”研究平臺，初步形成大規模、高通量進(jìn)行新基因發(fā)掘的態(tài)勢。但是這僅僅是利用機遇、應對挑戰的前提，要想做好中國種質(zhì)資源保護、研究和利用還必須做好以下幾個(gè)方面。

    1.建議成立國家種質(zhì)資源委員會(huì )，統籌規劃種質(zhì)資源引進(jìn)與收集、鑒定與研究、保護與利用等工作，大力引進(jìn)國外種質(zhì)資源(包括植物、動(dòng)物和微生物)，擴大國內及赴世界各地進(jìn)行珍稀野生親緣種的收集考察工作，力爭盡早改變中國種質(zhì)資源的結構與組成，為拓寬品種的遺傳基礎而創(chuàng )造條件。

    2.充分利用基因組學(xué)(包括蛋白組學(xué)，代謝組學(xué))的理論與方法，使種質(zhì)資源工作進(jìn)人一個(gè)基因組種質(zhì)資源學(xué)時(shí)代，即以現代基因組學(xué)為基礎，以大規模、高通量的現代化設施為手段，全面開(kāi)展新基因發(fā)掘工作。使我國由種質(zhì)資源大國變成基因資源大國，并實(shí)現國家種質(zhì)資源主權與產(chǎn)權的全面保護。

    3.大力推進(jìn)育種理論與方法的研究，開(kāi)展骨干親本(優(yōu)異基因)優(yōu)勢集成作用機理的分子基礎研究，并對基因與基因，基因與遺傳背景，品種與環(huán)境方面開(kāi)展深人研究，加大種質(zhì)創(chuàng )新與利用研究，使其為新品種培育由經(jīng)驗型向定向設計型轉變奠定基礎。

    為了人口與健康、資源與環(huán)境、自然與社會(huì )的協(xié)調、和諧發(fā)展，只有發(fā)揮種質(zhì)資源的內在潛力，發(fā)掘“少投人、多產(chǎn)出、促進(jìn)健康、保護環(huán)境”的優(yōu)異基因，才能應對中國種質(zhì)資源的面對的挑戰，實(shí)現“生產(chǎn)效益型、資源節約型、環(huán)境友好型、產(chǎn)品安全型”的新型可持續的農業(yè)發(fā)展戰略，這也是我們這一代人不可推卸的責任。