探索种子生物学研究改善农业和粮食安全

邱园对本地种子功能特性的研究和知识交流为四家种子公司带来了直接的经济或环境效益，提高了作物信托慈善机构管理的三个基因库的效率，并通过联合国粮食及农业组织（FAO）影响了森林遗传资源管理（FGR）的政策制定和实施。这项研究已影响了鉴定和使用适应性良好的种子批次的行业战略，改变了英国和欧洲成千上万公顷农田的管理，提高了人们对本地物种种子种植的信心，并提高了成千上万入库种子的安全性。

研究人员在比较种子生物学方面的工作改变了农业实践、树种保护战略和作物基因库实践。

研究的影响

种子生产和农业实践

传统上，农业部门根据农艺管理条件下的表现来选择种子批次，而不对发芽表现和活力进行全面鉴定或量化。研究表明，对来自多种生境（从干旱地区到湿润森林；从沿海到内陆）的约 200 种植物（包括作物、作物野生近缘种和野生植物）进行热时间量化非常重要。这些发现改变了种子公司在农业和恢复性种子培育中选择适合用途种子的方式，以考虑农业和种子种植业对气候变化的适应和恢复能力。

例如，我们与大自然作物国际有限公司（Ahiflower）合作，当时他们正在英国种植一种潜在的新油籽作物，主要用于出口市场。他们委托我们进行研究，了解田间发芽对温度的要求，从而能够更可靠地在田间种植作物。另一个例子是，我们在本土种子科学、技术和保护项目（NASSTEC）中发挥的作用对斯科舍种子公司（苏格兰）本土植物种子的生产产生了有利影响，避免了在不适当的条件下播种而造成的浪费。

保护遗传资源

作物和森林遗传资源的保护面临人口增长、土地使用变化和气候变化的挑战。除其他问题外，这些问题还造成森林覆盖率、植物遗传资源和生物多样性的丧失。信息的缺乏和/或标准应用的不均衡限制了许多国家制定适当的政策工具来解决问题或提供森林和作物遗传资源管理的能力。我们在种子贮藏性状方面的研究和知识对国际农业和林业部门的政策制定产生了重大影响。

休‧普里查德担任三个基因库的审查顾问，这三个基因库拥有数以万计的种子、试管苗和低温登录种质。这些种子库优先保存对最不发达国家粮食安全特别重要的作物，并获得作物信托基金的长期资助。农作物信托基金支持《全球行动计划》，通过合理的全球保护系统，以有效性、效率和透明度为原则，保护和利用农作物多样性。

研究背景

邱园比较种子生物学组在接受种子生理功能性状作为环境压力和恢复力反应的调节成分方面发挥了关键作用。对种子功能性状的分析已经超越了全球数据库中常用的种子质量测量方法。

通过与十多个国家的核心合作者合作，已证明萌发性能环境调控的种间变异与政府间气候变化专门委员会（IPCC）确定的宏观环境有定量联系。对温度、水分供应和胁迫的反应差异解释了再生利基（微）环境的存在，并为种子行业选择适合用途的种子批次奠定了基础。我们的研究小组还发现，影响种子活力的性状（包括顽拗型种子的失水、在土壤种子库中的存活或持久性或干种子加速老化等性状）取决于细胞氧化状态，而细胞氧化状态是由植物和真菌广泛的系统发育过程中保持不变的机制决定的。最后，邱园研究小组在开发和应用树木种子干燥敏感性概率模型（取决于种皮率和种子质量）以及确定树木种子贮藏（特别是冷冻保存）的适当新兴技术方面发挥了至关重要的作用。

自 2012 年以来，邱园开展了四项咨询工作，在两项欧盟框架竞争性研究资助下与五家种子公司开展了合作研究和知识交流，参与实施了粮农组织的森林遗传资源保护政策，并发表了 50 篇关于种子功能性状的论文（一半关于种子萌发，一半关于抗逆性或存活率）。

简而言之，邱园的研究表明，环境对种子萌发性状的影响与农业生产息息相关，需要选择更合适的种子批次。开发并推广了农作物野生近缘种的种子热时间特征。

休‧普里查德（Hugh Pritchard）领导了生态种子项目的转化生物学工作计划。本地物种的种子生物学是种子培育用于栖息地恢复的基础。普里查德 领导了 NASSTEC 初始培训网络项目的科学计划，包括培训 11 名博士生，并与三家种子公司合作。这项研究最终发表了一篇《生物评论》（Biological Reviews）论文。有关树木种子干燥敏感性的新生态信息，以及有关低温保存作为新兴技术的益处的证据，改变了森林遗传资源的保护战略。研究小组开发的巴拿马树木概率模型已被广泛应用于世界植物区系（特别是澳大利亚、巴西和中国的植物区系），并与研究小组的其他工作成果一起被联合国粮农组织报告《世界森林遗传资源状况》引用。最后，氧化状态是衡量种子压力的一个通用指标，在许多植物和真菌的细胞中高度保守，这一观点已被接受，即所有种子最终都会死亡，即使在世界基因库中也是如此。因此，人们开始接受 “所有种子最终都会死亡” 的观点（即使是在世界基因库中），并重新评估基因库的管理。

有关方法

探索种子生物学可为改善农业和提高粮食安全提供宝贵的见解和工具。种子不仅对作物生产至关重要，而且还是遗传多样性的宝库。以下是研究种子生物学有助于实现这些目标的一些方法：

种子萌发和休眠： 了解调节种子休眠和萌发的因素有助于制定提高萌发率和同步作物生长的策略。这些知识有助于最大限度地提高作物产量和减少作物损失。

种子寿命和储存： 如果在最佳条件下贮藏，种子可以长期保持活力。对种子生理学和贮藏技术的研究可改进种子贮藏方法，确保向农民提供高质量的种子，尤其是在易受极端环境影响或新鲜种子供应有限的地区。

种子质量和活力： 种子质量对作物的生长和产量至关重要。研究种子生物学有助于确定与种子质量和活力相关的标记和性状，从而能够选择优良的种子进行播种。

种子处理和引种： 研究种子处理方法，如种子打底或用有益微生物包衣，可提高发芽率、早期生长和植物对生物和非生物胁迫的适应能力。这种方法可以改善作物的表现并提高产量。

种子携带的病原体和抗病性： 种子可携带导致作物病害的病原体。了解种子携带病原体的生物学特性，开发检测和消灭病原体的技术，对于病害管理和防止感染扩散至关重要。

遗传多样性和保护： 种子蕴藏的遗传多样性对作物改良和适应不断变化的环境条件至关重要。研究种子生物学可通过识别有价值的性状、收集和保存不同种群的种子以及建立种子库以确保为未来育种工作提供遗传材料，从而促进遗传资源的保护。

种子生产和质量控制： 深入了解种子的发育、成熟和质量控制过程，可以加强种子生产系统。这些知识有助于确保高质量种子的供应，降低作物歉收的风险，提高粮食安全。 

概览

• 为何重要

种子生物学知识不仅对了解植物再生和生态系统恢复能力至关重要，而且对植物保护、全球农业和粮食安全也至关重要。

• 研究什么

研究野生植物物种的功能特征，尤其是与萌芽、寿命和压力有关的特征。利用最新的实验室技术，我们测试了温度、水和盐度等环境变量对发芽的影响。这些变量对物种分布和灭绝风险具有重要影响。

• 谁使用这些研究成果

邱园是研究、保护、恢复、重新造林和作物育种的重要资源。外部利益相关者包括科研机构、政府、农业和技术公司以及食品、木材和制药行业。

• 邱园的优先事项

研究极端环境，寻找最耐压的种子，以帮助我们了解种子的寿命。我们的研究旨在解决包括气候变化在内的当今全球挑战。未来十年，邱园的目标是将 50% 的重点作物野生近缘种和 60% 的可贮藏树种储存起来。

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