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野生生物種質資源保護的進展和未來設想

發布時間:2021-04-22 09:04:27  |  來源:中國網·中國發展門戶網  |  作者:李德銖、蔡 杰 、賀 偉、楊湘云  |  責任編輯:孔令瑤
關鍵詞:生物多樣性,種質資源,遺傳資源,保護

中國網/中國發展門戶網訊  按照《生物多樣性公約》的定義,“遺傳資源”(genetic resources)是指有實際或潛在價值的遺傳材料,包括來自植物、動物、微生物或其他來源的任何含有遺傳功能單位和攜帶遺傳信息的材料。遺傳資源經過長期的自然選擇和變異,為人類提供了最初的食物、能源、醫藥、娛樂等物質材料,是人類社會賴以生存和發展的重要基礎。“種質”(germplasm)一詞出現在孟德爾遺傳學被生物學界廣泛接受之前,是指生物體親代傳遞給子代的遺傳物質。根據德國生物學家魏斯曼提出的有關遺傳物質的“種質連續學說”,種質能通過生殖細胞一代一代地連續傳遞。因此,種質資源有時被用作狹義概念上遺傳資源的同義詞。

本文采用了狹義的概念,將種質資源限定為具有生命力或再生能力的遺傳資源。隨著現代農業和生物技術的迅猛發展,利用種質資源有目的地改良動物、植物的性狀與品質,為人類解決糧食、健康和環境等重大問題提供了潛在的可能性。與栽培植物和家養動物相比,野生生物種質資源長期生存在自然狀態(野生環境),受到重視的程度不夠,絕大部分的價值尚未被人類發現;有一部分則與農作物、畜禽等有相近的親緣關系或是它們的野生祖先,其保留了栽培作物和家養動物人工選擇過程中丟失的優異性狀。例如,畜禽中的抗病性,作物中對病蟲害的抗性和作物在非生物逆境(如極端環境、旱澇等)下的耐受性。對于這些野生資源中相關優異性狀的充分認識及基因挖掘,將極大惠及種業創新工作。

由于人類活動和全球氣候變化對地球環境影響的不斷加劇,許多野生生物賴以生存的棲息地和生境遭受嚴重破壞,野生生物種質資源面臨著前所未有的危機,威脅著人類社會自身的可持續發展。在生物技術高度發展的今天,種質資源已經成為一個國家重要的戰略資源,也是衡量一個國家綜合國力的指標之一,關系到國家主權和安全。2020?年?12?月,中央經濟工作會議將解決好種子和耕地問題作為?2021?年?8?項重點任務之一。會議明確提出,要加強種質資源保護和利用,加強種子庫建設;要開展種源“卡脖子”技術攻關,立志打一場種業翻身仗。可見,種質資源既是發展種業的種源,也是人類社會可持續發展的根本。制定合理的種質資源保護策略,加強對生物多樣性的保護、維持和可持續利用,關系到國民經濟發展和社會穩定。

2021?年是我國“十四五”規劃開局之年,我國經濟社會發展面臨新形勢、新要求、新征程;同時,聯合國《生物多樣性公約》第十五次締約方大會(COP15)將在昆明舉行,共同商討?2020?年后全球生物多樣性框架。在此交匯點上,有必要回顧和總結我國野生生物種質資源已經取得的進展,并在此基礎上對我國野生生物種質資源保護的未來發展進行思考和謀劃,為我國在生態文明建設、種業和生物技術領域的關鍵核心技術實現重大突破提供科學支撐,為實現我國在?2035?年進入創新型國家前列的宏偉藍圖作出貢獻。

野生生物種質資源的保護現狀

生物多樣性保護與野生生物種質資源的保護密不可分。絕大部分為加強生物多樣性保護制定的各類政策、戰略規劃和實施的具體行動方案,都直接指導了野生生物種質資源的管理和保護。對野生生物種質資源采取的系列保護策略,則從生態系統、物種和居群(遺傳)的?3?個層次,體現了對生物多樣性保護的舉措。此外,傳統知識在野生生物種質資源保護的實踐中也非常重要,這也體現在生物多樣性保護的人文因素中。

野生生物種質資源就地保護與遷地保護

就地保護(原生境保護)和遷地保護是野生生物種質資源保護的兩大策略。就地保護除了保存種質資源實體外,也保留了其原生境和棲息地及伴生物種,并持續發揮生態系統的服務功能,在理論上來說是最佳的保護策略。然而,面對與日俱增的人為活動和全球變化,就地保護存在保護面積不夠、應對能力不足和關鍵物種不在保護地等一系列問題。在這種情況下,遷地保護作為另一種重要的方法,可以使野生物種的種源得到保存。傳統的遷地保護方法,如植物園、動物園、種質圃等,在保存稀有等位基因的有效性和增加物種的遺傳多樣性方面具有挑戰,且維護成本較高。一些特殊類型種質資源(尤其是動物)的保藏和繁殖存在很多困難,定期對這類資源進行更新也面臨著更多新的科學和技術問題,但通過低溫干燥技術建立的種子庫對野生植物種質資源進行保藏,被認為是當前性價比最高的遷地保護策略。對于動物資源,采用冷凍精子或冷凍胚胎等技術手段,或者分離培養原代細胞并凍存,也是一種可以采用的種質資源保藏策略。

國外野生生物種質資源的保護進展

20?世紀伊始,世界各國高度重視農作物種質資源的收集。進入?21?世紀后,不少發達國家將種質資源的收集保存、評價和挖掘利用進一步聚焦到野生物種。以植物為例,截至?2020?年底,全球建成的近?1?750?個種子庫中,保存了超過?600?萬份種質資源?。雖然絕大部分種子庫都是以農作物為保存對象,但在已保存的?5?萬—6?萬種植物中野生種仍然占據了絕大數量。美國國家植物種質資源庫(National Plant Germplasm System)保存了?16?162?種約?60?萬份農作物和野生植物的種子。英國皇家植物園(邱園)千年種子庫(Millennium Seed Bank)已在全球范圍內收集?39?681?種野生植物的種子,是全球保存物種數量最多的野生植物種子庫,并且牽頭開展全球農作物野生近緣種的收集保存。在歐盟第六框架計劃的支持下,歐盟成員國的?29?個種子庫聯合成立了歐洲本土種子保護網絡(ENSCONET),收集保存了歐盟地區的?11?515?種?63?582?份野生植物種質資源,包括該地區?75%?的農作物野生近緣種。澳大利亞的?12?個區域性種子庫和機構建成了種子庫聯盟(Australian Seed Bank Partnership),通過種子、組織培養和超低溫保存的方式,開展澳洲本土物種的收集,以補充植物園活體保存量的不足。近年來,亞洲各國加大了對野生生物種質資源收集保存的投入。例如:韓國于?2018?年建成了可儲存?200?萬份種子的白頭大干種子庫(Baekdudaegan Global Seed Vault);新加坡為加強東南亞地區的植物資源收集,于?2019?年建成該國的第一個種子庫(Singapore Botanic Gardens Seed Bank),保存能力達?25?000?種植物;泰國的國立種子保存設施也在積極籌建中。

絕大多數動物種質資源庫的保存對象是具有重要經濟價值的畜禽和水產品種資源。野生動物的種質資源保護主要還是以就地保護為主,但偶有系統的遷地保存機構,例如:美國加利福尼亞州圣地亞哥動物園的“冰凍動物園”(Frozen Zoo)自?1972?年以來,已成功收集保存將近?1?000?種野生動物超過?10?000?份的細胞株和精卵細胞;美國俄亥俄州辛辛那提動物園針對瀕危動物的種質資源進行了長期的保存和研究,并對犀牛、北極熊和貓科動物建立了較好的種質資源保存體系。

我國野生生物種質資源的保護進展

作為《生物多樣性公約》的締約國之一,我國政府自?21?世紀以來,更加重視生物多樣性的保護工作,成立了由國家領導人擔任主席的中國生物多樣性保護國家委員會,并且發布了《中國生物多樣性保護戰略與行動計劃》(2011—2030?年),明確了中長期戰略目標,劃定了生物多樣性優先保護區域,確定了一系列保護工作的優先領域和優先行動。黨的十八大以來,我國將“生態文明建設”納入總體發展布局,提出了建設美麗中國的愿景,對生物多樣性的管理逐步實現法制化,并出臺了系列法規、建成一批保存設施、實施資源和信息的共享。

(1)在政策法規方面。國家制定和完善了生物種質資源保護的相關管理制度和措施,先后頒布了《中華人民共和國野生動物保護法》《中華人民共和國種子法》《中華人民共和國野生植物保護條例》《中華人民共和國自然保護區條例》和《中華人民共和國生物安全法》等法律法規。根據《全球植物保護戰略》(Global Strategy for Plant Conservation2002—2010,2011—2020)制定了戰略方案和實施行動計劃,率先發布《中國植物保護戰略?2021—2030》,建成野生生物種質資源的管理制度和保護體系。同時,國家有關部門正在開展《生物遺傳資源獲取與惠益分享管理條例》立法工作,擬進一步規范生物遺傳資源獲取與惠益分享。新調整的《國家重點保護野生動物名錄》加大了對野生生物種質資源的保護和違法打擊力度,對重點保護野生植物的名錄更新工作也接近尾聲,相關法律制度正在修改完善。

(2)在生物多樣性編目方面。《中國植物志》中文版及英文版的全面完成,《中國動物志》和《中國孢子植物志》編研取得的進展,極大地提高了中國生物多樣性的認知水平和分類學的發展速度,初步摸清了我國生物物種的家底,但每年仍然有大量的新物種被發現和被描述。以維管植物為例,2000—2019?年,我國平均每年發現植物新種約?200個,占全球植物年增新種數的?1/10。我國西部和西南部的邊境地區,如西藏東南部、云南南部、滇黔桂喀斯特地區、新疆北部等地區,仍然有大量調查薄弱和空白地區。中國科學院生物多樣性委員會通過專家評審,收集整理最新的生物物種數據,每年匯編成《中國生物物種名錄》進行發布。在物種編目的基礎上,對中國高等植物、脊椎動物和大型真菌瀕危狀況的系統評估也陸續完成,為野生生物種質資源的保護提供了重要基礎數據。

(3)在就地保護方面。通過以國家公園為主體的自然保護地體系建設,推動了野生生物種質資源的就地保護。截至?2020?年底,我國自然保護地總數量達到?11?800?個,約占我國陸域國土面積的?18%,在某種程度上保護了我國?85%?的野生動物種群和?65%?的高等植物群落。

(4)在遷地保護方面。以中國科學院核心植物園為主建設的中國植物園體系,已收集保存各類植物活體植株超過?22?000?種,初步估計有?60%?的我國本土植物實現一定程度的遷地保護。國家和地方的各級農作物種質庫/圃也開展了農作物野生近緣種的專類收集保存。上述保存設施的建設和完善,在種質資源保護中發揮的作用日趨明顯。依托中國科學院昆明植物研究所建設的“中國西南野生生物種質資源庫”是我國唯一以野生生物種質資源保存為主的綜合保藏設施。截至?2020?年?12?月,中國西南野生生物種質資源庫已保存植物種子?10?601?種(占我國種子植物物種數的?36%)85?046?份,植物離體培養材料?2?093?種?24?100?份,動物種質資源?2?203?種?60?262?份,微生物菌株?2?280?種?22?800?份;其野生生物種質資源保存量居亞洲第一,全面完成國家發展和改革委員會批發的長期建設目標。

(5)在重大項目和平臺建設方面。種質資源作為科技創新和生物產業革命的基礎材料,除了持續開展資源的標準化、規范化和定向化收集保存外,也逐漸通過資源的整理整合和平臺構建,向開放共享和專題服務轉變。早在?20?世紀,國家科學技術委員會(現“科學技術部”)已意識到種質資源的采(收)集、整理、保存是科學研究與技術開發的重要資源和科技條件;自?1999?年以來,通過實施科技基礎性工作專項,以及科技基礎條件平臺建設,逐步推動并持續支持國內種質資源的調查和收集。2019?年度獲批的“中國主要沼澤濕地植物種質資源調查”“輕紡用野生纖維資源植物科學調查”“東北禁伐林區野生經濟植物資源調查”和“大別山區生物多樣性綜合科學考察”等項目,均涉及野生植物種質資源調查、采集和保存,并于?2020?年正式啟動。此外,由科學技術部牽頭組織的國家科技資源共享服務平臺,覆蓋了重要野生植物、農作物、林木、畜禽、水產、寄生蟲、微生物等生物種質資源庫館的建設,促進了相關領域的戰略聚焦、標準制定、資源整合和優勢互補,并通過共享平臺的構建,將分散的科技資源整理集中后,促進共享服務。例如,依托中國西南野生生物種質資源庫,以野生植物資源為保存對象的“國家重要野生植物種質資源庫”聯合全國?11?個科教機構的資源庫,在?2020?年底已儲存入庫的資源規模達?1.3?萬種?12?萬余份。2019?年依托中國科學院昆明動物研究所成立的“國家非人靈長類實驗動物資源庫”,加強了以獼猴、滇金絲猴等非人靈長類動物資源的收集保存,豐富了我國戰略生物資源和實驗材料的儲備量。中國科學院著力推進了“戰略生物資源服務網絡計劃”,旨在構建全院整體化資源體系,促進提升資源的科技支撐能力。截至?2020?年底,中國科學院?40?個研究所的?73?家生物資源庫館已匯集?735?萬份生物資源數據,其中種質資源的收集保存量達?64?萬余份,優勢明顯。

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