“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，這為未來(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?！?/span>
9月中旬，黃河流域的棉花進(jìn)入了采收季，黃河三角洲的鹽堿地上，山東無(wú)棣縣國(guó)家級(jí)棉花生產(chǎn)基地，大型機(jī)械開(kāi)進(jìn)了棉田，收獲雪白的棉花。
棉花是改良鹽堿地的先鋒作物，而在我國(guó)海南三亞崖州區(qū)，有一座建立了40多年的棉花野生種質(zhì)圃，這里活體保存著來(lái)自世界各地的39種棉花野生種，這些野生棉是棉花育種的寶庫(kù)，蘊(yùn)藏著抗寒、抗旱、耐鹽堿、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等無(wú)數(shù)優(yōu)秀的基因和資源。
種質(zhì)圃中的每一種野生棉，都是科學(xué)家們走遍世界搜集而來(lái)的，涵蓋全球可收集的野生棉種的80%以上，是我國(guó)棉花育種最重要的資源圃，無(wú)論是種植面積最大的栽培種陸地棉，還是新疆種植的長(zhǎng)絨海島棉，抑或是抗蟲(chóng)、抗鹽堿的棉花新品種，都和這個(gè)位于天涯海角的棉花種質(zhì)圃有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。
9月14日，海南三亞國(guó)家野生棉種質(zhì)資源圃。新京報(bào)記者 周懷宗 攝
現(xiàn)代文明中，那些和棉花分不開(kāi)的故事
每年冬季，當(dāng)北方的寒風(fēng)中，人們穿著保暖的羽絨服時(shí)，棉花，這個(gè)傳統(tǒng)的保暖材料，似乎漸漸遠(yuǎn)離了日常生活。
但很少有人了解，棉花其實(shí)從來(lái)沒(méi)有離開(kāi)人們的生活。中國(guó)農(nóng)科院棉花研究所研究員劉方介紹，在人類文明的進(jìn)程中，棉花具有非常重要的地位，不僅是因?yàn)樗梢杂且驗(yàn)樗鼌⑴c了眾多文明進(jìn)程中的大事件。比如最早的手工業(yè)，就和棉花的紡織息息相關(guān)，工業(yè)革命中，紡織業(yè)點(diǎn)燃了第一把火，工業(yè)革命最初的推動(dòng)力，就是將棉花紡織成棉布。為奪得和維系紡織品的壟斷地位，歐洲人發(fā)明了紡織機(jī)、軋花機(jī)等現(xiàn)代機(jī)械，同時(shí)設(shè)計(jì)了眾多相匹配的制度，以提升生產(chǎn)力，比如八小時(shí)工作制、男女同工同酬、義務(wù)教育、禁止雇傭童工等。這些影響現(xiàn)代文明的重要制度，它們的誕生，都和棉花有著各種各樣的關(guān)系。
棉花不是花，但它的用途遠(yuǎn)超過(guò)人們的想象。比如紙幣，全球的紙幣制造中，棉花都是不可或缺的原材料之一。棉籽油是重要的工業(yè)原料，而棉花制成的硝化棉，則在軍用、民用中發(fā)揮著不可替代的作用。
9月14日，中國(guó)農(nóng)科院棉花研究所研究員劉方講述野生棉搜集、保存和利用的故事。新京報(bào)記者 周懷宗 攝
在今天，棉花的栽培和種植，正面臨著新的轉(zhuǎn)型。劉方介紹，“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。”
并非原產(chǎn)地，卻有全球最大野生棉花圃
我國(guó)并非棉花的原產(chǎn)地，這也意味著，我國(guó)并沒(méi)有天然的野生棉花，所有的棉花，最初的源頭都是舶來(lái)品。
然而，我國(guó)卻有全球最大、種類最全的野生棉種質(zhì)圃。
劉方介紹，早在1981年，我國(guó)就開(kāi)始在海南三亞建設(shè)野生棉活體保存基地，也就是現(xiàn)在的國(guó)家野生棉種質(zhì)資源圃。三亞位于北緯18度以南的熱帶地區(qū)，和野生棉的原生境接近，是最好的活體保存地。
40多年中，科學(xué)家們搜集了全球80%以上的野生棉種，種植在這座種質(zhì)圃中，“全球已發(fā)現(xiàn)的棉花有50多種，其中一部分已經(jīng)沒(méi)有活體存在，只有標(biāo)本或者記錄，40多種還有活體。在野生棉種質(zhì)圃中，保存了39種，這39種野生棉涵蓋了所有野生棉的原產(chǎn)地，如美洲、澳洲、非洲等，是全球最大、最全的野生棉活體保存種質(zhì)圃。”
這座野生棉種質(zhì)圃中，活體保存著全球80%以上的棉花野生種。新京報(bào)記者 周懷宗 攝
在三亞炎熱的氣候下，來(lái)自世界各地的野生棉花終年生長(zhǎng)，不斷開(kāi)花結(jié)實(shí)，在種質(zhì)圃中，可以看到許多花朵和棉絮同時(shí)存在的野生棉?！霸诒狈剑藁ㄖ环N一季，第二年要重新種，但實(shí)際上，棉花是多年生作物，有的可以長(zhǎng)得很高。”劉方介紹，“之所以只種一季，一方面是棉花在北方難以越冬，另一方面也是為了產(chǎn)量的最大化，第二年的棉花產(chǎn)量會(huì)有所下降?！?/p>
對(duì)野生棉來(lái)說(shuō)，活體保存是最佳的保存方法，和保存種子相比，活體保存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，“比如有的野生棉，在原生境正常開(kāi)花結(jié)果，但到了海南之后，就很難開(kāi)花結(jié)果了，我們就需要通過(guò)扦插或嫁接的方式繁殖它?！眲⒎秸f(shuō)。
野生棉搜集，科學(xué)家走遍世界每個(gè)角落
斯特提棉，是一種產(chǎn)自澳大利亞中部的野生棉花，它的花有點(diǎn)像牽?；?，曾被作為澳大利亞的國(guó)花，這是一種生長(zhǎng)在荒漠中的棉花，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)在干旱區(qū)域，抗旱性極好，有些就生長(zhǎng)在海水中，耐鹽堿性非常高……
9月14日，國(guó)家野生棉種質(zhì)資源圃中，千姿百態(tài)的野生棉花，三亞溫暖的熱帶氣候，使得它們可以實(shí)現(xiàn)周年生長(zhǎng)。新京報(bào)記者 周懷宗 攝
39種野生棉各有不同的特點(diǎn)，它們來(lái)自何方？又是怎樣從世界的各個(gè)角落來(lái)到位于三亞的種質(zhì)圃中？
劉方介紹，從上世紀(jì)中葉開(kāi)始，我國(guó)科學(xué)家就開(kāi)始有意識(shí)地收集野生棉種質(zhì)資源，最初的資源來(lái)自于美國(guó)。此后數(shù)十年中，科學(xué)家們走遍全球，在澳洲廣袤的無(wú)人區(qū)、太平洋繁星一般的小島上、非洲的荒漠和叢林中，搜集到了全球大部分野生棉種。
一種只分布在南美秘魯?shù)囊吧?，被命名為雷蒙德氏棉。大約在100萬(wàn)年前，它和另外一種野生棉草棉在南美洲交匯，融為一體，出現(xiàn)了一次染色體加倍現(xiàn)象，產(chǎn)生了更加高大和茁壯的新種，這一新種，正是當(dāng)前栽培棉花最主要的祖先之一。
除了野生棉之外，種質(zhì)圃中還保存著大部分馴化品種，尤其是四種人類馴化的主要品種，都可以在這里找到蹤影，“草棉也叫非洲棉，是人類馴化的最早品種，可考的證據(jù)，可以追溯到五六千年之前。古代中國(guó)種植的主要是中棉，也叫亞洲棉，起源于古印度，古印度的古墓中，曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)5000年前的棉布，就是亞洲棉的棉絮做成的?！眲⒎浇榻B，“不過(guò)，這兩種棉花目前已經(jīng)不再是主流，當(dāng)前全球種植面積最大的是陸地棉，起源于美洲墨西哥的尤卡坦半島，全球大約95%以上的栽培種，是從它不斷改良而成的。大約3%的栽培種是海島棉，也就是我國(guó)新疆種植的長(zhǎng)絨棉，起源于南美洲的秘魯和巴西，但最早的航海者們，把它帶到了加勒比海島上，又從這里走向世界，所以被稱為海島棉?！?/p>
棉花的故事，南太平洋上的達(dá)爾文之旅
棉花是熱帶作物，野生棉花也大多生長(zhǎng)在熱帶地區(qū)，尤其是沿著赤道的陸地和海島，是科學(xué)家們收集野生棉最常去的地方。
位于南太平洋的加拉帕格斯群島，是一個(gè)特殊的地區(qū)，群島屬于厄瓜多爾，但距離厄瓜多爾本土有1000多公里，這是一個(gè)在物種進(jìn)化中負(fù)有盛名的群島。大約290年前，達(dá)爾文從英國(guó)出發(fā)，乘船到達(dá)加拉帕格斯群島，在這里住了1個(gè)多月，在島上，他發(fā)現(xiàn)同一物種在不同島上，呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，這使他思考物種演變的規(guī)律。幾年后，達(dá)爾文寫(xiě)成《物種起源》，而學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，加拉帕格斯群島上的發(fā)現(xiàn)，可能是這部著作的靈感起源。
原產(chǎn)于加拉帕格斯群島上的達(dá)爾文氏棉，記錄了物種進(jìn)化的痕跡。新京報(bào)記者 周懷宗 攝
加拉帕格斯群島也是野生棉的原產(chǎn)地之一，科學(xué)家們?cè)谶@里搜集到了一種名為達(dá)爾文氏棉的野生棉。和達(dá)爾文一樣，科學(xué)家們也發(fā)現(xiàn)，達(dá)爾文氏棉在不同的島上表現(xiàn)出了不同的特征。
劉方曾經(jīng)在加拉帕格斯群島上搜集野生棉資源，重走達(dá)爾文走過(guò)的路。在那里，他們還發(fā)現(xiàn)了另外一個(gè)有趣的現(xiàn)象，一種名為克勞茨基棉的野生棉花，和數(shù)千公里外另外一種野生棉戴維遜氏棉親緣關(guān)系非常近，是近緣姊妹種。如此接近的親緣關(guān)系，本應(yīng)該生長(zhǎng)在接近的區(qū)域中，為何兩者遠(yuǎn)隔重洋，至今還是一個(gè)謎。
在種質(zhì)圃中，一棵大樹(shù)鶴立雞群，盡管野生棉中也有許多喬木，但最大的喬木也比這棵大樹(shù)矮。這是一棵桐棉，也叫楊葉肖槿，是棉花的近緣種，也會(huì)結(jié)出棉鈴，但棉鈴中沒(méi)有棉絮，只有種子。
9月14日，野生棉種質(zhì)圃中，長(zhǎng)成大樹(shù)的楊葉肖槿，它是棉花的近親，也是研究棉花的重要資源。新京報(bào)記者 周懷宗 攝
劉方覺(jué)得，在眾多的野生棉中，來(lái)自澳大利亞金伯利地區(qū)的圓葉棉傳播種子的故事堪稱精彩。圓葉棉是一種匍匐在地上的野生棉，有點(diǎn)像紅薯，也有膨大根，生長(zhǎng)在荒無(wú)人煙的無(wú)人區(qū)，當(dāng)?shù)厣执蠡痤l發(fā)，但山火過(guò)后，它又從深深的地底下冒出幼嫩的新芽。圓葉棉的種子很特殊，在種子外殼以外，還有一層可食用的“脊”，種子被白蟻發(fā)現(xiàn)后，會(huì)把它的種子搬進(jìn)巢穴，吃掉外層肉質(zhì)的脊，留下堅(jiān)硬的種子，當(dāng)有雨水或其他水分進(jìn)入蟻穴，種子就會(huì)在蟻穴中萌發(fā)。
中國(guó)的棉花，漂洋過(guò)海的傳播之路
棉花并非原產(chǎn)于中國(guó)，但中國(guó)同樣有悠久的棉花種植歷史，史料中對(duì)棉花的記載，可以追溯到公元2世紀(jì)左右，但廣泛種植亞洲棉，則在公元9世紀(jì)左右。晚清時(shí)代，陸地棉大規(guī)模引入中國(guó)，推動(dòng)了中國(guó)紡織業(yè)的革新，種植上千年的亞洲棉逐漸被替代。
9月14日，俯瞰國(guó)家野生棉種質(zhì)資源圃。新京報(bào)記者 周懷宗 攝
在野生棉種質(zhì)圃中，有一叢特殊的棉花，名叫蓬蓬棉，這可能是唯一在中國(guó)發(fā)現(xiàn)的野生棉花，于2015年在三沙市永興島上被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。蓬蓬棉本身并非本土棉花，起源于南美洲的墨西哥海岸高溫高鹽堿地區(qū)。科學(xué)家們考察發(fā)現(xiàn)，蓬蓬棉在海南當(dāng)?shù)刂辽偕L(zhǎng)了上百年，但它究竟是怎樣從南美洲漂洋過(guò)海到達(dá)中國(guó)的，仍是未解之謎，“可能是隨著洋流漂過(guò)來(lái)的，也可能是早期的商船攜帶到這里的，抑或是其他渠道過(guò)來(lái)的，目前都還沒(méi)有可靠的證據(jù)?！眲⒎秸f(shuō)。
發(fā)現(xiàn)于海南的蓬蓬棉，是陸地棉的一種野生種系，這意味著，它可能是馴化后重新散落到野外的棉花。
在海南，蓬蓬棉經(jīng)歷了上百年的自然演化和生長(zhǎng)，也有自己的本土名字，當(dāng)?shù)氐睦枳寰用穹Q為“貝栩”，苗族居民則叫它“貝太銀”。
“蓬蓬棉中保留著大量?jī)?yōu)異的基因，等待人們的挖掘和利用，是育種家們青睞的育種材料。”劉方介紹，這種“半野生棉”被搜集到野生棉種質(zhì)圃后，針對(duì)它的研究已經(jīng)非常多，比如科學(xué)家們組裝了蓬蓬棉的基因組，通過(guò)基因組變化，推測(cè)了蓬蓬棉傳播的路徑、時(shí)間以及馴化的過(guò)程。
育種的資源，可以在海水中生長(zhǎng)的棉花
數(shù)十年建設(shè)和積累，走遍世界尋找和搜集，這些野生棉究竟有什么用？
“種業(yè)是農(nóng)業(yè)的芯片，而種質(zhì)資源是種業(yè)的芯片?！眲⒎秸f(shuō)，我國(guó)并非棉花的原產(chǎn)地，但我國(guó)的棉花育種水平，已經(jīng)處在世界一流的水平，這和我們擁有大量的野生資源有著重要的關(guān)系。
野生棉種質(zhì)圃中，一種名為瑟伯氏棉的野生棉，在育種中廣泛利用。劉方介紹，比如育種家們用瑟伯氏棉、海島棉、陸地棉進(jìn)行遠(yuǎn)緣雜交，經(jīng)過(guò)20個(gè)世代的南繁北育，最終育成石遠(yuǎn)321。這種新品種具有高產(chǎn)、纖維優(yōu)質(zhì)、抗病性能好等多種特點(diǎn)，上世紀(jì)八十年代以后，在黃河流域廣泛推廣。
瑟伯氏棉原產(chǎn)于美國(guó)亞利桑那州高原地帶，具有很強(qiáng)的抗冷性。當(dāng)前，我國(guó)新疆地區(qū)是主要的棉花產(chǎn)區(qū)，但當(dāng)?shù)責(zé)o霜期短，每年春季的倒春寒和秋季的寒潮，嚴(yán)重威脅著棉花生產(chǎn)，而瑟伯氏棉的抗冷性，可能會(huì)成為未來(lái)育種必不可少的元素。
另外一種名為哈克尼西棉的野生棉，則是當(dāng)前棉花育種中的“寵兒”，這種野生棉有天然的雄性不育基因，這使它成為棉花育種中廣泛使用的雜交材料。
還有原產(chǎn)于夏威夷群島上的毛棉，有很多不同的形態(tài)，有些抗旱，有些生長(zhǎng)在海水中，有優(yōu)異的耐鹽堿性。“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，這為未來(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?！眲⒎秸f(shuō)。
