探秘种子“诺亚方舟”

来源：科技日报

科技日报记者 马爱平

从中国农业科学院东门进入，远远就能看到一栋现代化的白色建筑。建筑正面墙上，由“禾”与“重”组成的篆刻字——“种”格外醒目。这里，便是种子“诺亚方舟”——国家作物种质库。

作为保障国家粮食安全的“大国重器”，国家作物种质库总保存规模达150万份，可满足未来50年长期战略保存的需求。近日，记者走进这座全球保存容量最大的国家级农作物种质资源库，探寻其如何用硬核科技守护农业安全。

提升种质保存能力

20世纪80年代，我国著名作物种质资源专家董玉琛提出种质资源入库的技术路线，并主持建设国家作物种质库，使当时我国作物种质资源保存数量跃居世界前列。

然而，国家作物种质库最初的设计容量仅40万份，且保存方式单一。为了更好地实现种质资源的长期战略保存，2021年，国家作物种质库扩建，实现了从保存能力到技术手段的全方位跨越。

在5层楼高的种质资源库中，一间间宽敞明亮的库房里整齐摆放着贴上二维码、条形码的种子瓶、试管苗容器和液氮罐。“在这里，每个种类的种子都有自己的身份信息。”中国农业科学院国家作物种质库执行主任辛霞说。

国家作物种质库建有零下18℃低温长期库、零下196℃液氮超低温库、试管苗库和DNA库四大类库房，满足现有各类农作物种质资源保存需求。

在入库种子质量检测环节，过去，工作人员多依靠肉眼或显微镜观察种子外观；如今，CT扫描、电子传感器、光谱仪等无损检测技术被用于检查种子完整度、饱满度和活力状态。这不仅提高了检测效率，也减少了对珍贵种子的消耗。

在种子存取环节，记者看到，灵活敏捷的机械臂将装好种子、贴上标签的瓶子送至传送带，传送带上方的“蜘蛛手”会自动抓取瓶子放入种质箱，堆垛机则按照指令将箱子放到立体种子架上。

“以前，工作人员需要穿着棉衣在零下18℃的低温库里登高爬梯存取种子。现在，种子架从三四米调高到了10多米，存取过程全部由机器完成，库房空间利用率和存取效率都大幅提升。”辛霞说。

国家作物种质库见证了中国种业从追赶到并跑再到领跑的跨越。目前，以国家作物种质库为核心的保存体系已长期保存水稻、小麦、玉米、大豆等种质资源62万余份，总量跃居世界第一，为支撑我国种业科技高水平自立自强、种源自主可控提供了强有力的物质保障。

高效挖掘遗传信息

种质资源的保护不仅在于“存”，更在于“用”。面对海量的种质资源，如何高效挖掘其蕴含的遗传信息，是摆在科研人员面前的核心课题。

在农业农村部安排下，国家作物种质库启动了种质资源基因型和表型精准鉴定工作。

辛霞介绍，在种质资源精准鉴定方面，科研人员已完成了42.8万份农作物种质资源的基因型鉴定和6.3万份核心资源的表型精准鉴定，鉴定挖掘出优质多抗小麦、抗茎基腐小麦、大粒多穗小麦、耐旱玉米、耐密高产宜机收玉米、高油高产大豆、抗孢囊线虫大豆和耐盐水稻等优异种质。

在精准鉴定的基础上，2025年5月，中国农业科学院作物科学研究所牵头，联合国家作物种质库等相关单位，共同发起作物种质资源“天书计划”2.0。

中国农业科学院作物科学研究所所长周文彬介绍，“天书计划”2.0将组建覆盖水稻、小麦、玉米、大豆四大粮食作物95%以上多样性的核心种质群体，创建“基因型+表型+环境型”标准数据集，建立作物基因资源库，推动形成“资源—数据—挖掘—设计”一体化育种体系。

依托国家作物种质库等创新平台，科研团队在挖掘优异基因和培育重大新品种方面取得了一系列突破性进展。

在基础研究层面，科研团队成功组装了我国小麦育种史上代表性品种的高质量基因组，厘清了小麦基因组变异规律与品种演替脉络；克隆了调控水稻高产的关键基因，并阐明增产应用机制，锁定了水稻高产育种核心靶点；先后破解了籼粳稻杂种不育、水稻穗粒数调控、玉米籽粒营养转运等多项关键分子机理。这些成果为作物分子设计育种、高产优质新品种培育提供了全新理论依据和技术方案。

前瞻布局多个领域

在全球气候变化加剧、极端天气频发的背景下，农作物抗病、抗旱、耐盐碱、耐高温等性状的重要性日益凸显。发掘和利用优异基因资源，正在成为国家作物种质库布局的重要方向。

辛霞介绍，农作物野生近缘种作为作物育种的“天然基因库”，蕴藏着抗病虫害、抗逆性等优良基因。通过与野生近缘种杂交可以将其优良基因转移到栽培种中，从而提高作物产量，增强作物应对气候变化等恶劣环境条件的能力。

为此，国家作物种质库已牵头完成2.4万份野生稻种质资源全基因组重测序，精准挖掘抗病虫、耐逆等优异等位基因385个；对野生稻种质资源的基本农艺性状、产量性状、品种性状、抗稻瘟病、耐冷等15个农艺性状进行精准鉴定，筛选全生育期耐盐、抗褐飞虱、抗稻瘟病等具有重大育种潜力的野生稻骨干亲本100余份，解析了野生稻重要性状的分子遗传机制，为水稻遗传改良与国家种源安全提供了核心种质资源与理论支撑。

正如中国科学院院士钱前所说：“种子是农业的芯片，种质是芯片中的芯片，种质库是遗传育种的‘人才库’。”在这座种子“诺亚方舟”里，每一粒种子都承载着一个未来的可能，每一项技术突破都在为端牢中国饭碗增添一份底气。