在國(guó)家野生棉種質(zhì)資源圃里，棉花研究所研究員劉方在介紹野生棉搜集、保存和利用的故事。

 

　　冬末春初，在北方的大街小巷，還隨處可見(jiàn)穿著棉衣的行人。在如此日常的生活場(chǎng)景背后，卻很少有人知道，在我國(guó)，其實(shí)75%的棉花品種都會(huì)經(jīng)過(guò)南繁的“洗禮”。棉花本身也并非原產(chǎn)于中國(guó)，而是漂洋過(guò)海的“舶來(lái)品”，起源于非洲、澳洲和美洲等地。

 

　　雖然并非起源地，但如今，我國(guó)的棉花育種已經(jīng)處于國(guó)際一流水平，眾多優(yōu)異的野生棉種質(zhì)資源被保存于國(guó)家野生棉種質(zhì)資源圃（以下簡(jiǎn)稱“資源圃”），在科研人員的合力攻關(guān)下，正影響著中國(guó)棉花的未來(lái)。

 

　　種質(zhì)資源的“避風(fēng)港”

 

　　棉花的起源地并非中國(guó)，這也意味著大多野生的棉種難以在我國(guó)找到合適的生長(zhǎng)環(huán)境。因此，為了將種質(zhì)資源完好地保存下來(lái)，科學(xué)家們需要?jiǎng)?chuàng)造條件，建起能夠滿足野生棉生長(zhǎng)條件的資源圃。

 

　　自上世紀(jì)80年代起，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的專家們就為保存這些自國(guó)外考察收集和引進(jìn)的種質(zhì)資源而四處奔走選址，最終選擇了我國(guó)位于北緯18度的熱帶地區(qū)——三亞。“從陵水到保亭再到樂(lè)東以南這片區(qū)域，氣候和溫度都與大部分野生棉的原生境接近，是最好的活體保存地。”中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所研究員、資源圃常務(wù)副主任劉方說(shuō)，“中間陸陸續(xù)續(xù)又?jǐn)U建了幾次，現(xiàn)在已經(jīng)非常完善了。”

 

　　劉方介紹，目前全球已知共有54個(gè)棉種，但有些棉種只有標(biāo)本或者記錄，實(shí)際上還存有活體的野生棉只有40多種。“我們的資源圃目前保存了來(lái)自美洲、澳洲、非洲等地的39種野生棉，占全世界可收集野生棉種類的80%以上，基本涵蓋了所有原產(chǎn)地，是全球最大、最全的野生棉活體保存種質(zhì)圃，收集保存資源棉種數(shù)和雜種數(shù)均居世界第一。”

 

　　為什么活體保存如此重要？因?yàn)閷?duì)野生棉來(lái)說(shuō)，和保存種子相比，活體保存既可以保留物種的多樣性，同時(shí)還可以研究環(huán)境變化之后這些野生棉的生存狀況。這些野生棉種質(zhì)資源中有一部分由國(guó)際合作引進(jìn)，但大部分還是科學(xué)家們走遍全球，前往夏威夷群島、巴西東北部、澳大利亞、厄瓜多爾的加勒帕戈斯群島等地艱苦考察收集而來(lái)。

 

　　“隨著生物信息學(xué)的迅速發(fā)展，團(tuán)隊(duì)也正準(zhǔn)備搭建一個(gè)實(shí)物共享與信息共享的綜合利用平臺(tái)，以后育種家及國(guó)內(nèi)外研究人員可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲得資源圃野生種質(zhì)材料的照片、性狀、保存狀態(tài)、基因組成等詳細(xì)信息，使這些野生種質(zhì)資源得到更充分更廣泛的利用。”劉方說(shuō)。

 

　　棉花品種的“大觀園”

 

　　“糧安天下，棉促文明。糧食解決了人類的溫飽問(wèn)題，而棉花在人類文明發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步中起到了關(guān)鍵推動(dòng)作用。”提起棉花，劉方充滿熱愛(ài)：“它的作用十分重要，不僅可以御寒，還在一定程度上促進(jìn)了全球文明史的發(fā)展，比如說(shuō)工業(yè)革命中，是紡織業(yè)點(diǎn)燃了第一把火，提升生產(chǎn)力，而且棉花還是全球紙幣制造不可或缺的原材料之一。”

 

　　走進(jìn)資源圃，就仿佛走進(jìn)了具有熱帶風(fēng)情的“小花園”，這里的野生棉姿態(tài)各異，與日常生活中我們看到的棉花不同。有的與路邊的高大樹(shù)木無(wú)異、有的茂盛如灌叢、還有的匍匐在地，錯(cuò)落有致，每一種都有獨(dú)特的編號(hào)。

 

　　而當(dāng)記者近距離觀察，還能看到像手一樣的三裂棉、三葉草形狀的司篤克氏棉……斯特提棉形似牽?；?，是一種產(chǎn)自澳大利亞中部的野生棉花，生長(zhǎng)在荒漠中，因此也曾被稱為“沙漠玫瑰”；毛棉表層有一層蠟質(zhì)絨毛，只在夏威夷群島上存在，有許多不同的形態(tài)，有些生長(zhǎng)在海水中，耐鹽堿性非常高。

 

　　野生棉對(duì)自然環(huán)境的需求各異，有的喜歡水，有的需要旱。比如旱地棉，適應(yīng)干旱的環(huán)境，不澆水就可以正常開(kāi)花結(jié)果，水分充足反而不能結(jié)果。因此，資源圃鋪設(shè)了滴灌管，根據(jù)野生棉的不同特性對(duì)它澆水、施肥、打藥，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)栽培，讓棉花“優(yōu)生優(yōu)育”。

 

　　除了野生棉之外，資源圃中還保存著人類馴化的主要品種，談?wù)撈疬@些，劉方如數(shù)家珍：“當(dāng)前一共有四個(gè)人工栽培馴化的棉種，分別是草棉、亞洲棉、陸地棉、海島棉。草棉源于非洲南部，后來(lái)在西亞兩河流域被人進(jìn)一步馴化后向全球擴(kuò)展；陸地棉主要在墨西哥尤卡坦半島，適應(yīng)性好、產(chǎn)量高；新疆長(zhǎng)絨棉就是海島棉，纖維長(zhǎng)，拉力好……現(xiàn)在全世界生產(chǎn)中99%是陸地棉和海島棉。”

 

　　劉方還在搜集野生棉種質(zhì)資源的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象，克勞茨基棉與戴維遜氏棉是近緣姊妹種，親緣關(guān)系非常近，本應(yīng)生長(zhǎng)在接近的區(qū)域中，如今卻遠(yuǎn)隔重洋，耐人尋味。

 

　　育種研究的“基因?qū)殠?kù)”

 

　　“隨著人類栽培技術(shù)和育種技術(shù)的發(fā)展，棉花的特點(diǎn)越來(lái)越明顯，高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)棉花品種不斷出現(xiàn)，但同時(shí)，這些栽培棉花也越來(lái)越同質(zhì)化，遺傳資源越來(lái)越狹窄。這意味著，整個(gè)棉花產(chǎn)業(yè)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力在降低，而野生棉花中保留著大量?jī)?yōu)異的基因，有的耐鹽堿性很強(qiáng)、有的抗冷、有的抗蟲(chóng)、有的抗病性高，這些特殊的性狀和基因，是現(xiàn)代育種不可缺乏的材料。”中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所海南科研中心負(fù)責(zé)人劉記介紹。

 

　　如今，野生棉已經(jīng)成為我國(guó)棉花基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究資源的主渠道。資源圃的重要功能是保存、鑒定和創(chuàng)新利用野生種質(zhì)資源的優(yōu)異性狀，并將其導(dǎo)入栽培品種中，來(lái)改良現(xiàn)有的品種。“比如瑟伯氏棉抗冷性很好，對(duì)解決新疆棉花生產(chǎn)的倒春寒和秋季極端冷空氣侵襲有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。澳洲棉有抗病基因源，對(duì)棉花生產(chǎn)上抗黃萎病育種有很好的利用價(jià)值。棉花本身抗鹽堿性很好，是改良土壤的好作物。”劉方介紹。

 

　　在挖掘野生棉種質(zhì)資源“基因?qū)殠?kù)”的過(guò)程中，科研人員需要不斷攻克各種難題。一方面是要解決部分棉種“水土不服”的問(wèn)題。有的野生棉在原生境正常開(kāi)花結(jié)果，但到了這里就很難開(kāi)花結(jié)果，需要科研人員通過(guò)人工輔助授粉、扦插或嫁接的方式來(lái)進(jìn)行繁殖。另一方面，還要不斷提高資源圃抵御自然災(zāi)害的能力。2012年臺(tái)風(fēng)來(lái)襲，導(dǎo)致一個(gè)棉種植株全部死亡，因此資源圃在2015年新建成了4個(gè)溫室，將室外活體種質(zhì)資源在溫室中復(fù)制保存了一套，并在內(nèi)外都設(shè)置了可以聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有材料的生長(zhǎng)狀態(tài)。

 

　　“我們想培育出適宜機(jī)械化生產(chǎn)的棉花新品種，平時(shí)就圍繞棉花的株高及生育期做一些基礎(chǔ)性研究，再發(fā)掘矮化基因，如果成功的話，可以為農(nóng)民減負(fù)。”劉記說(shuō)，研究人員已經(jīng)找到了2個(gè)關(guān)鍵基因，它們?cè)谵D(zhuǎn)入棉花后，會(huì)表現(xiàn)出株高變矮、側(cè)枝短、開(kāi)花提前的性狀，目前正處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

 

　　此外，棉花是改良鹽堿地的先鋒作物，但目前的抗鹽堿性是有極限的，并不是所有的鹽堿地都能種。育種家們正在利用一些野生棉的耐鹽堿基因，育成耐鹽堿性更強(qiáng)的棉花品種，這對(duì)未來(lái)改良鹽堿地，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、糧食安全都有非常重要的意義。