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，從上世紀中葉開始，科學家們就開始在全球收集野生稻資源，種質(zhì)圃負責人、中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學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。
搜集野生稻的科學家中，程云連是少有的女性之一。野生稻大多生長在遠離人群的地方，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，一腳踩進一個泥塘，幾乎瞬息之間，半個身子就陷進去了，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貋砹艘恢暌吧荆菜闶侵档昧?。?/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?！睏顟c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年發(fā)現(xiàn)雄性不育野生稻的環(huán)境。“上世紀六十年代，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，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?！彼f，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，進化出來的本能，有利于它們的生存和繁衍。對科學家們來說，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。”楊慶文說，“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離過人類。
很少有人知道，水稻當前的栽培品種中，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微的區(qū)別?！睏顟c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，當時東南亞發(fā)病最嚴重，水稻種著種著就收縮了，越長越小，嚴重影響產(chǎn)量。當時，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。”楊慶文說。
在云南農(nóng)業(yè)大學，一種名為長花藥野生稻的野生種，幫助科學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)達的根莖，可以從根莖上發(fā)出苗來，當?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》雜志公布了2022年十大科學突破，多年生稻名列其中，是全球唯一入選的農(nóng)業(yè)科學突破。多年生稻是云南大學教授胡鳳益團隊利用長花藥野生稻和一年生的栽培稻遠緣雜交而成，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，被認為可以消炎。
“科學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、中國科學院院士李家洋，正在嘗試對野生稻進行“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)合多維基因組學和多靶點精準基因組編輯技術(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。現(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。
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