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生物多樣性——關于中國種質資源面對的挑戰(zhàn)與對策
生物多樣性——關于中國種質資源面對的挑戰(zhàn)與對策 根據(jù)化石考證，地球上最早出現(xiàn)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40億年的緩慢進化與分化，逐漸形成了各種各樣的干變萬化的生命形式，形成了生物多樣性。換句話講，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的各種生態(tài)過程的總和。 種質資源是生物多樣性中與人類生存與發(fā)展密切相關的最重要的組成部分，是具有實際利用和潛在發(fā)展價值、且可再生的生物資源。種質資源是伴隨著人類活動、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，是人類繁衍和發(fā)展的最根本的物質基礎和戰(zhàn)略資源。 一、種質資源的起源、內涵與發(fā)展 據(jù)出土化石分析，人大約在20萬年前由猿人進化成早期智人，開始了人類以漁獵、采集為生的原始階段。大約1萬年前，隨著人類對大自然的認識，開始栽培植物、養(yǎng)殖動物，隨后又開始利用微生物，農業(yè)開始出現(xiàn)，使地球上首次出現(xiàn)了農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和人文景觀。可以講，這是人類為生物多樣性做出的貢獻，特別是極大地創(chuàng)造、豐富了種質資源的多樣性。地球上大約有1一8萬可食用的植物，而人類在各個時期至少利用了3000種可食用的植物。經(jīng)過 近萬年農業(yè)的發(fā)展，人類已完成了1200種植物的栽培，30一50種動物的馴化、數(shù)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% 。 種質資源是與人類活動、農業(yè)起源、發(fā)展密切相關的重要物質基礎。因此，種質資源不僅包括在任何地區(qū)、任何時間栽培、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。種質資源及其多樣性，不僅為人類的衣、食等方面提供原料，為人類的健康提供 營養(yǎng)品和藥物，而且為人類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，開展生物技術研究提供取之不盡，用之不竭的基因來源。 由于人口不斷增加，糧食問題已成為世界面臨的重大問題之一。增加糧食產(chǎn)量，主要不能靠擴大種植面積，因為大量開墾荒地會損害生態(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。選育良種要靠種質資源的多樣性。目前任何高新技術都還不能創(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(tǒng)稱為種質資源或基因資源。人們已認識到，育種實質上是種質資源再加工，因此保護種質資源多樣性，利用分子技術發(fā)掘其中優(yōu)異基因，推動一場農業(yè)科技革命，是實現(xiàn)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的中心策略。 二、中國種質資源保護與利用取得的巨大成就 自1949年以來，一批批種質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，中國人工林木種類居世界第一，列入主要造林樹種約210種;目前已篩選出適用于水土流失、沙漠化、石漠化地區(qū)植被恢復的喬灌木樹種120種以上，擬選擇優(yōu)良種質4萬份以上。傳統(tǒng)中藥800一1000種，藥用植物種質資源的保護對中醫(yī)和中藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其對藥材產(chǎn)量和質量的提高，發(fā)揮了重要的作用。動物種質資源的保護已使一些瀕危種得到恢復，促進了家養(yǎng)動物和蜂、蠶飼養(yǎng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。中國水產(chǎn)品總產(chǎn)量已連續(xù)10年居世界首位，其中水產(chǎn)品養(yǎng)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資源。中國已成為世界食用菌生產(chǎn)大國，全國已有12個食用菌產(chǎn)值超過億元，成為一些貧困地區(qū)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，解決了人工草場營養(yǎng)的缺氮問題，創(chuàng)造了巨大的生態(tài)效益。 在政府的重視下，近年來各行業(yè)和領域的種質資源保護工作取得了較大進步。特別是在農作物、林木、飼用植物、藥用植物、家養(yǎng)動物、水生生物、微生物等領域建立或初步建立了種質資源保護體系及科學研究實體，特別是作物種質資源保護與利用取得舉世矚目巨大成績。 截止到目前，中國作物種質資源擁有量達38萬份，僅次于美國的45. 2萬份，居世界第二位。已建成國家長期種質貯藏庫2座，長期保存種質資源33萬余份，位居世界首位，并實行了異地復份保存;已建立國家級種質資源圃32個，建成了國家級中期庫2座。在國家保存的種質資源中，已對62%的種質進行了抗病蟲鑒定，43%的種質進行了抗逆性鑒定，57%的種質主要品質鑒定，100%的種質的農藝性狀觀察記載。己獲得優(yōu)良種質2. 6萬余份，并從中評價、創(chuàng)新出優(yōu)異種質1475個。從1981一2000年間，有168份種質直接用于生產(chǎn)，累計種植面積3680萬hm2，新增利潤203. 55億元;有386份種質作為親本育成新品種427個，累計推廣2. 236億hm2，新增產(chǎn)值1447. 63億元。 三、中國種質資源面臨的機遇與挑戰(zhàn) 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 但是，機遇是明顯的，挑戰(zhàn)是現(xiàn)實。“種質資源的大規(guī)模收集與保存在應用上并沒有收到預期的效果，特別是在發(fā)展中國家”。綜觀上一次“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(xiàn)糧食增產(chǎn)超過了人口增長的局面。我國科學家在“綠色革命”中起到獨特的先導性作用。冷靜分析現(xiàn)實，目前，造成我國一方面有豐富多彩的種質資源，另一方面育種家又面臨著親本材料貧乏的尷尬局面的主要因素表現(xiàn)為以下幾個方面。 1.中國種質資源總量巨大，但組成結構卻不合理。其中中國的國外種質資源擁有比例只有19% ,而美國為81%，俄羅斯為50%;中國的親緣野生種質資源遠不夠寬廣，中國長期保存量為世界第一，而只有712個物種，而美國和俄羅斯則均有2000個物種以上。美國、俄羅斯之所以有如此巨大的國外種質和寬廣的野生資源，主要是利用國家種質資源委員會組織各種方面力量大力引進.國外種質，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。而我國引種工作進行不夠，國外考察幾乎未開展。而目前幾乎所推廣的新品種均含有國外種質血統(tǒng)或野生資源血統(tǒng)，中國種質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(xiàn)為抗逆性弱、適應性差。 2.種質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資源全部進行農藝性狀鑒定，部分進行了抗性、品質鑒定，但僅限于表型，而分子鑒定由于數(shù)量巨大、經(jīng)費有限遠遠跟不上農業(yè)發(fā)展需要。據(jù)專家以小麥為例統(tǒng)計，自1930年至今，國際上共發(fā)現(xiàn)小麥基因700余個，而中國科學家同期發(fā)現(xiàn)的小麥新基因僅5. 5種(1個與國外聯(lián)合發(fā)現(xiàn))，這與中國這一小麥種質資源大國的地位極不相稱‘呂’。而更為嚴重地是國際上通常種質資源不受專利保護，而鑒定出新基因則受知識產(chǎn)權保護，反過來限制中國利用，于是有可能出現(xiàn)“種中國豆，侵美國權”的奇怪現(xiàn)象。 3.中國時育種理論與方法研究滯后，從另一方面限制了中國種質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(guī)范的方一法，而更為重要的是生物技術手段與常規(guī)手段的緊密結合，種質創(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，必須在一個好的遺傳背景下，才能發(fā)揮其潛能，就象一個優(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年的育種實踐也反復證明這一點。 四、中國種質資源研究與發(fā)展的戰(zhàn)略取向 中國種質資源面對的挑戰(zhàn)，早在20世紀90年代就已顯露，中國種質資源領域的科學家早就提出構建中國種質資源的核心種質，建立種質資源優(yōu)異基因發(fā)掘平臺的設想。目前，通過“農作物核心種質構建，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工程”研究平臺，初步形成大規(guī)模、高通量進行新基因發(fā)掘的態(tài)勢。但是這僅僅是利用機遇、應對挑戰(zhàn)的前提，要想做好中國種質資源保護、研究和利用還必須做好以下幾個方面。 1.建議成立國家種質資源委員會，統(tǒng)籌規(guī)劃種質資源引進與收集、鑒定與研究、保護與利用等工作，大力引進國外種質資源(包括植物、動物和微生物)，擴大國內及赴世界各地進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(包括蛋白組學，代謝組學)的理論與方法，使種質資源工作進人一個基因組種質資源學時代，即以現(xiàn)代基因組學為基礎，以大規(guī)模、高通量的現(xiàn)代化設施為手段，全面開展新基因發(fā)掘工作。使我國由種質資源大國變成基因資源大國，并實現(xiàn)國家種質資源主權與產(chǎn)權的全面保護。 3.大力推進育種理論與方法的研究，開展骨干親本(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)境方面開展深人研究，加大種質創(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、自然與社會的協(xié)調、和諧發(fā)展，只有發(fā)揮種質資源的內在潛力，發(fā)掘“少投人、多產(chǎn)出、促進健康、保護環(huán)境”的優(yōu)異基因，才能應對中國種質資源的面對的挑戰(zhàn)，實現(xiàn)“生產(chǎn)效益型、資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、產(chǎn)品安全型”的新型可持續(xù)的農業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，這也是我們這一代人不可推卸的責任。
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