原标题：小种子 大世界
“一粒种子可以改变一个世界，一项技术能够创造一个奇迹。”植物种质资源是在不同生态条件下经过上千年的自然演变形成的，蕴藏着各种潜在可利用基因，是一个国家的宝贵财富，同时也是人类繁衍生存和发展的物质基础。
作物育种的成效良好，往往是由于找到了具有关键性基因的种质资源。大家耳熟能详的杂交水稻，正是基于袁隆平院士发现的野生稻雄性不育株“野败”，一举解决了十几亿人的吃饭问题；同样，美国孟山都公司的高产基因大豆的研发材料来自于中国的野生大豆，经过发掘获得了高产基因专利，其专利保护范围遍布全球101个国家和地区，取得了巨大的经济和社会价值。
种质危机敲响警钟
我国大田作物品种由过去的数千种减少到现在的几十种，作物品种的锐减可能存在着巨大危机，一方面容易导致近亲繁殖，使本来具有优良性状的品种逐渐失去优势甚至衰败，另一方面一旦遭遇自然灾害，其损害可能是毁灭性的。
1846年，爱尔兰遭受马铃薯晚疫病侵害，造成大约50万人饿死。1964年和1999年，我国大面积推广的高产小麦品种“碧玛1号”突发锈病，均造成一定程度的小麦减产。可见没有生物多样性的支持，没有新基因的导入，高产新品种也会逐渐走向衰退。地方品种及其近缘野生物种的灭绝，可能会丧失了许多可供使用的优良基因，使优良品种的培育越走路越窄，人类的生存也会受到威胁。
有鉴于此，世界各国开展了种质资源库建设。种质资源库是用于保存适合低温贮藏正常型种子的理想设施，是作物种质资源长期保存与研究的中心，能保持种质活力和遗传稳定性。为了避免种质危机，种质资源库就是人类打造的一艘艘保存种子的“诺亚方舟”。上世纪50年代以来，美国、日本等国相继建造了用空调设备控制温湿度环境的贮藏室。据联合国粮食及农业组织统计，2010年全球建成1750余个种质库（圃），收集保存种质资源740万余份，其中90%是以种子形式保存于低温种质库中，其余10%是以植株形式保存于种质圃，或以离体形式保存于试管苗库或超低温库中。
中国从1975年起筹建种质资源库，1986年建成了国家作物种质库，其保存容量40万份。今年我国正在加紧建设新的国家作物种质资源库，建成后可保存150万份种质资源，保存能力将位居世界第一。
随着种质资源保存作物种类和数量剧增，以及保存时间的延长，种质安全保存问题日益突出。由于库存种子的活力下降不可避免，并且缺乏活力监测预警技术，导致无法及时发现活力过低的种质资源。如美国国家库监测发现其保存16年至81年活力的4.2万份种子，平均发芽率从初始的91%降低到58%。有报道指出，美国个别种质资源库，多达50%的原始种质样品已丧失活力或更新后发生了遗传漂变。
种质库不能高枕无忧
种子的贮藏期限与一般农副产品一样，受到自身水分、贮藏温湿度等因素影响。种质资源库在接收种子后，对种子进行清选、生活力检测、干燥脱水（5％至7％）等入库保存前处理，然后密封包装存入-18℃冷库。其中种子含水量和贮藏温度是影响种子贮存寿命的两个最重要因子，适当降低种子含水量和贮藏温度均可有效延长种子寿命。
对于种质资源库来说，建立安全有效的种子干燥系统是提高种子贮藏质量和确保种子长期保存的重要保证。然而，长期以来受干燥技术和脱水方法的限制，业界普遍认为贮藏种子不宜太干，理论界将5％至7％的含水量定为种子安全含水量下限。
种子超干贮藏是上世纪80年代末期兴起的研究热点，旨在探索种子含水量降低到传统下限以下但仍有效保持和提高种子活力的干燥技术。此项技术能大幅度降低建库和维持库运转的费用,具有巨大的经济效益和应用前景。目前，超干贮藏种子的研究涉及到大约50多个物种，大多为蔬菜、瓜果、豆类、谷物、药用植物和树木的种子。比如银合欢种子超干含水量为4%左右最合适（公开号：CN103229762A）；桔梗种子超干含水量控制在3%至4%，能够有效提高种子的贮藏能力和生活力（公开号：CN106416505A）。
目前许多研究指出，某些蛋白质类作物种子并不适合超干贮存，建议将种子超干研究改为种子最佳含水量研究，只有当种子含水量最佳时，其寿命才能被最大程度地延长。比如蔡春菊等研究贮藏温度直接影响毛竹种子贮藏最适含水量,4℃和25℃贮藏条件下毛竹种子保存的最适含水量分别为7.45%和6.46%。公开号为CN109566605A的专利申请公开了独活干燥种子采用含水量为10％至12.5％进行储藏能够提高保存时间等。因此，依据不同种子耐干燥特性，系统地研究各种作物最佳的干燥条件和方法是延长种子寿命的关键。
此外，保存温度也是影响种子寿命的关键因素之一。根据不同的保存温度和贮藏期，可以将种质资源库分为：短期库，库温控制在10℃至15℃（保存5年左右）；中期库，库温0℃至10℃（15年以上）；长期库，库温在-10℃至-20℃（50年至100年）。虽然低温库可以大大延长种子的寿命，但是种子的活性仍会缓慢下降直至消失。而在更低温度如超低温保存（-196℃）下活细胞内的物质代谢和生命活动几乎完全停止，生命物质处于非常稳定的生物学状态，故贮藏期间不可能发生遗传状态的改变或形态潜能的丧失，因此超低温保存被认为是“永久”保存生物样品的理想方法。
专利助力超低温库
目前，美国、俄罗斯、法国等国已建立了植物种质资源超低温库。我国已初步建立了超低温保存技术体系，但尚未建立超低温保存库，主要原因是超低温保存技术门槛高、普适性差、研发周期长。
超低温保存的技术关键点主要在于低温保护剂及降温、复温方式等。而低温保护剂是其中最关键的技术。目前新出现的一些超低温冷冻保护剂可以对作物种质资源超低温保存提供借鉴。
一是纳米碳点。碳点是一种尺寸在10纳米以下的分散性极好的纳米材料，它能够吸附在冰晶表面，抑制冰晶再生长，极大地提高了细胞的恢复率（公开号：CN111248190A）。
二是液体金属。液体金属及其合金具有良好的导电性和导热性，有助于抑制复温过程中的重结晶，提高冷冻复苏率（公开号：CN108967416A）。同时液氮金属变成纳米颗粒时，会进一步提升解冻效率（公开号：CN110839613A）。
三是微米颗粒。研究者发现微米颗粒加入细胞保存液体系后，微米颗粒的存在不仅提供了低温冻存降温过程中异成核点，而且在升温过程中可有效地抑制冰晶生长，使得细胞低温冻存能够获得较高的存活率，且易于从冻存体系中去除（公开号：CN108271770A）。
2021年中央一号文件指出，加强农业种质资源保护开发利用，对育种基础性研究以及重点育种项目给予长期稳定支持。“十四五”规划纲要也提出，加强种质资源保护利用和种子库建设，确保种源安全。
怎样才能打好种业保卫战，解决“卡脖子“问题？笔者认为，种质安全保存是关键的一步。未来，有关部门还需不断对关键因素和不同种质保存方法进行系统研究，提供通用的保存方法，结合大数据分析，指导和促进种质保存技术的发展。（曹猛猛 江笑丹）
（编辑：梁艳超）