探秘種子“諾亞方舟”——國家作物種質庫

從中國農業科學院東門進入，遠遠就能看到一棟現代化的白色建筑。建筑正面墻上，由“禾”與“重”組成的篆刻字——“種”格外醒目。這里，便是種子“諾亞方舟”——國家作物種質庫。

作為保障國家糧食安全的“大國重器”，國家作物種質庫總保存規模達150萬份，可滿足未來50年長期戰略保存的需求。近日，記者走進這座全球保存容量最大的國家級農作物種質資源庫，探尋其如何用硬核科技守護農業安全。

提升種質保存能力

20世紀80年代，我國著名作物種質資源專家董玉琛提出種質資源入庫的技術路線，并主持建設國家作物種質庫，使當時我國作物種質資源保存數量躍居世界前列。

然而，國家作物種質庫最初的設計容量僅40萬份，且保存方式單一。為了更好地實現種質資源的長期戰略保存，2021年，國家作物種質庫擴建，實現了從保存能力到技術手段的全方位跨越。

在5層樓高的種質資源庫中，一間間寬敞明亮的庫房里整齊擺放著貼上二維碼、條形碼的種子瓶、試管苗容器和液氮罐。“在這里，每個種類的種子都有自己的身份信息。”中國農業科學院國家作物種質庫執行主任辛霞說。

國家作物種質庫建有零下18℃低溫長期庫、零下196℃液氮超低溫庫、試管苗庫和DNA庫四大類庫房，滿足現有各類農作物種質資源保存需求。

在入庫種子質量檢測環節，過去，工作人員多依靠肉眼或顯微鏡觀察種子外觀；如今，CT掃描、電子傳感器、光譜儀等無損檢測技術被用于檢查種子完整度、飽滿度和活力狀態。這不僅提高了檢測效率，也減少了對珍貴種子的消耗。

在種子存取環節，記者看到，靈活敏捷的機械臂將裝好種子、貼上標簽的瓶子送至傳送帶，傳送帶上方的“蜘蛛手”會自動抓取瓶子放入種質箱，堆垛機則按照指令將箱子放到立體種子架上。

“以前，工作人員需要穿著棉衣在零下18℃的低溫庫里登高爬梯存取種子。現在，種子架從三四米調高到了10多米，存取過程全部由機器完成，庫房空間利用率和存取效率都大幅提升。”辛霞說。

國家作物種質庫見證了中國種業從追趕到并跑再到領跑的跨越。目前，以國家作物種質庫為核心的保存體系已長期保存水稻、小麥、玉米、大豆等種質資源62萬余份，總量躍居世界第一，為支撐我國種業科技高水平自立自強、種源自主可控提供了強有力的物質保障。

高效挖掘遺傳信息

種質資源的保護不僅在于“存”，更在于“用”。面對海量的種質資源，如何高效挖掘其蘊含的遺傳信息，是擺在科研人員面前的核心課題。

在農業農村部安排下，國家作物種質庫啟動了種質資源基因型和表型精準鑒定工作。

辛霞介紹，在種質資源精準鑒定方面，科研人員已完成了42.8萬份農作物種質資源的基因型鑒定和6.3萬份核心資源的表型精準鑒定，鑒定挖掘出優質多抗小麥、抗莖基腐小麥、大粒多穗小麥、耐旱玉米、耐密高產宜機收玉米、高油高產大豆、抗孢囊線蟲大豆和耐鹽水稻等優異種質。

在精準鑒定的基礎上，2025年5月，中國農業科學院作物科學研究所牽頭，聯合國家作物種質庫等相關單位，共同發起作物種質資源“天書計劃”2.0。

中國農業科學院作物科學研究所所長周文彬介紹，“天書計劃”2.0將組建覆蓋水稻、小麥、玉米、大豆四大糧食作物95%以上多樣性的核心種質群體，創建“基因型+表型+環境型”標準數據集，建立作物基因資源庫，推動形成“資源—數據—挖掘—設計”一體化育種體系。

依托國家作物種質庫等創新平臺，科研團隊在挖掘優異基因和培育重大新品種方面取得了一系列突破性進展。

在基礎研究層面，科研團隊成功組裝了我國小麥育種史上代表性品種的高質量基因組，厘清了小麥基因組變異規律與品種演替脈絡；克隆了調控水稻高產的關鍵基因，并闡明增產應用機制，鎖定了水稻高產育種核心靶點；先后破解了秈粳稻雜種不育、水稻穗粒數調控、玉米籽粒營養轉運等多項關鍵分子機理。這些成果為作物分子設計育種、高產優質新品種培育提供了全新理論依據和技術方案。

前瞻布局多個領域

在全球氣候變化加劇、極端天氣頻發的背景下，農作物抗病、抗旱、耐鹽堿、耐高溫等性狀的重要性日益凸顯。發掘和利用優異基因資源，正在成為國家作物種質庫布局的重要方向。

辛霞介紹，農作物野生近緣種作為作物育種的“天然基因庫”，蘊藏著抗病蟲害、抗逆性等優良基因。通過與野生近緣種雜交可以將其優良基因轉移到栽培種中，從而提高作物產量，增強作物應對氣候變化等惡劣環境條件的能力。

為此，國家作物種質庫已牽頭完成2.4萬份野生稻種質資源全基因組重測序，精準挖掘抗病蟲、耐逆等優異等位基因385個；對野生稻種質資源的基本農藝性狀、產量性狀、品種性狀、抗稻瘟病、耐冷等15個農藝性狀進行精準鑒定，篩選全生育期耐鹽、抗褐飛虱、抗稻瘟病等具有重大育種潛力的野生稻骨干親本100余份，解析了野生稻重要性狀的分子遺傳機制，為水稻遺傳改良與國家種源安全提供了核心種質資源與理論支撐。

正如中國科學院院士錢前所說：“種子是農業的芯片，種質是芯片中的芯片，種質庫是遺傳育種的‘人才庫’。”在這座種子“諾亞方舟”里，每一粒種子都承載著一個未來的可能，每一項技術突破都在為端牢中國飯碗增添一份底氣。

來源丨科技日報

編輯 | 農財君

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