让危如朝露的它们“生娃”有多难？

萧野

近日，浙江大学通过胚胎培养技术，成功培育世界首例百山祖冷杉胚胎，并形成幼苗。这份成果为百山祖冷杉人工繁育带来全新前景，标志着这种起源于白垩纪中期的“植物活化石”得以“开枝散叶”。百山祖冷杉目前的野生植株只有3株，在《中国生物多样性红色名录——高等植物卷》中被纳入“极危”等级。它们是何许物也？是何原因致其危如朝露？

第四纪冰期孑遗物种

浙江省西南部丽水市庆元县境内百山祖国家级自然保护区主峰——“百山祖”，海拔1856.7米，为浙江第二高峰，被誉为“百山之祖”。降雨多、湿度大、温度低是该地区的一大气候特点。该山海拔1700米处左右，生长着世上仅存的3株野生百山祖冷杉，最大的高约17米，最小的高约5米。

百山祖冷杉是松科冷杉属的一个树种，为中国特有植物，仅分布在浙江百山祖地区。根据现有研究，我国冷杉属共有28种（含变种和引进栽培的日本冷杉）。

冷杉起源于白垩纪中期（地球史上典型的温室气候期，约1.2亿～1亿年前），在地球生物圈生物地带性群落中，冷杉属植物多分布于寒冷湿润的高纬度、高海拔地带。但第四纪冰川时期到来，全球气温下降，冷杉分布区就向低纬度和中低海拔地区扩散。冰期过后，全球气温上升，我国南部低海拔地带不再适于冷杉栖身，于是其分布区向高纬度和高中海拔山地退缩，这造就了冷杉在我国南方呈孤岛分布的状态：台湾冷杉和巴山冷杉分布纬度较南，但在海拔2300米以上的山地；浙江残存百山祖冷杉；广西发现元宝山冷杉、资源冷杉；贵州发现梵净山冷杉；井岗山发现巴山冷杉新分布地。

百山祖冷杉、元宝山冷杉和资源冷杉由于植株数量少，零星分布，濒临灭绝，被列为国家一级重点保护野生植物，并被《中国生物多样性红色名录——高等植物卷》列为“极危”物种。元宝山冷杉林处于老龄阶段，目前有500多株野生植株；资源冷杉于1979年开始分别在广西、湖南、江西等处发现，野生植株近2000株。百山祖冷杉、元宝山冷杉在世界自然保护联盟（IUCN）《濒危物种红色名录》中为“极危”等级，资源冷杉为“濒危”等级。

从发现到定名历时13载

从外表上看，百山祖冷杉的树皮呈不规则龟裂，纵向裂块大于横向裂块，侧枝上密集排列的条形叶很独特，不像松树那样呈针状。枝叶整体看起来就像加长版的圆梳子。叶子中间的叶脉不像普通叶脉那样略微凸出来，而是凹下去的，叶子下面有两条白色气孔带。

百山祖冷杉通常每一枝节上直立生长着1～3个圆柱形球果，像长长的卵，长7～12厘米，直径3.5～4厘米，熟前绿色或淡黄绿色，熟时淡黄色或淡褐色。若是条件合适，它们会在4～5月开花，11月份球果成熟。球果由许多呈扇状四边形的木质鳞片组成，每个鳞片朝着中心轴的一面是冷杉呈倒三角状的种子，种子成熟时，球果的木质鳞片就脱落。百山祖冷杉的独特之处是冬天果鳞掉了以后，留下的果轴不凋落。

早在1963年的一天，在浙江丽水市龙泉县林业部门工作的吴鸣翔，与同事到百山祖考察途中，发现几株表皮灰黄色的针叶树。两年后，吴鸣翔被调到庆元县的林场工作，百山祖就在林场辖区内。他利用这个有利条件，多次实地观察那几棵树，发现它们的树皮、枝叶、芽鳞、花粉及生存环境，与其他已经定名的冷杉相似。不过，要证实这就是冷杉，还须采集树的球果。多年等候未果，直到1975年，吴鸣翔又一次来到那几棵树下，发现树上结出了淡黄色球果，终于确认它们是冷杉。

1976年3月下旬，《植物分类学报》编辑部在北京召开了百山祖冷杉鉴定会。吴鸣翔在中科院植物研究所专家的指导下，完成了题为《百山祖冷杉——中国大陆东南首次发现冷杉，属稀有珍贵树种》的论文并发表。吴鸣翔成为给冷杉定名的第一个中国人。

世存最稀有针叶树

百山祖冷杉究竟是怎样凋零至此的？孢粉分析显示，在第四纪冰期时，百山祖曾有大批冷杉分布。后来随着冰期结束，冷杉分布区域变小，加之人为因素的影响，最终在百山祖1700米处形成了一个小种群分布。

百山祖冷杉只分布于南坡，而非全山散生，可能与冷杉的喜好有关——高湿、低温的环境。当地年降水量可達2300毫升；南坡地势有些凹陷，相比北坡，光照较少，温度较低。而且南坡集水沟处避风，有利于冷杉躲过火灾。

1963年，吴鸣翔第一次发现百山祖冷杉时还有8株，后来因洪水冲击、移植到别的植物园、野生动物啃食等原因死了5株。《美国针叶树协会公报》1988年记录，到1987年，百山祖冷杉野外只剩下3棵树，成为“世界上最稀有的针叶树”。据观察，其中一株为雄性株，一株为雌性株，一株可能是雌雄同株。

百山祖冷杉居住在常绿落叶阔叶混交林中，它们极其勉强地与周围乔木争夺生存空间。山中多雨的小气候，导致水对地表土冲刷厉害，土壤贫瘠，树木生长缺乏必要养分，百山祖冷杉积聚养分用于开花结实的间隔期就很长，开花机会少，有时候10年才开一次花。冷杉是雌雄异花，雌花在上，雄花在下，而且雌、雄花开花时间不同，授粉极为不易；再加上冷杉靠风媒传粉，即使开了花，可往往花期正值雨季，花粉很容易被雨水冲至地面而无法完成受精。

现存的3株百山祖冷杉长势很差，种子难育，自然繁殖能力十分脆弱，被国际物种保护委员会于1987年定为“世界最濒危的12种植物之一”。它们是研究中国东南沿海冰川地质、卉气候和植物区系演替的重要资料，在地理学、气候学和生物学上意义非凡，使得当地政府和林业局于1985年在当地建立了浙江省级百山祖自然保护区，1992年又上升为国家级自然保护区。

人工育苗22年长2米

百山祖国家级自然保护区工作人员主要从两方面开展保育工作：一是将现存百山祖冷杉分布地划归为核心保护区，仅限科研人员活动，严禁采集；二是通过收集种子播种、枝条扦插等方式扩增个体数量，采用嫁接、实生苗移栽等手段，在核心区类似生境开展野外回归工作。

吴鸣翔等林业工作者很早就对百山祖冷杉进行保护拯救工作：1977～1986年间，先后采用异砧嫁接、扦插等办法一次次拯救百山祖冷杉。吴鸣翔曾谈到，异砧嫁接（选择亲和力较强的其他树种作承受接穗的植物体）如同“借腹生子”，可以暂让百山祖冷杉“延续香火”，但会改变其遗传性状，不是“纯种”；扦插繁殖类似“植物克隆”，能保存遗传性，但长势渐衰的3株母树身上并没有多少可供扦插的枝条，而且扦插成功的植株还偏矮小。虽然此前异砧嫁接与扦插繁殖有过开花结果的案例，但都算不上百山祖冷杉的“亲生子”，拯救工作“治标不治本”，最后研究人员走上了培育实生苗的道路。

百山祖冷杉雌球花向上、雄球花向下，花期正值雨季，不利于花粉传播，很难长出有效种子，自我繁殖十分困难。要培育实生苗，只有等到雌雄球果同时开花结果才有机会。1991年的一天，3株冷杉中的雌、雄两株冷杉终于同时开花。研究人员爬到树上进行同株、异株间人工授粉，以提高结实率。这一年秋天，百山祖冷杉终于结出有效果实。研究人员小心翼翼采下球果，进行晾干、分离，并测定有关数据后保存。

1992年春天，他们搭起棚子，模拟与百山祖冷杉相似的自然生存环境，分批播下种子，终于培育出了百山祖冷杉的“亲生子”——实生苗（直接由种子繁殖的苗木），再进行移栽。经过22年培育，存活的39株实生苗到2014年才长到2米多高，其中有几株于当年喜结球果。

目前在百山祖山顶附近（海拔1857米），通过群落构建、移栽嫁接等方式，工作人员已成功引种数十棵百山祖冷杉，但据现场调查，还未能正常有效结实。

首例百山祖冷杉胚胎培育成功

多年来，百山祖国家级自然保护区与科研院所合作，开展了百山祖冷杉遗传多样性和变异性、内生真菌、光合速率参数等研究，进行百山祖冷杉开花诱导、穗条扦插、沙培扦插、水培繁殖等试验，均取得初步成果，但成活率和保存率均不理想，能转化的成果却少之又少，成活的扦穗也难长成小树。

对自然繁殖困难的植物，通常会采用组织培养技术，即利用侧芽等组织材料进行人工离体无菌培养。此前，有多人利用侧芽等材料进行组织培养研究，但因各种原因均未取得成功。为给百山祖冷杉摆脱“极危”等级创造可能性，2017年8月，在浙江省林业厅支持下，浙江大学成立了百山祖冷杉抢救保护工程研究团队。百山祖国家级自然保护区百山祖管理处，与研究团队核心成员、浙江大学农业与生物技術学院陈利萍教授，签订了《百山祖冷杉组织培养研究试验》技术合同，以建立高效的百山祖冷杉离体保存及组织培养再生体系。离体保存是将植物外植体在无菌环境下进行组织培养，使其缓慢生长或停止生长，以便长期保存。

试验以百山祖冷杉未成熟球果为起始材料，将未成熟球果表面消毒后，剥取其未成熟胚，在含有各类营养成分的培养基中，进行离体无菌培养。可喜的是，近日终于培育出了世界首例百山祖冷杉胚胎，并形成幼苗。

此次胚胎培养成功为百山祖冷杉人工繁育带来全新前景，将“胚胎——种子——幼苗”的历程缩短为“胚胎——幼苗”，缓解了百山祖冷杉种子萌发率低、萌发速度缓慢等繁衍的困难。该研究成果已经申请国家发明专利。

从IUCN的《物种红色名录濒危等级和标准》相关指标来看，百山祖冷杉还将长期处于“极危”状态。当下关键的工作是组织人力、财力、物力，抓住百山祖冷杉难得的开花机会，通过人工授粉，获得有活力的种子，争取育得更多实生苗，尽快恢复和扩大野外种群。