世界粮食和农业植物遗传资源概况

娄希祉

(中国农业科学院作物品种资源研究所,北京 100081)

 

摘要 本文重点介绍世界粮食和农业植物遗传资源的多样性状况、原生境与非原生境保存、研究利用,以及培训、资金和利益分享等方面的问题。

关键词 粮食和农业植物遗传资源 保存研究 利用

 

随着人口的迅速增长,粮食问题已成为世界各国普遍关注的重大问题。为了突出植物遗传资源在解决粮食生产中的地位和作用,联合国粮农组织大会第二十八届会议第3/95号决议,植物遗传资源委员会已改成粮食和农业遗传资源委员会,我们常用的植物遗传资源,相应改为粮食和农业植物遗传资源(简称植物遗传资源,中国称为作物种质资源)。预计今后30年内,世界人口达到85亿。要解决这么多人的吃饭问题,一个最为有效的途径是充分研究和利用各种优异植物遗传资源,培育出适应各种不断改变环境条件下的优良品种,并能稳定产量和改善品质,就有可能适应人口不断增长对粮食的需求。因此,世界各国都把科学保护和充分利用植物遗传资源,作为关系农业持续发展,保障粮食安全的一项最重要的大事来抓。

1 作物多样性基本状况

植物遗传资源是生物多样性的重要组成部分,是地球上有机物质的第一生产者,它养育着人类,并为地球上各类生物提供孕育繁衍的良好环境。因此,毫不夸张地说,植物遗传资源是一个国家拥有财富中最有价值、最有战略意义的宝贵财富。从全球范围看,谷类作物提供了粮食需求量的大部分。仅稻谷、小麦和玉米这三种作物,就提供了食物能量供应量的56%(水稻26%、小麦23%、玉米7%)。但是,我们也应看到,一些种植面积不太大的作物,如高粱、谷子、马铃薯、甘蔗、甜菜、大豆、甘薯、菜豆、香蕉和大蕉,在一些国家或地区,却占有相当重要的地位。在全球仅占1.6%的木薯,却占中非地区植物源热能供应量的一半以上。它为世界亿万贫穷人民提供主粮,可惜在研究和利用方面得不到较大的支持。小麦是世界上收集种质资源最多的作物,有78.45万份,其次为大麦48.5万份,稻谷42.05万份,玉米27.7万份,菜豆26.85万份,大豆17.45万份,高粱16.85万份。从地方、国家或区域长远发展需要考虑,对一些有发展前景,但研究利用不充分的作物,应较早的给予重视。我们知道,每一种作物,都有一个或一个以上的原产地驯化中心,通常也是该作物主要的原生境多样性中心,这些作物与其野生亲缘种之间基因的不断流动,奠定了其作为新变异来源的重要性。同一作物的不同品种能在不同地点驯化,也有在不同地点对同一作物独立地进行驯化,因而在某些情况下,难以确定原产地中心。这里值得提出的是,次要多样性中心对某些作物也非常重要,例如菜豆、玉米和木薯等品种,自拉丁美洲引种以来,已经非洲国家进化形成和由农民培育成重要的多样性。从历史上看,一个国家的作物种类再多,也不可能不依靠其他国家作物品种资源的供应。木薯、玉米、花生和菜豆等作物,原产拉丁美洲,现已成为非洲撒哈拉地区许多国家的重要粮食作物,这充分说明了各国在作物品种方面的相互依赖性。木薯目前是31个国家2亿人的主要食物。我国目前的主要栽培植物大约有600种,有一半左右是从国外引进的。这一事实也告诉我们,没有国外引种,就不可能有今天种类这么多的粮食、果品、蔬菜、用品、药品和工业原料,因此,世界各国应在平等互利的情况下,互通有无,这是农业生产和人类进步的迫切需要。

2 植物遗传资源的原生境管理

植物遗传资源目前仍受到严重威胁,它的丧失将影响到我们每一个人,并涉及到子孙后代的粮食安全和可持续发展。因此,做好原生境保护具有十分重要的历史意义。按照《生物多样性公约》的解释,原生境保护是指保护生态系统和自然环境以及维持和恢复物种在其自然环境中有生存力的群体。对于驯化的栽培品种而言,其环境是指它们在其中形成明显特性的环境。目前粮食和对粮食有重要价值的植物遗传资源多数处于现有保护区之外。不少国家,农民保存和种植原始栽培品种,其结果是对植物遗传多样性进行了保护。在一些地方,农民有意识地选择各具特色的品种,不断改良和培育了粮食和农业植物遗传资源。在埃塞俄比亚,通过该国的生物多样性研究所与非洲存活种子计划合作进行的一个项目,在农场保存最重要的粮食作物的原始栽培品种,如泰富小米、大麦、鹰嘴豆、高粱和蚕豆;在菲律宾,非政府组织“海福与保存”同棉兰老岛的140位农民“保管员”进行合作保存和试验稻谷品种;欧共体最近制定了对农场保存措施提供财政支持的立法。在多数小农居位的边际地区,加强粮食和农业植物遗传资源的农场管理与改良,是改善农民生计、保持乡村人口和防止土地退化的战略措施。这类努力是利用现有人力资源等条件,培育和改良当地种植作物品种的有效环节。良好的协调机制,对促进农业地区参与植物遗传资源的管理,尽量扩大原生境与非原生境保存活动的互补性效益是非常重要的。许多事例说明,地方品种因战争、内乱和自然灾害等原因而丧失。在这种情况下,许多农家被迫迁移,将作物遗弃在田间,失去下一季播种用的种子。因此,及时提供适合当地种植的种子,可在恢复农业生产方面起到重要作用。据国际热带农业中心估计,在卢旺达,从该区域之外引进的品种往往赶不上当地传统品种,有的还会大大降低产量。为此,需要帮助卢旺达找回原产本地的品种。国际农业研究磋商小组的若干中心合作查明了贮存在该国之外的基因库中的卢旺达原始栽培品种,并繁殖菜豆、高粱、谷子和玉米品种,返回给农民种植。这样做既增加了粮食供应量,又减少了所需费用,且有利于建立可持续农业发展。目前这种办法是在临时和自愿的基础上进行的。以往在处理悲惨事件时,根本没有对粮食和农业植物遗传资源作出反应。联合国粮农组织最近有关种子安全的活动,通过农场生产种子,分配给当地农民和邻近地区,真正把地方品种的保存与利用联系起来。这种方式可以确保,以较低的费用为紧急种子需要作出迅速反应,也能实现当地作物遗传多样性的保护。

3 植物遗传资源的非原生境保存

70年代和80年代期间,全世界基因库的数量和非原生境收集品的规模大量增加。70年代初期基因库数量不到10个,保存的种质资源可能有50万份。以后基因库的数量迅速增加,目前世界信息和预警系统数据库中记录了共有1300多个基因库,大约贮存了610万份品种资源,包括贮存在实地基因库的大约52.7万份。在基因库所有资源中40%以上是谷物,食用豆类约占15%,蔬菜、块根、块茎、水果和饲草各占10%以下,药用、调料、香料和观赏品种,在公共的长期种质库中很少发现。从类型上看,有48%是高级栽培品种或育种者品系,36%是原始栽培品种和古老栽培品种,14%是野生或野生亲缘种。中国、希腊、土耳其和许多南部非洲国家的种质库中,主要是当地材料。相反,美国非原生境种质库中仅有19%的当地材料,巴西也只有24%的当地材料。谷物原始栽培品种可能比豆类、多数块根作物、水果和蔬菜(马铃薯和番茄可能例外)更齐全,野生亲缘种收集范围很窄,许多饲草的收集面不足。全球种质资源非原生境库存数量排列名次是:中国31.8万份、美国26.8万份、俄罗斯17.77万份、日本14.61万份、印度14.41万份、韩国11.56万份、德国10.3万份、加拿大30万份、巴西6万份。目前多数国家缺少长期非原生境贮存和保存植物遗传资源的设施,特别是世界上最大基因库的俄罗斯瓦维洛夫研究所的基因库,没有长期贮存条件。国际农业研究磋商小组的12个国际基因库和区域基因库,也没有长期贮存设施。总体上说全世界有多一半种质资源,得不到长期、安全保存。建于70年代和80年代的一些基因库,东道国和捐助国没有或很少继续进行财政支持,其中有的已经关闭,有的难以维持。至于设备维修、更新和必要的繁殖更新就更加困难。经观测,就是在最佳非原生境贮存条件下,种子的存活力也会有不同程度的下降,需要繁种更新进行替换。据联合国粮农组织估计,目前多达300万份种质资源需要重新繁殖。在计算机数据管理方面,做得比较好的有:美国、加拿大、日本、中国、印度、巴西、埃塞俄比亚和肯尼亚,他们有完全计算机化的文献系统和相当完整的种质资源数据。但世界上大约有80—95%的种质资源缺少性状和评价资料。这就是说,包括我国在内的一些种质资源比较多的国家,在表型和深入评价方面,以及计算机数据管理方面,还有大量工作要做,以促进种质资源的合理利用。

4 植物遗传资源的扩大利用

一般来说,大多数基因库中的种质,没有经过充分的特性描述和较深入的基因评价,因而利用率太低,保存费用过大,未能实现其应有价值。尤其是在栽培主要作物经济效益不高地区,许多利用不足的植物具有更加广泛的利用潜力,采取措施促进这些作物的利用,对粮食安全、农业生产多样化和增加收入具有重大社会经济意义。随着社会的发展,需要不断提高粮食产量和质量。多数国家当务之急是利用现有优异种质资源增育出新的高产优良品种,但进展不快。据中国报告,目前只有3—5%的种质资源得到不同程度利用。然而这些利用比例不高的种质资源却产生了较大社会经济效益。从各国植物遗传资源利用率不高的限制因素来看,主要是缺少深入研究,文献信息交流不够,特别是国家一级的政策协调不当,基因库与种质用户之间缺少紧密联系。当前,世界各国都比较重视作物品种的改良,有计划、有目标、有经费,并采用生物技术与常规技术相结合的办法,从而使作物育种在提高全球农业生产率方面获得了巨大成功,当然;现代作物育种的效果在不同区域并非一致。绿色革命使亚洲的稻谷和小麦单产大幅度提高,但在非洲就未获得成功。要想在非洲等地也获得较大效果,必须针对当地生产条件,选出适宜当地生长的优良品种,再配合有效的栽培技术。作物育种者和农民要通力协作,互相配合,充分发挥各自的优势,就会产生意想不到的成果。作物育种者的优势是,具有种类繁多的种质资源多样性、熟悉育种知识和育种方法,农民熟悉当地生产条件,有种植经验,且能对品种提出具体要求,相互分工合作,就会产生事半功倍的效果。据国际半干旱热带作物研究所科学家报告,农民参与该所珍珠粟育种,产生了令人鼓舞的效果,不仅提高了育种计划的潜在效益,而且降低了成本,并有利于加速推广。当前,发展中国家的种子生产和分配,主要是国家有关部门,但在欧洲和北美,主要作物的种子生产和分配,逐渐成为私营部门的活动。在许多发展中国家,正规种子行业(私营或政府)的规模有限,不能满足农民整个用种的需要,农民只好自留自用或相互交换。特别是一些边远地区,自然灾害频繁,他们习惯种植遗传杂合作物,以减少歉收的风险。为此,今后需要加强有关遗传杂合作物潜力的研究,包括种内多样性和种间多样性的研究。农产品市场上的多样性,正在日益被一致性所取代。不管出于什么原因,这一问题应引起人们的重视。在发达国家和发展中国家,都应提出鼓励措施,使广大农民继续种植独特的地方品种和生产多样性丰富的农产品。当然,要发展生物多样性丰富的粮食作物,必须开拓专门的小市场,鼓励农业供应商、粮食加工商、食品销售商和各种零售渠道,为多种多样的食物、品种和产品进入小市场,只有这样,就可以让农民种植当地品种、老式品种,以及其它利用不足的粮食作物。

5 植物遗传资源的协调和利益分享

建立强大的植物遗传资源国家计划,是区域和全球活动的基础。目前没有强有力国家计划或没有长期贮存设施的国家,常常是那些粮食安全最紧迫的国家。而他们在农田和野外,拥有丰富多样的植物遗传资源,这是今后需要重点支持的地方。全世界已有59个国家,建立了国家植物遗传资源委员会。摩洛哥、印度尼西亚、马来西亚和柯斯达黎加,主要不是依赖正式机构而是依赖协调机制。目前只有很少国家计划具有法律保证,更缺少财政支持。许多发展中国家在所有科学和技术专业方面,明显缺乏受过良好训练的人员。大学计划和各

种机构提供的短期培训通常不能满足要求。而且,技术培训和实际应用结合不好。各国政府和机构,应致力于为现有工作人员提供培训和高等教育机会。应当鼓励发达国家和发展中国家的学术机构之间,进行合作以及有关的培训。使用交互网(Internet),进行专业交流和获

得数据和信息。通过适当的机制获得利用植物遗传所产生的利益,是《国际约定》和《生物多样性公约》的主要目标。联合国粮农组织,按照国家对植物遗传资源拥有主权这一原则,编写了《国际种质收集和转让行为守则》。规定了参加国应当遵守的标准和原则,并提出了分享利益的若干机制。显而易见,农家品种和野生亲缘种,对今天许多国家的现代品种作出了贡献。如果没有甘蔗、西红柿、烟草等一些作物的野生亲缘种,对抗病性作出的贡献,就不可能以较大的商品性

规模来种植这些作物。但是从事保存和培育粮食和农业植物遗传资源的人员(包括农民),没有得到与来自其田地的种质价值成正比例的利益。目前许多国家和这些国家的农民,通过植物遗传资源的利用,从新品种的培育推广中获得利益。但一些边缘地区的农民,很少从植物

遗传资源中得到可观的利益。据测算全世界每年需要3亿美元,用于保存、开发和利用植物遗传资源。但是,不能简单地用这样的数字表示利益分享的一个数额,因为它只涉及利益分享的一个方面,而利益分享问题,包括同植物遗传资源有联系的许多活动。保护地球环境,保护植物遗传资源,是世界各国和每个人的责任。植物遗传资源的保护、研究和利用,单靠科学家是不够的,也是解决不了的,需要动员公众舆论,特别是让关键人物感受到植物遗传资源的作用,共同努力并经过不同层次深入研究和利用,一定会做出新的更大成绩,为人类和子孙后代服务。

 

Current Statues of World Crop Production

and Crop Genetic Resources

Lou Xizhi

Institute of Crop Germplasm Resources, CAAS, Beijing 100081

 

Abstract This paper gives a brief introduction on current statues of grain production, genetic diversity, in situ and ex situ conservation, study and use of crop germplasm resources in the whole world. Problems on training, investments and share of benefits concerning crop genetic resources were also discussed.

Key words Crop genetic resources Conservation Utilization