刘旭院士：作物种质资源学

作物种质资源是保障我国种业安全的源头和源泉，作物种质资源学则是伴随着作物种质资源事业发展而兴起的一门新兴学科。作物种质资源学是研究作物及其野生近缘植物多样性和利用的科学，涵盖多样性形成、保护、研究与利用的理论、技术与管理体系。

作物种质资源学是一个相对年轻的学科，2022年适逢苏联科学家瓦维洛夫的“遗传变异的同源系列定律”提出一百周年，这是作物种质资源学第一个理论。回顾学科发展，从达尔文到康多尔，从瓦维洛夫到H. V. 哈兰，到J. R. 哈兰，再到董玉琛，这些前辈们一百多年来为这一学科发展做出开拓性、奠基性、创新性的卓越贡献；在我国，从金善宝、丁颖、刘定安到董玉琛、庄巧生、程侃声等一批著名科学家为此也奋斗了一生，做出了杰出成就。到了21 世纪，由于“作物及其种质资源与人文环境的协同演变学说”的提出，以及随着多组学技术推动了作物种质资源学的深入发展，本学科逐渐趋向于成熟，在这种情况下，我们组织20多位在作物种质资源一线工作的专家、历时三年编撰了这部《作物种质资源学》（刘旭主编. 北京：科学出版社，2024.6），力图使学科得到提升完善。

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《作物种质资源学》首次构建了学科理论框架，把栽培植物起源中心理论、遗传变异的同源系列定律和作物及其种质资源与人文环境的协同演变学说作为作物种质资源学的三大基本理论，把遗传多样性、遗传完整性、遗传特异性与遗传累积性作为作物种质资源的四大基本特性。同时，首次提出了学科技术框架，涵盖“广泛调查、全面保护、充分评价、深入研究、积极创新、共享利用”六大技术体系，重点阐述了调查与收集、安全保护、表型鉴定与评价、基因型鉴定与基因资源挖掘、种质创新、多组学研究、大数据构建、共享利用、价值评估与产权保护和高效管理的理论基础、技术方法、重要进展及发展趋势，对作物种质资源调查、保护、评价、研究、创新、利用与管理等方面的理论、技术与重大进展进行了全面论述。

《作物种质资源学》立足国际发展前沿，提出了本学科的基本理论，详尽地介绍了技术突破。不仅回顾了学科的百年发展历史，而且在全面评估当今学科发展现状的基础上，提出了未来理论和技术的发展趋势与重点方向，特别是强调组学技术、生物技术与信息技术在作物种质资源学中的作用，充分体现了学科发展的先进性和前瞻性。

作物种质资源学发展现状与趋势

随着现代科学技术的飞速发展和国际政治经济贸易格局的变化，作物种质资源学发展呈现出新的趋势，如收集范围全球化，保护体系整体化，研究利用规范化、产权化和垄断化等。

1. 作物种质资源收集从广泛收集向针对性收集转变

通过数十年的努力，全球作物种质资源收集已取得显著成效，约有740 万份种质资源收集保存于种质库（圃）中。未来的种质资源收集主要着眼于特异性和多样性种质资源收集，各国将通过国际交换主要收集种质库（圃）中缺乏的资源，或与现保存种质存在显著遗传差异的资源，重点瞄准含有新基因或特殊序列的种质资源；同时，作物起源中心或多样性地区的种质资源仍是今后的考察收集重点。

▲ 作物种质资源多样性形成的影响因素

主要研究方向包括取样策略研究、新物种和新类型的发现与研究、物种及其种群分布规律与起源演化研究、作物种质资源多样性富集中心与演化趋势研究等。

2. 作物种质资源保护从只重视数量向数量与质量同步提升转变

近年来，随着各种技术的不断进步，大多数国家建立了原生境保护与异生境保护相结合的标准化、规模化和智能化的保存体系。异生境保护包括长期库、复份库、中期库、种质圃等多种方式。同时，种质库保存方式也由原来以低温库保存种子，发展到现在低温种质库、试管苗库、超低温库、DNA 库等多种保存方式相互配套的现代保存体系，确保被保护种质资源的遗传完整性。目前中国建立了224 个原生境保护点，已走在原生境保护的世界前列。总体来看，种质资源保护呈现出从一般保护到依法保护、从单一方式保护到多种方式配套保护、从种质资源主权保护到基因资源产权保护的发展态势。根据已编目入库（圃）种质资源的特征特点，重点突出特异性与多样性种质资源保护，并以充分保障其遗传多样性、遗传完整性和生活力为前提，采取恰当的方式实现安全保护。

▲ 中国作物种质资源整体保护设施体系

经过近40 年发展，中国初步建成以国家作物种质库为核心，以中期库、种质圃为依托，以原生境保护点为互补的整体保护设施体系

主要研究方向包括农民、环境与作物种质资源协同进化规律和有效保护机制研究、种质资源安全保护的生理生化与遗传基础研究、种质资源保护的数量与质量同步提升规律研究、延长种质资源寿命的保护技术研究、保护过程中的遗传漂变研究，以及保护预警技术研究等。

3. 作物种质资源鉴定评价从全面鉴定向精准鉴定转变

近年来，表型组学的发展和表型鉴定设施的完善，显著提高了承载通量和测量通量，为种质资源的规模化鉴定评价提供了可能。澳大利亚、英国、法国、德国等国也都建立了国家级的作物表型精准鉴定平台，拜耳、科迪华、先正达等跨国种业公司也将表型组学鉴定平台作为种质资源精准鉴定评价的核心技术。同时，SNP 标记、基因芯片、重测序等技术被广泛应用于种质资源的基因型鉴定。高通量的表型和基因型鉴定，以及组学技术的普及大幅度提高了基因资源发掘效率，知识产权保护意识得到进一步加强。在种质资源的精准鉴定中，以满足粮食安全、绿色发展、健康安全、产业发展、人民美好生活向往、美丽乡村建设和科学发展的重大需求为导向，精准评判种质资源的可利用性。

▲ 作物种质资源品质表型鉴定

A. 利用近红外技术进行小麦品质检测；B. 燕麦种质功能成分检测；C. 小麦谷蛋白亚基检测；D. 大豆种子特异蛋白检测（A、B. 秦培友摄影；C. 杨欣明摄影；D. 谷勇哲摄影）

主要研究方向包括研发智能化鉴定评价关键技术，规模化精准鉴定和深度发掘优异资源和优异基因，开展重要目标性状与综合性状协调表达及其遗传基础研究，开展特殊类型种质资源（地方品种、骨干亲本等）遗传构成与利用效应基础研究等。

4. 作物种质创新从传统方法向新技术多目标转变

未来的种质资源将更强调规模化创制关键性状突出、遗传基础明确、育种家想用、育种中好用的突破性新种质，为育种取得新突破提供关键亲本材料。一方面，种质创新手段呈现多元化，除传统的远缘杂交、染色体工程、细胞工程、诱变、群体改良等手段外，近年来兴起的基因编辑技术、外源基因导入技术、全基因组选择技术等开始用于种质创新，甚至衍生出从头驯化、重新驯化、去驯化等种质创新形式。另一方面，除高产、优质、抗病虫、抗逆等重要目标性状外，绿色环保、资源高效、宜机化，以及功能型种质创新越来越受到重视，并且综合性状协调表达成为热点。

▲ 作物种质资源一级、二级、三级基因库分类和在种质创新中面临的难题及其解决方法

主要研究方向包括规模化种质创新新技术研发、基因聚合设计技术与遗传效应研究、目标性状基因高效检测与追踪技术与遗传效应研究、目标性状与综合性状协调表达技术与育种效应研究等。

5. 作物种质资源共享利用从发放资源向定向化服务转变

2004 年，国际上正式实施《粮食和农业植物遗传资源国际条约》（ITPGRFA），建立了一个种质资源获取和惠益共享多边体系；2007 年开始用条约统一的《标准材料转让协议》（Standard Material Transfer Agreement，SMTA）来分发种质资源。

▲ ITPGRFA 获取与惠益分享多边体系框架

未来的作物种质资源利用将围绕粮食安全、绿色发展、健康安全、产业发展、满足人民美好生活向往、美丽乡村建设和科学发展等不同需求，通过实施种质资源登记制度，开展种质资源实物和信息的定向服务，其目标是促进种质资源的有效利用，并实现惠益分享。

《作物种质资源学》是国内外第一部系统、全面阐述作物种质资源学科理论与实践的学术专著，它的出版将填补一个学科空白，促进本学科跨越式发展，强化种质资源专业人才培养，对种质资源事业的持续发展起到重要的指导作用，对作物遗传育种等其他学科的发展起到重要的支撑作用。《作物种质资源学》理论性、科学性、系统性和创新性强，可作为作物种质资源工作者的工具书、研究生教学的参考书，也可作为作物遗传育种和相关基础研究工作者的参考书。

本文摘编自《作物种质资源学》（刘旭主编. 北京：科学出版社，2024.6）一书“第一章 绪 论”“前言”“后记”，有删减修改，标题为编者所加。

审图号: GS京（2024）0039号

ISBN 978-7-03-077581-8

责任编辑：王 静 李秀伟 赵小林

作物种质资源学是研究作物及其野生近缘植物多样性及其利用的科学，涵盖多样性形成、保护、研究与利用的理论、技术与管理体系。本书首次构建了学科理论框架和技术框架，在结构上先以“绪论”为纲引领全书，以基本理论阐述继之作为理论指引，后续各章聚焦调查与收集、安全保护、表型鉴定与评价、基因型鉴定与基因资源挖掘、种质创新、多组学研究、大数据构建、共享利用、价值评估与产权保护和高效管理等种质资源工作链条上的关键环节的技术方法与重要进展。在写作上突出学术性与通俗性的有机结合，充分体现了学科发展的先进性和前瞻性。

本书可作为种质资源工作者的工具书、研究生教学的参考书，也可作为作物遗传育种和相关基础研究工作者的参考书。

（本文编辑：刘四旦）

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