载满畜禽的“诺亚方舟”

Beijing (Chinese) - - AROUND BEIJING 身边北京 - 文/刘超 摄影/李晓尹

在许多人类文明中都有一则关于大洪水的传说,而流传范围最广的一个,当属《圣经》中的那则故事。上帝决定用洪水惩罚人类,令诺亚造了一艘大船,载了诺亚一家八口以及各种飞禽走兽。洪水来临,大地全被淹没,只有诺亚方舟上的各种生物得以幸免。这艘大船,就是著名的“诺亚方舟”,也是生命获救、重生的象征。

诺亚方舟是否存在尚存疑论,但在北京,承载着拯救生命、物种重生意义的 另一种“方舟”,已在人们身边悄然存在数年。在北京市畜牧总站的某间房内,一个个硕大的白色液氮罐中存储着许多畜禽的精液、胚胎、血液、DNA等遗传资源样本,将来即便这些品种绝种,也可以通过先进的生物技术手段释放其遗传物质将其复活。这个如同现代“诺亚方舟”一样的地方,名叫北京市畜禽种质资源库,也是“国家基因库——畜禽种质资源北方中心”,被称为畜禽的“生命银行”。

种质保护

为什么要保护种质?关于这个问题,北京油鸡的故事可以作为答案。三百多年前,在北京安定门、德胜门一带,出现了一种凤头、毛腿、胡子嘴的北京油鸡。北京油鸡虽然生长缓慢,但肉质细腻、肉味鲜美,备受老百姓欢迎。后来,北京油鸡引起了御膳房大厨的关注,将其送到了慈禧太后的餐桌上。这番“经历”令北京油鸡名声大噪,身价倍增,

被誉为“中华宫廷黄鸡”。中华人民共和国成立时,北京油鸡也以“国宴用鸡”的身份,登上了“开国第一宴”的餐桌。

但就是这样一只声名显赫的鸡,也经历过濒临“灭绝”的历史。20世纪70年代后,生长迅速、产蛋量高、饲料成本低的国外鸡品种陆续被引入中国,对一般须达到100到120日龄后方可作为商品鸡上市、作为蛋鸡饲养年产蛋量仅有120枚左右的北京油鸡,形成了极大的生存挑战。有了见效快、收益高的国外鸡种,养殖户纷纷“弃养”北京油鸡,以至于油鸡在原产区的养殖数量急剧下降,到了20世纪80年代,北京油鸡在普通的农家几乎已完全消失,仅存于保种场。这种困境直到1999年北京油鸡研究开发中心成立后才得以缓解,种群规模慢慢扩大,逐渐走出落魄光景。除单纯扩繁以外,科研人员还通过代遗传育种技术选育出具有高度一致性的新品种油鸡,使得北京油鸡的品种特性更加明显。如今,北京油鸡已经推广到全国大部分省市,其中以北京郊区养殖数量最多。

北京油鸡出身“名门”却濒临“灭绝”、最后走向“重生”,其背后正是种质资源保护这一严肃话题。不只是北京油鸡,包括北京鸭、北京黑猪等地方优良品种也都是种质资源保护的重点对象,而不幸的是,曾经常见的北京花猪,其核心种群如今已经寻找不到。

种质资源其实就是生物遗传资源,具有不可再生性,无论是古老的地方品种还是新培育的推广品种,或者重要的遗传材料,都可纳入种质资源保护的范围。中国是世界上畜禽遗传资源最为丰富的国家,已发现地方品种545个,约占世界畜禽遗传资源总量的1/6,但畜禽资源却呈总体下降的趋势。作为首都的北京,随着人口增长、城市化功能趋强等造成的环境压力逐渐加大,以及规模化养殖逐步减少、外来品种的不断引入等,地方品种的保护面临着极大的冲击。

“人力资源是一种战略储备,生物资 源也是一样。”北京市畜牧总站站长郑瑞峰如此形容生物资源的重要性。2013年,北京市进行畜牧兽医机构改革,将北京市畜牧兽医总站分成了北京市畜牧总站和北京市动物疫病预防控制中心。从那时起, “拆分重建”出来的北京市畜牧总站,开始了北京市畜禽种质资源库的筹建。

从0到1

很多人对于“种质资源库”这一名字有些陌生,但对于“种子库”却十分熟悉。在挪威的斯瓦尔巴群岛,有一座著名的“斯瓦尔巴全球种子库”。这座种子库建于永冻土地区砂岩山内120米处,常年维持零下18℃,且高出海平面130米,即使冰河融化仍能保持干燥。人类只有遇到核战争、小行星撞击、气候剧变、海平面上升等末日危机,且外界没有其他种子可用的情况下才能打开种子库,因此即使最坏的事情发生,它也能够让人类在这个星球上重新建立农业生产。

“斯瓦尔巴全球种子库”并非个案。无论是国内还是国外,都有一些机构在从事这些工作,不过这些机构多以保存植物种质为主,原因是动物种质资源的保存, 无论是流程还是难度都要高出不少。在中国,以政府机构为主体、针对畜禽种质资源库的建设更是少之又少,因此北京启动畜禽种质资源库的建设,可以称得上是一个“从0到1”的过程。

任何事物从0到1的过程都不会简单。由于畜牧总站场地有限,只能开展适度规模的存储能力建设,同时又受限于设备基础条件,环境温度和湿度可控性较差。为此,畜牧总站专门划分出了一块实验区,并在这一区域内引入了环境含氧量监测和罐体内温度监测等设备,对种质资源库的一系列“硬件”进行了完善。三年来,北京市畜禽种质资源库累计完成了设备接收25套,安装监控2个,样本管理系统、样本库温度和空气含氧量监测系统各1套,可实现未来15~20年内北京乃至全国范围内各种种畜禽精液、胚胎、血液、组织、DNA等遗传资源样本的长期性离体稳定储存,以及数据可追溯标准实验室化管理。

“硬件”有了,作为“软件”的质量控制体系和运行机制建设又成了一个问题。在此之前,全国还没有哪一个省级畜牧推广部门建立过这样的种质资源库,因此,要运行这样一个畜禽种质资源库,并没有现成的经验可以借鉴。如何建立起一

套完善且可执行的运营规范和方案呢?

几乎一切都是新的探索。据郑瑞峰介绍,2015年,种质资源库在基础硬件建设的基础上开始推进试运行工作,先后开展种质资源库功能区划分及试运行,时间长达半年。2016年,种质资源库又完成了“质量管理文件”8个环节内控程序设计,包括样本管理、人员管理、设备管理、样本库建设与管理、样本采集方案、设施与环境管理、文件管理、应急预案在内的多项程序,保障种质资源库的稳定运行。在实际工作中,这些程序和规范可能会遇到不适用的问题,因此种质资源库的工作人员还不断对其进行补充和完善,以实现种质资源库科学、稳定的运行。

如今,种质资源库已实现了从“超低温-低温”(-196℃~-80℃~-20℃)的生物冷链全覆盖运行;初步建立了常规遗传材料(血液、精液、DNA等)样本品种的分类、采集、运输、前处理、入库、日常监测等 环节的工作规范。该规范由管理规范和技术规范组成,管理规范包括实验室使用规范、仪器档案、仪器管理规范、实验室安全制度等;技术规范方面,已经构建了家禽微卫星DNA遗传多样性监测技术规程,进一步完善了种质资源库的建设。

选种入库

什么样的畜禽种质可以入库呢?这要从北京市畜禽资源说起。北京饲养畜禽历史悠久,品种资源丰富,目前有猪、牛、家禽、羊、马、家兔、特种经济动物7大类80多个品种,列入《中国畜禽品种志》的地方或培育品种有5个(北京油鸡、北京鸭、北京黑猪、北京犬、巴哥犬),配套系11个(京白、京星黄鸡100,京星黄鸡102、农大3号小型蛋鸡、京红1号、京粉1号、南口1号北京鸭、Z型北京鸭)。2016年,北京市又新培育京白1号、节粮蛋鸡配套系农大5号、栗园油鸡蛋鸡和京星黄鸡103配套系。这些畜禽资源,都在种 质资源库的保存范围内。

“种质资源库主要保存的是核心种群。”郑瑞峰说。过去多年对北京市畜禽品种资源的普查调研工作,为种质资源库对畜禽品种资源进行优选采样提供了极大便利。据介绍,目前北京市取得种畜禽生产经营许可证的种畜禽场197个,包括种猪场86个、种牛场27个、家禽场(蛋鸡、肉鸡)68个、羊场3个、马场5个,家兔场及其他场8个。其中国家级核心育种场5个(生猪3个,家禽2个);国家级保种场5个。本土畜禽物种的遗传资源应该得到有效的保存,因为未被开发的物种并不一定没有价值,随着科技的进步和对生命的深入了解,也许需要用到其物种的信息。但郑瑞峰也表示,“种质资源库在实际操作中,会优先选择珍稀濒危的物种、本土和地方上特有的畜禽。”

正如其所说,种质资源库并非只针对本土的畜禽物种进行采样。早晨8点30分,种质资源库的工作人员已从畜牧总站出发,

按照计划前往昌平的一家农场,对“远道而来”的羊驼进行采血。汽车后备箱里,真空采血管、采样箱、防护服、口罩等诸多采样装备已经码放整齐。数十分钟的车程之后,工作人员来到了位于昌平小汤山附近的羊驼养殖农场。农场中,百余头温顺又胆小的羊驼,一脸好奇地看着一个个穿着白色防护服、手里拿着采血针的工作人员。

不同的物种获取的样本类型不一样,采集方法也不一样,但一般都是进行非损伤性取样,保证物种受到最小的伤害。对羊驼采血使用的是真空负压采血法,这种采血方法如今在临床中应用十分广泛,其安全、可靠、快捷的优点已得到公认。工作人员熟练地找到羊驼的颈静脉,插入负压采血针。暗红色的静脉血缓缓流入真空采血管,几秒钟后,工作人员将针拔出,立即180度缓慢颠倒采血管八次,小心翼翼地将血样放入样品盒。工作人员介绍,这种真空采血管有很多种,这次使用的紫帽采血管(也叫血常规管)便是其中之一。“这种采血管里面有抗凝剂,抽完血之后慢慢振荡八次左右,让瓶子里的抗凝剂和血液充分混匀,这样采到的血样就不会凝固了。”

保存血样的关键在于低温。尽管是夏天里一个难得的凉爽天气,采样箱中也存有冰块,但这种条件并不能实现血样的长期存放,因此采样完毕后,工作人员立刻驱车前往实验室,对其进行DNA提取,并将提取后的一瓶瓶DNA装入冻存盒,带回种质资源库。资源库中,液氮储存箱已经准备完毕,工作人员穿上厚厚的防冻手套,带上护目镜,将装有DNA的冻存盒整齐码放进液氮储存箱。由于液氮的存在,这些DNA可以在零下170℃的环境中进行长期存放,等到需要使用这些遗传资源的时候,再将其取出进行释放。郑瑞峰表示,这里储存的种质资源,“可以通过遗传资源的交流,开展重要畜禽资源的纯繁选育,必要的时候,对畜禽资源保种群实 施提纯复壮,比如精子可做人工授精;胚胎可进行胚胎移植;基因组可做遗传多样性研究。也可以通过搭建的资源平台,利用科研机构的生物科技手段,对资源的遗传信息进行解读和利用。”

目前,北京市畜禽种质资源库保存北京油鸡、北京鸭的血样和组织1380份;优秀种猪血液样本600份、荷斯坦奶牛血液样本2628头份,包括荷斯坦、利木赞、安格斯、西门达尔种公牛精液共计700 剂;收集到青海细毛羊、卡拉库尔羊、藏系羊、小尾寒羊等品种DNA600份,马属动物遗传资源样本120份。这个占地面积约300平方米、由几间干净整洁房间组成的“国家基因库——畜禽种质资源北方中心”,其保存的种质资源不仅有力保障了北京畜禽资源活体和遗传物质保存“两位一体”遗传资源保护体系的建设,更有效助力首都高端种业的发展,让载满动物的“诺亚方舟”,从神话走入现实。

斯瓦尔巴全球种子库保存着全世界的农作物种子

工作人员采取羊驼血液样本

采集样本后,做好标记放入超低温冰箱保存

DNA样本被装入冻存盒中,送往种质资源库储存 工作人员将DNA样本放入液氮储存箱

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