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江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源綜合基因庫內(nèi)部。張宣 攝
在江蘇省農(nóng)科院東北側(cè)的坡地上，一座灰白相間的現(xiàn)代建筑群正悄然崛起。高達(dá)9米的鋼結(jié)構(gòu)貨架、穿梭其間的橙色機(jī)器人、泛著冷光的液氮存儲(chǔ)罐……這座看似神秘的“科技堡壘”，是承載了江蘇農(nóng)業(yè)未來30年育種希望的“基因方舟”——江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源綜合基因庫。
作為國家種業(yè)振興戰(zhàn)略的關(guān)鍵落子，該基因庫自2021年立項(xiàng)以來，歷經(jīng)三年建設(shè)，即將在今年下半年交付使用。面對國際種業(yè)競爭加劇、生物技術(shù)革命浪潮涌動(dòng)的新形勢，這座保存容量達(dá)55萬份的“種子銀行”，如何在保障糧食安全與推動(dòng)種業(yè)振興進(jìn)程中發(fā)揮作用？近日，《科技周刊》記者來到現(xiàn)場，揭開這座綜合基因庫的科技密碼。
破局與重構(gòu)——
化解“容量危機(jī)”跨越“基因解碼”
2月21日，記者來到江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源綜合基因庫，這座全新建筑在陽光映射下透著科技感光澤。建筑面積1.33萬平方米的“種子方舟”已完成主體建設(shè)，進(jìn)入內(nèi)部裝修和設(shè)備安裝階段。記者走近仰看，主體建筑分為左右兩大功能區(qū)?！斑@兩大功能區(qū)分別為種質(zhì)鑒定實(shí)驗(yàn)樓和低溫種質(zhì)庫?！苯K省農(nóng)科院種質(zhì)資源與生物技術(shù)研究所黨總支書記、副所長徐紅兵說。
“這座新庫對江蘇的種業(yè)發(fā)展具有里程碑意義。”徐紅兵介紹，老庫始建于2008年，以零下攝氏度低溫保存農(nóng)作物種子，但功能單一、容量僅15萬份，隨著種質(zhì)資源日益增長，如今已超負(fù)荷運(yùn)行。傳統(tǒng)的活體保存方式周期短、風(fēng)險(xiǎn)高、成本高，一旦遇到洪澇災(zāi)害、非洲豬瘟這類風(fēng)險(xiǎn)，種質(zhì)資源可能永久丟失。舊庫的瓶頸不僅體現(xiàn)在存儲(chǔ)容量的限制，還存在保存方式單一、設(shè)備老舊的問題。
與舊庫相比，新的綜合基因庫在容量和保存技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了顯著突破，彌補(bǔ)了不足。“首先，新的低溫庫區(qū)域采用了更為先進(jìn)的保溫材料和冷藏技術(shù)，能確保種質(zhì)樣本安全保存50年以上?！苯K省農(nóng)科院種質(zhì)資源與生物技術(shù)研究所研究員顏偉告訴記者，低溫庫用于中、長期保存，庫區(qū)技術(shù)參數(shù)令人矚目：中期庫可保存樣本15至20年；長期庫的環(huán)境可維持種質(zhì)活性超50年。墻體采用304不銹鋼＋20厘米阻燃聚氨酯復(fù)合結(jié)構(gòu)，大大降低了熱傳導(dǎo)，增加了安全性。顏偉特別提及“基因解構(gòu)”的突破：“新增的種質(zhì)鑒定實(shí)驗(yàn)樓配備高通量測序儀，可解析種子基因圖譜，從種質(zhì)樣本實(shí)物保存躍升至基因保護(hù)維度?！?/p>
此外，還設(shè)有短期庫，4攝氏度的環(huán)境用于臨時(shí)保存種質(zhì)樣本；設(shè)有生物樣本超低溫庫（即液氮保存區(qū)），溫度低至-196℃，能夠保存動(dòng)物精液、受精卵和微生物孢子、菌絲體等；并建設(shè)了試管苗庫、DNA樣本庫，結(jié)合現(xiàn)有的種質(zhì)圃和保種場，實(shí)施原位保護(hù)和異地保存相結(jié)合、活體保存與遺傳材料保存互為補(bǔ)充的農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源保護(hù)模式，實(shí)現(xiàn)從短期到數(shù)十年周期的多級保護(hù)。這個(gè)全新的設(shè)計(jì)將種質(zhì)資源的存儲(chǔ)質(zhì)量提升至國際先進(jìn)水平。
徐紅兵表示，新庫項(xiàng)目以“全維保存”為設(shè)計(jì)理念，保存容量提升至55萬份，涵蓋種子（35萬份）、試管苗（3萬份）、超低溫樣本（7萬份）、DNA片段（10萬份）。保存對象擴(kuò)展至植物休眠芽、畜禽胚胎、微生物菌絲體等七大類。具體而言，新庫的設(shè)計(jì)定位不僅僅是保存種質(zhì)資源，更關(guān)注如何從“保存資源”到“解構(gòu)基因密碼”的躍遷。新庫通過新增的種質(zhì)鑒定實(shí)驗(yàn)樓，為基因研究提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，幫助科研人員深入發(fā)掘和利用基因資源。
智慧革命——
機(jī)器人接手“冰柜管理員”
新建的江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源綜合基因庫不僅在規(guī)模和保存能力上取得了顯著進(jìn)展，而且引入了一些前沿的科技成果，使得種質(zhì)資源的管理更加高效和智能化。其中最為亮眼的是定制存取機(jī)器人和AGV（自動(dòng)導(dǎo)向）小車。
步入長期庫區(qū)，7米高的貨架間穿行的橙色堆垛機(jī)成為焦點(diǎn)。這是江蘇首套種質(zhì)資源智能存取系統(tǒng)，包含激光導(dǎo)航AGV小車、機(jī)械臂和智能傳送裝置?！斑^去人工存取樣本要忍受零下攝氏度低溫，現(xiàn)在只需在控制室輸入指令，機(jī)器人就能精準(zhǔn)定位樣本?！毙旒t兵介紹，定制的存取機(jī)器人通過一體化管理系統(tǒng)與貨架進(jìn)行互動(dòng)，確保每一份種質(zhì)樣本都能在極短的時(shí)間內(nèi)被準(zhǔn)確取出或存入，同時(shí)避免了種子在搬運(yùn)過程中的擠壓損壞。該系統(tǒng)操作起來既簡單又高效，大大提高了樣本存取的速度。
顏偉解釋，自動(dòng)化傳輸系統(tǒng)與傳統(tǒng)人工操作不同，類似現(xiàn)代物流系統(tǒng)的“黑燈”工廠，不僅能大大提高效率，保證存取精準(zhǔn)性，還能避免極端低溫對工作人員的健康損害。
更重要的科技革新藏在“種子銀行”數(shù)據(jù)庫中。顏偉介紹，項(xiàng)目建成后，依托江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院種質(zhì)資源與生物技術(shù)研究所建立的種質(zhì)資源一體化管理系統(tǒng)，構(gòu)建“三庫一平臺(tái)”運(yùn)管體系，實(shí)現(xiàn)對實(shí)物樣本、基因信息、表型數(shù)據(jù)精準(zhǔn)管理。通過整合基因組、代謝組等多項(xiàng)數(shù)據(jù)，供科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作與共享。申請者可在線查詢索取資源。據(jù)了解，平臺(tái)已向省內(nèi)外科研育種單位共享發(fā)放種質(zhì)資源超5萬份，有力支持了科學(xué)研究和作物育種創(chuàng)新。
項(xiàng)目的安全設(shè)計(jì)同樣“硬核”：兩棟主體建筑間距12米，配備獨(dú)立消防系統(tǒng)；液氮罐區(qū)設(shè)置雙重氣密門；樣本流轉(zhuǎn)通道采用雙層溫控門設(shè)計(jì)，將冷媒輸送距離壓縮至40米內(nèi)。徐紅兵表示：“系統(tǒng)設(shè)定‘黑盒模式’，所有操作自動(dòng)記錄，確保運(yùn)行數(shù)據(jù)可追溯?！?/p>
國家戰(zhàn)略與民生擔(dān)當(dāng)——
讓更多“蘇”字號種子破土而出
在徐紅兵看來，在全球種業(yè)競爭愈發(fā)激烈的背景下，江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源綜合基因庫的建設(shè)顯得尤為重要。江蘇地處南北氣候過渡地帶，生物資源豐富，農(nóng)耕文明歷史悠久，有深厚的種質(zhì)資源沉淀?！胺N質(zhì)資源是‘農(nóng)業(yè)芯片’，直接關(guān)系糧食安全主動(dòng)權(quán)?！毙旒t兵列出一組數(shù)據(jù)：江蘇保存的6.49萬份國內(nèi)外種質(zhì)中，經(jīng)不完全鑒定有14%具有耐鹽、抗病、優(yōu)質(zhì)等珍貴特性?；驇斓慕ǔ蓪榉N業(yè)振興和區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展提供基礎(chǔ)支撐。
此外，為了實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展，針對“碳中和”目標(biāo)，項(xiàng)目建設(shè)伊始就選用R449A環(huán)保制冷劑，搭配熱回收系統(tǒng)，壓縮機(jī)余熱可回收化霜除濕。建筑本體設(shè)計(jì)壽命達(dá)100年，頂部預(yù)留光伏板接口，未來可與新能源系統(tǒng)并網(wǎng)。顏偉說：“這些先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)不僅提升了基因庫的節(jié)能效果，還符合國家對綠色建筑的要求?！?/p>
按照計(jì)劃，這座“農(nóng)業(yè)諾亞方舟”將于今年下半年正式投用。這一設(shè)施的建成將極大地滿足未來30年農(nóng)業(yè)育種、基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的種質(zhì)保藏需求，投用后，科學(xué)家將依托這一基因庫開展種質(zhì)資源的鑒定、評價(jià)與創(chuàng)新研究，持續(xù)推動(dòng)農(nóng)業(yè)品種的改良與創(chuàng)新?！皩脮r(shí)我們將圍繞優(yōu)質(zhì)水稻、抗病小麥、特色玉米等方向，開展種質(zhì)資源鑒定、優(yōu)異基因挖掘等系統(tǒng)研究。”徐紅兵展望，“讓更多‘蘇’字號種子破土而出，助力中國碗盛滿中國糧。”
站在12米高的連廊上俯瞰，這座承載著育種希望的基因庫已蓄勢待發(fā)。從保存到解構(gòu)，從保護(hù)到共享，江蘇正以科技之力筑牢種業(yè)根基，為端穩(wěn)“中國飯碗”注入源頭活水。
來源：新華日報(bào)
責(zé)任編輯：韓震霞 韓金芳
