连日来气温回暖,南京春和景明,繁花似锦。而在紫金山南麓江苏省农业科学院内,一群工作人员却依旧裹着羽绒服忙碌着。
“长期在4℃的环境下工作,不穿厚点扛不住。”江苏省农科院种质资源与生物技术研究所副研究员狄佳春笑着说。
近日,历经2年筹备、3年建设的江苏省农业种质资源综合基因库正式启用。狄佳春正与同事们一起,为首批“入住”的2400余份国家及江苏省审定品种标准样品(简称“标准种”)“搬家”。
科幻作家刘慈欣在《流浪地球》中,让搭载种子库的“方舟号”恒星际飞船航行于浩瀚宇宙,守护地球生命“火种”、承载人类文明延续的希望。而现实里,江苏农业的这艘“方舟号”模样如何?种子又要历经怎样的流程才能“登船”?带着这些疑问,记者走进这座全新的基因库一探究竟。
更大更“新”的“方舟号”
从省农科院东门进入,直行、右拐,一栋浅米色现代建筑映入眼帘——这就是全新的江苏省农业种质资源综合基因库。
从外观看,建筑主体由两部分组成:一侧是种质鉴定实验楼,供科研人员实验、办公;紧挨着的,是低温种质库。
省农科院种质资源与生物技术研究所副所长王宁介绍,这座新库对江苏的种业发展具有里程碑意义,将为种业振兴和区域农业发展提供基础支撑。
早在2008年,省农科院就建成了江苏首座现代化农作物种质资源中期库,截至目前,已安全保存种质资源超6万份,涵盖14科、56属、96种。但老库仅能以-4℃低温保存农作物种子,功能单一、设备老旧,随着种质资源日益增长,早已长期超负荷运转。
与之相比,全新的“方舟号”底气十足:总建筑面积达1.33万平方米,设有低温种质库、DNA样本库、生物样本超低温库、试苗库四大功能区域,保存容量提升至55万份,稳居长三角地区种质资源库首位。
容量扩容的同时,保存方式也更为科学完善。
种子是活的有机体,贮存的关键是控制其呼吸作用,主要要素是温度和湿度。低温贮藏是目前种子类种质的最佳保存途径。
新库低温库采用更先进的保温材料和冷藏技术,能确保种质样本安全保存50年以上。其中,中期库设定-4℃±2℃、相对湿度<50%,可保存样本20—30年;长期库-18℃±2℃的环境可维持种质活性超50年。此外,4℃的短期库专门用于临时保存种质样本,灵活满足不同需求。
值得一提的是,新库的保存对象已从单纯的种子,扩展到植物休眠芽、畜禽胚胎、微生物菌丝体等,实现了种质资源保存的多元化覆盖。
据介绍,生物样本超低温库(即液氮保存区),温度低至-196℃,能够保存动物精液、受精卵和微生物孢子、菌丝体等;DNA样本库则是以DNA方式保存特有、珍稀、濒危、野生种质资源材料,包括基因组DNA、基因组文库等,方便后期提供分发利用服务。
同步新增的种质鉴定实验楼,配备高通量测序仪,可解析种子基因图谱,从种质样本实物保存跃升至基因保护维度。
种子“登船”记
“水稻,南粳9058,2千克;小麦,宁麦资126,2千克……”趁着新库刚投入运行,记者有幸见证了首批种质资源的“登船”全过程。
首批搬迁2400余份“标准种”,涵盖水稻、小麦、玉米、棉花、大豆等主要作物,每一份都至少有3个样本,单个样本重量在2千克至4千克不等。
这是一场考验细心与耐心的“细致活”。在短期库的缓冲间里,副研究员徐婷婷手不停歇,将一袋袋种子从旧金属筐中取出、逐一核对、重新编号,再递给狄佳春复查,确认无误后放入新的蓝筐。记者注意到,旧金属筐中常有多种“标准种”叠放,同一种类的分量也不尽相同。
“老库空间有限,很多‘标准种’只能挤在一起,一个金属筐最多放3个编号的样本。”徐婷婷一边忙碌一边解释,“种子进出库会受温度变化影响,缓冲间既能减少温度波动对种子活力的影响,我们也能趁机重新梳理登记——不仅要让每一份‘标准种’住上‘单间’,还要匹配综合基因库的智能化系统,为每份资源贴上独一无二的‘身份标签’,方便后续自动化存取。”
所谓“标准种”,即品种标准样品,相当于农作物品种的“标准照”和“身份证原件”。当市场上出现疑似新品种,或有人怀疑种子“串种”时,执法检测人员会将市场种子与基因库中的“标准种”比对:形态一致、基因匹配,即为“本尊”;若不匹配,则为假种或不纯品种。
走进短期库,一排排厚重的储存柜整齐排列,轻点侧面智能操作屏,柜子便可灵活移动。“这种设计能最大限度节省空间。”省农科院综合基因库技术人员郭春滨一边操作一边介绍。拉出一个蓝筐,牛皮档案袋包装的种子整齐叠放,入库时间、重量、“身份证号”等信息清晰可辨。
本周,低温库也将开启中、长期库设备,逐步将库内温度降至-4℃、-18℃。据悉,低温库采用江苏首套种质资源智能存取系统,整合激光导航AGV小车、机械臂和智能传送装置。
站在中期库门外,郭春滨向记者演示了种子分装入库的全套流程。
入库前,种子需闯过处理、清选、生活力检测、干燥、包装等10多道“关卡”,再被运至整理间装瓶:中期库每瓶0.3千克至0.5千克,满足日常取用需求;长期库每瓶0.2千克,主要用于备份留存。工作人员分装后,会在瓶盖贴上二维码供机器识别,瓶身一侧贴文字标签方便人工核对。
贴好标签、装满种子的种质瓶,将由机器人送至传送区,再经机械臂精准地放入种质箱的指定位置;随后,工作人员通过电脑下达指令,种质箱便顺着传送带进入低温库,堆垛机按照指令,将箱子精准放置在立体架的指定位置。
其间,工作人员只需在库房外的控制室下达指令,库内设备便会联动自动存取样本——既避免了库房门频繁开关导致的温湿度波动,也规避了极端低温对人体的伤害,更大幅提升了存取效率。
种子就是希望
这些种子都是怎么来的?
“有的是我们考察收集来的,也有些种子来自征集捐赠、国外引进。”王宁解释。
江苏地处南北气候过渡地带,生物资源丰富,农耕文明历史悠久,有深厚的种质资源沉淀。
在江苏省第三次农作物种质资源普查与收集行动中,2200多名农技人员对60个县(市、区)开展农作物种质资源普查。历时6年,收集作物种质资源3446份,涉及植物46个科、118个属、164个物种,涵盖江苏地区长期栽培的所有作物类型,“毛尖花红”等一批濒危、珍稀地方种质资源得到抢救保护,阳山水蜜桃等地方特色资源在支撑种业创新和乡村振兴中发挥重要作用。
为了确保种子入库以后的活性,工作人员会定期提取一部分种子监测,如果活力下降低于临界点,就需要拿出来重新繁殖更新。在省农科院老库存储的6万多份资源中,不少种子可追溯至20世纪30年代,至今仍保持着活性。
“没人能预测未来几十年会发生什么,哪些物种会成为拯救人类农业的关键。”王宁说,一粒种子背后是一个庞大的数据资源,而育种最关键的核心要素就是掌握多少种质资源,有没有足够丰富的种质资源筛选、组合,直接决定了能不能培育出更好的品种。
据悉,依托省农科院种质资源与生物技术研究所建立的种质资源一体化管理系统,可实现对实物样本、基因信息、表型数据精准管理。通过整合基因组、代谢组等多项数据,供科研机构进行合作与共享。申请者可在线查询索取资源。该平台已向省内外科研育种单位共享发放种质资源超5万份,有力地支持了科学研究和作物育种创新。
“只有攥紧中国种子,才能端稳中国饭碗。”离开时,实验楼大厅的标语深深印在记者心中。现代种业发展被列入“十五五”规划纲要重大工程项目,这座综合基因库的启用恰逢其时、意义深远。
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