2023-03-28 09:34:15
普通野生稻是全球分布最廣的野生稻，也是我國育種中使用最多的野生稻，它名字“普通”，能力卻并不普通，當(dāng)前的栽培水稻中，大部分都有它的基因。
疣粒野生稻是全球21種野生稻中唯一的旱生野生稻，它是個又菜又愛玩的家伙，喜光又怕曬，喜溫又怕熱，喜濕又怕水。
藥用野生稻名為藥用，卻至今沒發(fā)現(xiàn)它的藥用價值，但它抗病抗蟲，是一位名副其實的生存大師。
在海南三亞，一個可以活態(tài)保存4萬份野生稻的種質(zhì)資源圃即將建成，21種、1萬多份野生稻已經(jīng)提前“入駐”，它們來自全球不同的角落，可能是廣西深山里的一處泉水邊，也可能是澳洲的濕地中的某個角落。但如今，它們匯聚在這里，在最好的保存環(huán)境中繁衍生息。
野生稻種質(zhì)資源圃。新京報記者 周懷宗 攝
全球最大的野生稻種質(zhì)圃即將建成
2023年3月20日，海南三亞的一個普通村莊外，兩座三層的小樓即將封頂，小樓的背后，一塊濕地被整理平坦，分成了一個個小格子，每個格子里都生長著不同的植物，有的茁壯高大，抽出精致而修長的穗；有的匍匐在水面上，向四周蔓延；有的瘦弱而單薄，在水里孤零零地矗立；有的肆意生長，遮住了大片水面……
這里是正在建設(shè)的國家野生稻種質(zhì)資源圃，也是全球目前最大的野生稻種質(zhì)資源圃，建成后，可以容納4萬份野生稻種質(zhì)資源，全球21種野生稻，在這里都可以找到。
我國收集、保存野生稻的歷史已經(jīng)數(shù)十年，從上世紀(jì)中葉開始，科學(xué)家們就開始在全球收集野生稻資源，種質(zhì)圃負(fù)責(zé)人、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員楊慶文告訴記者，我國目前保存著兩萬多份野生稻種質(zhì)資源，有保存在國家作物種質(zhì)庫中的種子，也有保存于各個資源圃中的活態(tài)野生稻。而這個即將建成的野生稻資源圃，不僅是目前最大的，也是保存條件最好的。
中國農(nóng)科院作科所作物種質(zhì)資源中心研究員楊慶文。新京報記者 周懷宗 攝
資源圃分為七個區(qū)域，從大門進(jìn)入，迎面就是設(shè)施區(qū)，包括接待室、野生稻展示廳、會議室、科研人員的工作間等，三樓還有一個露臺，可以俯瞰全圃。
設(shè)施區(qū)后面，是東西長一千米左右、南北寬一百多米的種質(zhì)圃，包括物種展示圃、鑒定評價圃、繁殖更新圃、資源保存圃、原生境模擬圃等。距離設(shè)施區(qū)最近的是物種展示圃，展示圃主要用于展示、參觀、科普教育等，分為二十個小區(qū)，種植著21種野生稻中的20種水生物種，剩余一種旱生物種，則種植在專門營造的環(huán)境中。
在深山大澤中，找一株未曾謀面的稻子
野生稻中，留存著水稻進(jìn)化的秘密，它們原本生存在全球不同的地方，然而，隨著生存環(huán)境的變化，自然界中已經(jīng)越來越難找到它們的身影。
找到它們，是保存和利用的前提。楊慶文從事野生稻搜集、保存、利用的工作已經(jīng)二十多年，每年的春秋，他和他的同事們都會走進(jìn)深山大澤、水塘濕地，去尋找那些還未收集過的野生稻。
搜集野生稻的科學(xué)家中，程云連是少有的女性之一。野生稻大多生長在遠(yuǎn)離人群的地方，搜集時會面臨許多危險，危險的地形，是第一道難關(guān)，許多科學(xué)家都有陷入沼澤泥塘的經(jīng)歷。2018年，程云連在廣西桂平調(diào)查時，一腳踩進(jìn)一個泥塘，幾乎瞬息之間，半個身子就陷進(jìn)去了，幸好同行的伙伴，將她拉了出來。
程云連在資源圃中查看保存的野生稻生長情況。新京報記者 周懷宗 攝
在人跡罕至的野外，危險無處不在，蚊蟲叮咬只是小兒科，楊慶文說，有一次進(jìn)山尋找野生稻的時候，山里有很多旱螞蟥，他們提前穿好了厚厚的迷彩服、高腰的靴子，但下山之后脫了衣服，才發(fā)現(xiàn)身上好多地方都在流血，“旱螞蟥咬人的時候，會分泌麻醉劑，人感覺不到，它吸飽了就會脫離人的身體，但卻不會分泌凝血酶，所以會一直流血?！?/p>
楊慶文的小腿上，有一道十多厘米長的疤，那是20多年前，在廣西調(diào)查時，一個藏在泥里的鐵樁子留給他的，“當(dāng)時小腿上的骨頭都出來了，但也就在那個地方，我?guī)Щ貋砹艘恢暌吧?，也算是值得了?！?/p>
收集野生稻，并不只是簡單地把野外的植株或種子帶回來，還要考察它的生存環(huán)境，附近的土壤、植物、地形等，一一記錄在案，以便更詳細(xì)地了解它的前世今生。只是，適合野生稻生存的環(huán)境，對人未必友好，尤其是南方山溝濕地中，多有毒蛇出沒，許多外出搜集的科學(xué)家都有被毒蛇咬過的經(jīng)歷，“出門調(diào)查、收集野生稻，噴霧、口服的蛇藥是必備的物品?！睏顟c文說。
保存野生稻，是一件困難的事情
野生稻資源圃的東北角，一處人工營造的山坡林地正在建設(shè)中，工人們用土堆出了一座緩坡，種上了黃槿、龍血樹、美人蕉等，黃槿是典型的海島樹，喜濕親水，樹冠高大，遮陰效果強。
這里是為疣粒野生稻準(zhǔn)備的家園，位于資源圃大門口的展示圃中，種植著20種水生野生稻，而全球有21種野生稻，余下的一種，正是唯一的旱稻疣粒野生稻。疣粒野生稻喜光怕曬，喜溫怕熱，喜濕怕水，多生在向陽的山坡林地間，楊慶文為疣粒野生稻專門營造了種植和保存的環(huán)境，但目前還沒有移栽，“要等到樹長大一點兒，可以遮陰了，再把它挪過來。”楊慶文說。
野生稻。新京報記者 周懷宗 攝
就在疣粒野生稻所在的“小山坡”不遠(yuǎn)處，一片濕地中，茂盛的“野草”遮住了地面，把濕地變成了一塊起伏不定的綠毯，其實，它們并不是野草，而是野生稻，這里是種質(zhì)圃中的“原生境模擬圃”，模擬了野生稻生長的原生環(huán)境，種植了600份經(jīng)過基因鑒定的野生稻，讓它們盡可能地自由生長，以便觀察它們的自然變化。就在大片的濕地旁邊，還有一個小池塘，池塘上建了一座小橋，這也是一個模擬區(qū)，模擬的是袁隆平院士當(dāng)年發(fā)現(xiàn)雄性不育野生稻的環(huán)境?！吧鲜兰o(jì)六十年代，袁隆平的助手李必湖就是在三亞南紅農(nóng)場的一處池塘邊發(fā)現(xiàn)的那株野生稻，我們還原了發(fā)現(xiàn)時的場景，在這里模擬種植了野生稻?！?/p>
發(fā)現(xiàn)和收集野生稻很困難，保存也同樣不容易。一處40畝左右的“資源保存圃”，是整個資源圃的核心，承擔(dān)著野生稻長期活態(tài)保存的任務(wù)。
保存圃并不是普通的水田，而是建成了一個個水泥池子，地面鋪設(shè)了塑料網(wǎng)格，池中灌水，每一株野生稻都種在盆中，然后再放入水中，“保存野生稻，需要保持它自身的特征，但野生稻根系發(fā)達(dá)，種在一起，時間長了，根在泥里會串，影響野生稻的純度，所以要種在盆里，定期換土?！?/p>
用于保存的野生稻，還不能讓它們開花結(jié)實。楊慶文解釋，“野生稻長期在自然界中自然雜交，基因復(fù)雜，性狀各異，它們的下一代很容易發(fā)生性狀分離，長成千奇百怪的樣子，同一株野生稻的種子，可能有的高大粗壯，有的則是匍匐的。而且野生稻大多容易落粒，還沒完全成熟，就落到地上了，很難發(fā)現(xiàn)，一旦落粒發(fā)芽，就很難分清楚哪些是原來的資源，哪些是后來發(fā)芽的，這對保存不利?！?/p>
曾經(jīng)的“偏科生”，如今每一株都是寶貝
盡管建設(shè)還沒有完成，但資源圃中的保存、科研等工作已經(jīng)開始。程云連長期駐扎在這里，和這里的工人們一起，管理著大量野生稻資源。
“每一種都有各自的難題。”她說，保存圃中，要定期剪掉抽穗的部分，讓它們穩(wěn)定生長。還要防止福壽螺的侵害，福壽螺這種外來入侵生物，可能會對稻田造成毀滅性侵害，它們喜歡啃食野生稻的葉片，尤其喜歡那些剛剛萌發(fā)的嫩芽，如果不加控制，幾天就能把一株野生稻吃光。
而用于科研的野生稻，則可能需要收集種子，記者看到，專用于科研實驗的區(qū)域中，許多野生稻已經(jīng)抽穗，稻穗上套著收集種子的袋子，“很多野生稻都有很強的落粒性，沒等完全成熟，種子就落地了，這是它們在自然界殘酷的競爭中，進(jìn)化出來的本能，有利于它們的生存和繁衍。對科學(xué)家們來說，收集它們的種子就很麻煩，如果不套袋，可能什么都收不到。”程云連說。
小粒野生稻。新京報記者 周懷宗 攝
水稻是人類馴化最早的作物之一，從某種角度來說，野生稻其實是人類選擇過程中的“淘汰物”，它們或者產(chǎn)量不高，或者栽培困難，或者口感不好，總有各種各樣人類視角中的“缺點”，但它們同樣具有大量不可復(fù)得的“優(yōu)點”，有的具有極高的生存能力，有的隱藏著高產(chǎn)的基因，還有的自身攜帶美味基因……
“許多人們不再選擇的作物，其實都是作物中的‘偏科生’，它們各有缺點，但又有自身的優(yōu)勢，比如某一種作物，可能產(chǎn)量低，味道也很一般，但抗寒性特別好，或者反過來，它抗性不高，產(chǎn)量也不高，但味道特別好?！痹趪易魑锓N質(zhì)庫工作多年的中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所研究員辛霞說。
然而，這些生產(chǎn)中缺少價值的野生稻，在育種家的眼里，都是寶貝。
“無數(shù)年以來的選育，全球的水稻栽培種，已經(jīng)嚴(yán)重同化，遺傳基礎(chǔ)狹窄，一旦遇到新的問題，比如一種新的病蟲害，就可能造成災(zāi)難性的后果?！睏顟c文說，“而那些保存在野生稻中的基因，就可能藏著戰(zhàn)勝困難的秘密，是未來育種最重要的資源?！?/p>
名為野生，但它們并沒有離開人類
在生產(chǎn)中，盡管人們并不栽培和種植野生稻，但野生稻其實從未遠(yuǎn)離過人類。
很少有人知道，水稻當(dāng)前的栽培品種中，大多都有來自普通野生稻的基因。普通野生稻是一個學(xué)名，它是中國本土僅有的三種野生稻之一，另外兩種是藥用野生稻和疣粒野生稻。
“普通野生稻是全球分布最廣的野生稻，在我國的南方多有發(fā)現(xiàn)，但各地的普通野生稻又有細(xì)微的區(qū)別。”楊慶文說。
在我國水稻育種中，普通野生稻是應(yīng)用最廣的一種，楊慶文介紹，早在二十世紀(jì)八十年代，中國農(nóng)科院作科所的專家，就在廣西的一種普通野生稻中發(fā)現(xiàn)了一個抗水稻白葉枯病的基因，名字叫“Xa23”，如今，國內(nèi)大部分水稻栽培品種都有這個基因，在某種意義上也可以說，大部分栽培種，都和普通野生稻有血緣關(guān)系。
袁隆平和他的團隊，1970年在海南三亞找到了一株雄性不育的野生稻，踏出了雜交水稻最重要的一步，而當(dāng)時那株野生稻，正是普通野生稻。
普通野生稻。新京報記者 周懷宗 攝
在水稻育種中，這樣的故事還有很多，比如尼瓦拉野生稻，這是一種主要分布在南亞和東南亞的一年生野生稻，半個多世紀(jì)前，水稻黑條矮縮病大流行，一位印度的育種家，在尼瓦拉野生稻中發(fā)現(xiàn)了抗性基因。楊慶文介紹，“黑條矮縮病是一種傳染性病害，當(dāng)時東南亞發(fā)病最嚴(yán)重，水稻種著種著就收縮了，越長越小，嚴(yán)重影響產(chǎn)量。當(dāng)時，一位在國際水稻研究所工作的印度專家，在尼瓦拉野生稻中成功發(fā)掘出了一個抗性基因，并應(yīng)用到育種中，此后幾十年，這一病害幾乎沒有再發(fā)生過。不過，近幾年來，又發(fā)現(xiàn)了變異的黑條矮縮病，我國廣西農(nóng)科院水稻所的李丹婷團隊，目前已經(jīng)在普通野生稻中鑒定出了抗性基因，如今正在克隆這個基因?！?/p>
野生稻利用，珍貴的價值不可再得
野生稻和人類，永遠(yuǎn)都有隔不斷的聯(lián)系。
這座位于三亞的國家野生稻資源圃中，每一種野生稻，都是育種中無可替代的材料。
一種主要分布在東南亞、巴布亞新幾內(nèi)亞的小粒野生稻，長得嬌小細(xì)弱，蔓生在水面，它的種子很小，仿佛一粒黑色的芝麻，千粒重僅有幾克，不到普通栽培水稻的一半。但就在這個小小而瘦弱的身軀中，藏著美味的基因。楊慶文介紹，廣東農(nóng)科院用這種野生稻的基因，育成了眾多絲苗米的品種，“市場上叫做絲苗米的，一般都有這種小粒野生稻的基因?！睏顟c文說。
在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，一種名為長花藥野生稻的野生種，幫助科學(xué)家們育成了多年生的水稻，可以像韭菜一樣，割了一茬，再長起來一茬。
長花藥野生稻。新京報記者 周懷宗 攝
事實上，21種野生稻中，20種是多年生的，但長花藥野生稻尤其特殊，這種主要分布在非洲的野生稻，有發(fā)達(dá)的根莖，可以從根莖上發(fā)出苗來，當(dāng)?shù)厣系牟糠质崭詈?，地下的根莖會再一次發(fā)芽，長出新的水稻。
2022年12月，《科學(xué)》雜志公布了2022年十大科學(xué)突破，多年生稻名列其中，是全球唯一入選的農(nóng)業(yè)科學(xué)突破。多年生稻是云南大學(xué)教授胡鳳益團隊利用長花藥野生稻和一年生的栽培稻遠(yuǎn)緣雜交而成，在熱帶地區(qū)，一次栽種，可以連續(xù)收獲三到五年。
還有藥用野生稻，主要分布在中國、東南亞、南亞等地的野生稻，在一些地方，人們用它的根部煮水，被認(rèn)為可以消炎。
“科學(xué)家們做過很多分析和研究，并沒有發(fā)現(xiàn)它的藥用價值，也沒有發(fā)現(xiàn)消炎作用，但它有非常優(yōu)秀的生存能力，抗病抗蟲能力很強?！睏顟c文說，“武漢大學(xué)何光存教授和他的團隊，在其中克隆出了抗稻飛虱的基因，育成了抗稻飛虱的水稻。稻飛虱是水稻種最大的病蟲害之一，稻飛虱會吃掉水稻莖葉，同時它還攜帶病毒，會導(dǎo)致水稻感染條紋葉枯病、矮縮病等多種疾病。如果從這個角度，說它是水稻病蟲害的良藥，也無不可?！?/p>
從頭馴化，重走祖先的道路
野生稻的故事，可以講很多，也將會繼續(xù)講下去。
著名水稻專家、中國科學(xué)院院士李家洋，正在嘗試對野生稻進(jìn)行“從頭馴化”。
人類用了千萬年的時間，把野生稻馴化成了高產(chǎn)、美味、優(yōu)質(zhì)的口糧作物，“從頭馴化”是否意味著要重走一遍千萬年的老路。
其實大可不必，現(xiàn)代科技的發(fā)展，使得人們足以深入到肉眼不可見的微觀世界，發(fā)掘千萬年中的演化痕跡，從而找到最快捷的途徑，獲得我們想要的結(jié)果。
2021年，李家洋院士團隊聯(lián)合國內(nèi)外多家單位研究人員，在《細(xì)胞》雜志上發(fā)表文章，通過組裝異源四倍體高稈野生稻基因組，優(yōu)化遺傳轉(zhuǎn)化體系，結(jié)合多維基因組學(xué)和多靶點精準(zhǔn)基因組編輯技術(shù)，繪制了異源四倍體野生稻從頭馴化的“藍(lán)圖”。
自然界中的野生水稻，有的有兩套染色體，稱為二倍體，有的有四套，稱為四倍體?，F(xiàn)代種植的栽培稻，是人類的祖先從二倍體野生稻馴化而來，用了千百年去改良它們的農(nóng)藝性狀，但也遺失了很多基因。而四倍體更加復(fù)雜，攜帶著更多的基因，尤其是其中的異源四倍體，具有天然的雜交優(yōu)勢，如果可以馴化它們，無疑將是一場革命性的變化。
這不是重復(fù)祖先的路，而是一條搭乘著科技快車的新路。
全球糧食危機從未消失，且越來越有加重的趨勢，水稻作為食用人數(shù)最多的糧食之一，它的每一點進(jìn)步，都對人類的糧食安全有著至關(guān)重要的作用。這片位于中國南端的野生稻種質(zhì)資源圃里，就藏著水稻進(jìn)化、種業(yè)振興、糧食豐收的秘密，等待人們不斷去挖掘和利用。
返回頂部