加強我國戰(zhàn)略生物資源有效保護與可持續(xù)利用

曾 艷 周 桔

中國科學(xué)院 科技促進發(fā)展局 北京 100864

生物資源是指生長在自然界中能夠直接或間接被人類利用的、對人類具有現(xiàn)實和潛在價值的基因和物種的總和，包括植物、動物、微生物和人類遺傳資源等。生物資源是生態(tài)系統(tǒng)的基本組成部分，是人類生產(chǎn)、生活資料的基本來源和人類賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是生物技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基石，是保障國家糧食安全、生態(tài)安全、能源安全等的重要戰(zhàn)略資源。對生物資源的收集、保藏、保護、開發(fā)與利用是保障人民生命健康、支撐國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

1 生物資源是生命科學(xué)與生物技術(shù)的基石

生物資源既是生命科學(xué)研究的對象，也是生命科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。醫(yī)學(xué)、生物學(xué)的研究在很大程度上依賴于對模式生物的研究以及對實驗動物的使用。模式生物給予了人類揭示生命本質(zhì)的啟示和手段，對線蟲、果蠅、小鼠、擬南芥、大腸桿菌等模式生物的研究正在揭示動物、植物和微生物的重要基因功能和系統(tǒng)代謝網(wǎng)絡(luò)體系。

生物資源為支撐和保障農(nóng)業(yè)和糧食安全提供了本底資源保障，有力支撐農(nóng)業(yè)安全與可持續(xù)發(fā)展。20 世紀(jì) 50 年代，我國抗孢囊線蟲病的北京小黑豆資源挽救了美國的大豆產(chǎn)業(yè)，多個抗線蟲大豆基因都來自北京小黑豆[1,2]。小麥、水稻資源中半矮稈基因的發(fā)掘與利用引發(fā)了全球糧食生產(chǎn)的第一次“綠色革命”。我國科學(xué)家利用水稻野敗型細胞不育基因資源創(chuàng)制的“三系”雜交水稻，引發(fā)了第二次“綠色革命”，并使我國的水稻育種與生產(chǎn)技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。

生物資源為重大新藥創(chuàng)制提供物質(zhì)源頭，為國民健康提供保障。制藥業(yè)中基于生物資源開發(fā)的天然藥物約占 30%。例如：全球最暢銷的降血脂藥阿托伐他?。⑵胀祝┑南葘?dǎo)化合物來自天然真菌紅曲（Monascussp.）；紅豆杉中的紫杉醇被生產(chǎn)為抗癌藥物廣泛用于癌癥的治療[3,4]；來自海洋生物的鎮(zhèn)痛藥“齊考諾肽”止痛效果是嗎啡的 1 萬倍[5]。

2 戰(zhàn)略生物資源是國際布局與競爭熱點

發(fā)達國家長期重視對戰(zhàn)略生物資源的收集和保存。英、美等國對生物資源的收集起步較早，已經(jīng)形成了完備的生物資源保藏體系，保存覆蓋了動物、植物、微生物和人類遺傳資源等各類生物資源。早在 1946 年，美國就建立了國家植物種質(zhì)系統(tǒng)（National Plant Germplasm System，NPGS）[6]，重點收集糧食作物及其他農(nóng)作物的種質(zhì)資源，其中 60% 來自國外。英國早在 1759 年就開始籌建其皇家植物園——邱園。目前，邱園已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大的植物園，收集植物超過 5 萬種，并建設(shè)了全球最大的野生植物種子庫——“千年種子庫”（Millennium Seed Bank Project）[7]，儲存了全球約 10% 的野生植物種子。日本、韓國也建設(shè)了覆蓋微生物、植物、動物、人類遺傳資源樣本和非生物材料的國家資源中心。

發(fā)達國家規(guī)劃部署了多項計劃以保障對戰(zhàn)略生物資源的評價和利用。美國從 1999 年起，就啟動了“植物基因組測序計劃”[8]與“國家動物種質(zhì)計劃”[9]；歐盟于 2005 年發(fā)布“生物質(zhì)行動計劃”，2012 年建立植物科學(xué)網(wǎng)絡(luò)（ERA-CAPS），旨在協(xié)調(diào)和整合歐洲以及其他國家和地區(qū)的植物科學(xué)研究信息；日本于 2002 年啟動“國家生物資源計劃”（NBRP）[10]，旨在致力于該國生物資源保護和可持續(xù)利用研發(fā)的長遠目標(biāo)和國家層面整合利用體系的建立。此外，國際自然保護聯(lián)盟（IUCN）、全球“生態(tài)恢復(fù)聯(lián)盟”、國際植物園保護聯(lián)盟（BGCI）、全球植物保育戰(zhàn)略（GSPC）等國際聯(lián)盟、戰(zhàn)略計劃的建立也為物種保護提供了國際聯(lián)合力量。

生物資源開發(fā)政策的戰(zhàn)略意識近年來日益凸顯。2010 年，經(jīng)濟與合作組織（OECD）發(fā)布了《面向 2030 生物經(jīng)濟施政綱領(lǐng)》戰(zhàn)略報告[11]，提出生物經(jīng)濟是以生物資源為基礎(chǔ)發(fā)展的農(nóng)業(yè)、工業(yè)和醫(yī)藥經(jīng)濟。其后，越來越多的國家立足發(fā)揮本國生物資源基礎(chǔ)優(yōu)勢，在可持續(xù)發(fā)展的前提與目標(biāo)下，提出進一步發(fā)展生物經(jīng)濟的要求。2012 年 4 月，美國聯(lián)邦政府發(fā)布《國家生物經(jīng)濟藍圖》[12]，確立了美國生物經(jīng)濟發(fā)展的五大戰(zhàn)略目標(biāo)。同年，美國農(nóng)業(yè)部和能源部頒布“生物質(zhì)聯(lián)合研發(fā)計劃”，利用生物質(zhì)資源促進生物燃料生產(chǎn)和原料改良的技術(shù)研發(fā)。2012 年 2 月，歐盟發(fā)布《為可持續(xù)增長創(chuàng)新：歐洲生物經(jīng)濟》戰(zhàn)略[13]，促使歐盟經(jīng)濟向更多使用可持續(xù)的可再生資源的經(jīng)濟形態(tài)轉(zhuǎn)變。2013 年，德國批準(zhǔn)新的生物經(jīng)濟戰(zhàn)略[14]，旨在利用戰(zhàn)略生物資源創(chuàng)新技術(shù)進行可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、基于生物質(zhì)的燃料開發(fā)等。英國生物技術(shù)和生物科學(xué)研究理事會（BBSRC）于 2012 年啟動“作物基因組學(xué)研究計劃”“資助畜牧研究計劃”；為了提高對戰(zhàn)略生物資源的研究與利用，英國還實施了建設(shè)大型生物數(shù)據(jù)設(shè)施、開放植物表型組學(xué)中心等一系列舉措。

3 我國生物資源保藏與利用發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 我國戰(zhàn)略生物資源的相關(guān)保護政策及保藏水平

我國是世界上物種最豐富的國家之一，為了評估與保護戰(zhàn)略生物資源，我國出臺了多項政策。2007 年，原環(huán)境保護部發(fā)布了《全國生物物種資源保護與利用規(guī)劃綱要》，編制了 2011—2030 年的《中國生物多樣性保護戰(zhàn)略與行動計劃》，印發(fā)了《加強生物遺傳資源管理國家工作方案（2014—2020 年）》，確定了生物資源保護的一系列國家方案。2008 年，原國家林業(yè)局、原國家環(huán)境保護總局、中國科學(xué)院聯(lián)合對外發(fā)布《中國植物保護戰(zhàn)略》。2016 年，國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布《“十三五”生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，提出建設(shè)生物資源樣本庫、生物信息數(shù)據(jù)庫和生物資源信息一體化體系。2017 年，科學(xué)技術(shù)部印發(fā)《“十三五”生物技術(shù)創(chuàng)新專項規(guī)劃》，確定我國戰(zhàn)略性生物資源發(fā)展目標(biāo)和發(fā)展舉措。

經(jīng)過多年的發(fā)展，我國生物資源保藏水平持續(xù)提高?？萍蓟A(chǔ)條件資源調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截至 2016 年底，我國已建成了 316 家植物保藏機構(gòu)、96 家動物保藏機構(gòu)、90 家微生物保藏機構(gòu)以及國家級人類遺傳資源數(shù)據(jù)中心，建成了作物、林木、微生物菌種、人類遺傳、家養(yǎng)動物、水生生物等 8 個生物種質(zhì)資源領(lǐng)域共享服務(wù)平臺?；谶@些平臺，我國現(xiàn)已保存農(nóng)作物種質(zhì)資源 2 700 種、林木種質(zhì)資源 2 300 種、野生植物種質(zhì)資源 9 500 種、活體畜禽動物 700 余種、水產(chǎn)動物種質(zhì)資源近 1 800 種、微生物菌種近 21 萬株[15]。

3.2 中國科學(xué)院“戰(zhàn)略生物資源計劃”

作為國家戰(zhàn)略科技力量的重要組成，中國科學(xué)院十分重視對生物資源的保存和利用。在財政部等國家相關(guān)部委的大力支持下，面對經(jīng)濟社會快速發(fā)展的新需求，中國科學(xué)院在“十一五”期間啟動了“戰(zhàn)略生物資源計劃”。該計劃以服務(wù)社會發(fā)展和支撐科學(xué)研究的基本職能為出發(fā)點，在堅持長期收集保藏的基礎(chǔ)上，面向國家重大需求和國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場，整合植物園、標(biāo)本館、實驗動物平臺、生物遺傳資源庫以及中國科學(xué)院生物多樣性科學(xué)委員會的相關(guān)資源，構(gòu)建了集成植物、動物、微生物、細胞庫等為一體的戰(zhàn)略生物資源平臺，大力提升我國戰(zhàn)略生物資源收集、保藏、評價、轉(zhuǎn)化與可持續(xù)利用的綜合能力，支撐和服務(wù)于生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為我國經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展提供強有力的科技支撐。中國科學(xué)院戰(zhàn)略生物資源平臺由 5 個平臺組成。

（1）植物園平臺。包括 15 個院屬及共建植物園，收集保藏了 21 000 余種植物物種，約占全國植物物種的 60%，活體保存物種的 90%；遷地保護了 445 種極危植物、787 種瀕危植物和 1 130 種易危植物，數(shù)十種瀕危植物已開始進行野外回歸試驗。通過開展“本土物種全覆蓋保護計劃”（I 期），對 15 個代表性區(qū)域（約占國土面積的 37.4%）開展了本土植物的評估、清查與保護等工作，為我國本土植物的清查與保護提供了重要數(shù)據(jù)支撐。

（2）標(biāo)本館平臺。由19 個院屬標(biāo)本館（博物館）組成，是亞洲最大的生物標(biāo)本館體系，館藏標(biāo)本 2 038.5 萬號，占全國統(tǒng)計標(biāo)本總量的 60% 以上，數(shù)字化標(biāo)本 971.6 萬號，定名標(biāo)本 1 146.1 萬號。其中，昆明植物標(biāo)本館建設(shè)了國內(nèi)首個第三代數(shù)字植物標(biāo)本館系統(tǒng)——“Kingdonia”，其極大地提高了標(biāo)本館的標(biāo)本數(shù)字化效率和標(biāo)本管理水平，實現(xiàn)了高度自動化的植物標(biāo)本數(shù)字化管理。中國科學(xué)院植物研究所標(biāo)本館研發(fā)的“花伴侶”專業(yè)版手機應(yīng)用軟件，可識別 1.5 萬種植物，涵蓋中國植物的大部分科屬，是標(biāo)本館收藏以及公眾科普的重要工具。

（3）生物遺傳資源庫平臺。包括 12 個院屬單位，目前保存生物遺傳資源 29 900 多種、697 379 份。其中，國家重大科學(xué)工程“中國西南野生生物種質(zhì)資源庫”保藏 21 666 種、150 803 份種質(zhì)資源；該平臺擁有亞洲最大的微生物資源庫——中國普通微生物菌種保藏管理中心，保藏微生物 64 830 株，占全國微生物保藏量的 50%，物種覆蓋度達 80%。

（4）實驗動物平臺。由 19 家院屬單位組成，擁有 10 余個實驗動物物種、1 846 份品系，支撐了一系列重要的動物模型和相關(guān)重大科技成果的產(chǎn)出，有力推動了中國實驗動物模型特別是大動物模型整體的研發(fā)能力。該平臺在新型實驗動物模型的構(gòu)建和野生動物的實驗動物化方面作出了重要貢獻，涌現(xiàn)出一批具有國際影響力的重大科研成果，如：成功培育出體細胞克隆猴、世界首例亨廷頓舞蹈病基因敲入豬模型、世界上首例長壽基因敲除的食蟹猴模型等。

（5）生物多樣性監(jiān)測及研究網(wǎng)絡(luò)平臺。包括 10 個專項監(jiān)測網(wǎng)和 1 個綜合監(jiān)測管理中心，從基因、物種、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)和景觀等水平上，對動物多樣性、植物多樣性和微生物多樣性進行多層次的全面監(jiān)測與系統(tǒng)研究，以跟蹤分析全國典型區(qū)域重要生物類群的中長期變化態(tài)勢。監(jiān)測結(jié)果為中國大鯢等野生動物的保護，以及為三峽工程等國家重大工程提供了重要參考。

以“戰(zhàn)略生物資源計劃”的五大平臺信息化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，中國科學(xué)院建立了戰(zhàn)略生物資源綜合信息平臺，提供包括保存、研究和功能評價在內(nèi)的全方位的信息支撐，建立完備的數(shù)據(jù)交換與數(shù)據(jù)共享機制，打造我國戰(zhàn)略生物資源數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)服務(wù)平臺。通過系統(tǒng)集成，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，資源共享，共同拓展發(fā)展空間，中國科學(xué)院“戰(zhàn)略生物資源計劃”為提升我國生物資源保藏、保護以及挖掘、利用起到了重要推動作用，為服務(wù)國家生物多樣性安全和履行國際公約起到重要支撐作用。

4 我國生物資源保藏與利用面臨嚴峻挑戰(zhàn)

近年來，在國家需求和社會需求的拉動下，我國生物資源領(lǐng)域日益受到關(guān)注并得到各方支持，保藏能力與研究水平同步大幅提升。但由于我國對生物資源的收集保藏起步較晚，我國生物資源保藏和利用仍然面臨諸多嚴峻的挑戰(zhàn)。

（1）生物資源儲備不足，種類不豐。我國的生物資源雖物種數(shù)量多，但資源總量少、“天然”儲備量不足的問題突出。我國雖然已針對珍稀瀕危植物的保護開展了大量工作，但目前已經(jīng)實現(xiàn)遷地保護的珍稀瀕危植物數(shù)量僅僅涵蓋了“中國物種紅色名錄”的 1/3 左右，這遠低于《全球植物保護戰(zhàn)略》和《中國植物保護戰(zhàn)略》中的既定目標(biāo)，因此亟待加強對我國資源儲備量特別少的珍稀瀕危物種的收集保存和研究工作。同時，我國對生物資源的收集保存工作主要集中于高等植物和大型動物，對微生物、昆蟲等的生物資源、特種物種、特殊生境的認識、收集、保存和利用不足。此外，對國外重要的戰(zhàn)略生物資源收集保存量不足。

（2）生物資源開發(fā)利用不夠。我國在開發(fā)利用生物資源方面集中于主要的經(jīng)濟作物和動物品種，對野生動植物資源的評價和挖掘重視不夠。近年來，由于環(huán)境問題導(dǎo)致物種滅絕速度加快，物種列入紅色名錄日益增多。同時，對于具有潛在經(jīng)濟價值的物種和基因的研究尚在起步階段，未形成特種資源的專庫，缺乏與歐美國家類似的系統(tǒng)基因挖掘計劃，重大成果缺乏，亟待進一步加強平臺建設(shè)及研發(fā)投入。

（3）生物資源管理制度不健全。目前，我國各類生物資源庫分屬不同部門、地方，覆蓋眾多資源類型，資源庫缺乏統(tǒng)一的建設(shè)規(guī)范與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，資源質(zhì)量差異大，資源收集保藏能力和利用、分享水平參差不齊，專業(yè)人才匱乏，傳統(tǒng)分類及新生物技術(shù)支撐不足，基因挖掘技術(shù)不強，信息化水平較低。因此，需要通過建立“中國植物園標(biāo)準(zhǔn)”“國家標(biāo)本館體系”等規(guī)范技術(shù)體系，進行標(biāo)準(zhǔn)化管理，加強我國資源的保藏能力與利用水平。