为所有生命构建共同的未来

文/赵征南

2022 年5 月23 日是第29 个国际生物多样性日。在自然界中，生命的种类多样、形态各异，从飞禽走兽到花鸟鱼虫，从五颜六色的植物到我们肉眼无法观察的微生物群，它们一同构成了我们看到的这个丰富多彩的美丽世界。在“为所有生命构建共同的未来”的主题下，中国科学家在生物多样性保护方面贡献了自己的力量。

蕨类植物

对生活在现代都市的不少人来说，什么是生物多样性？也许只是一个模糊的概念。而在位于北京的国家植物园600万平方米的园区中，形态各异的植物遍布园区、和谐共生，让人们对生物多样性有了难得的直观感受。

2022年4月18日，国家植物园在北京正式揭牌。尽管园内展览温室等室内展厅暂时无法对外开放，游客没法目睹兜兰、千岁兰等近千种珍稀植物的风采，但游客依然可以在国家植物园户外展区看到上百种盛开的花卉和几千种其他植物。目前，芍药、月季等已进入最佳观赏期，五彩缤纷、绚丽多姿，各种花朵相映成趣，犹如一幅幅天然画卷。

生物多样性是人类赖以生存的条件，植物园则是生物多样性保护的主力军。目前，全世界共有超过2000家植物园，保存10万多种植物。我国是世界上野生植物种类最多的国家之一，现有约200家植物园，迁地保护植物2.3万余种，占本土植物种类的约60%。图为经过艺术对称处理的成都市植物园青少年植物科普馆的俯瞰图

最孤独的葡萄和土生土长的猕猴桃

据了解，全世界有30多万种高等植物，中国就有3.7万种，约占全球总数的1/10。作为一个以开展植物资源迁地保护、植物科学研究为主，兼具科学传播、园林园艺展示等四大功能的综合性机构，国家植物园目前收集了来自全世界的15 000多种植物，其中，珍稀濒危植物就有近千种。

迁地保护是指为了保护生物多样性，把因自然生存条件不复存在、物种个体数量极少等原因而导致其生存和繁衍受到严重威胁的物种迁出原地，移入动物园、植物园、水族馆等，或建立濒危动物繁殖中心、种子库等，进行特殊的保护和管理，为行将灭绝的生物提供生存的最后机会。

我国在植物多样性保护中，秉承就地保护、迁地保护、植物回归相结合的综合保护理念。其中，建设以国家植物园为引领的植物园体系，是迁地保护的主要形式，以逐步实现我国8 5% 以上的野生本土植物、全部重点保护野生植物种类得到迁地保护。（据生态环境部、《人民日报》）

据专家介绍，号称世界上最孤单的葡萄——百花山葡萄，是《国家重点保护野生植物名录》中的一级保护植物，野外植株仅存两株，都在北京。这种野生葡萄的叶子是掌状复叶，和其他葡萄相比有明显的区别。对这样一种极度濒危的野生葡萄，任其野外生存繁衍可能会灭绝，只能通过科学手段进行人工繁育保护，再通过栽培实验逐步开展野外回归。

梁振昌是国内在葡萄科学研究方面的权威专家，在他的研究基地，就有30多种野生葡萄资源。据他介绍，如今市面上的绝大部分葡萄品种都来自国外，但全世界70多个野生葡萄资源中，有40多个分布在中国，每个资源都有自己的特性，如果能利用好现有野生葡萄资源进行系统深入的研究，就能选育出更多惠及广大民众的好品种。

珙桐，中国独有的珍稀物种，国家一级保护野生植物，又名鸽子树，起源古老，是1000万年前新生代第三纪留下的孑遗植物，堪称植物界的“大熊猫”“活化石”。珙桐被誉为北温带最有趣和最漂亮的木本植物，花形奇特优美，到盛花期时，微风拂过，万花震动，如白鸽栖树，跃跃欲飞，非常壮观，是全世界著名的观赏植物

不仅是葡萄，在我们的日常生活中，形形色色的瓜果蔬菜都跟生物多样性有关。比如超市里经常能见到的新西兰进口猕猴桃，很少有人知道，它其实是源自中国的野生物种。

中科院武汉植物园猕猴桃种质资源与育种学科组组长钟彩虹说：“新西兰是利用我们国家的资源。1904年，他们的植物学家在中国采集各种各样的资源，带回新西兰，早期的苗圃商去培育、育种，真正把它育成结果的品种是在20世纪20年代。”经过选育形成的这种水果品种口味独特，从20世纪五六十年代起，新西兰就开始对外出口，后来逐步发展成为新西兰水果产业的一张名片。

中科院武汉植物园从20世纪六七十年代开始，持续开展猕猴桃种质资源科研工作，经过几代人的努力，目前保存了66种（含变种、变型）猕猴桃属植物的1471份资源，培育出了44个猕猴桃新品种。

钟彩虹说：“猕猴桃是土生土长的我们中国的树种，它是以中国为分布中心的。全球75个种类里面，中国就有73个，并且有很多猕猴桃属植物是中国特有的，这也是我们的优势—种质资源丰富。”

现在，武汉植物园已成为世界上重要的猕猴桃科研和品种选育中心，拥有全球猕猴桃遗传多样性程度最高、基因型最丰富的种质资源圃。中国的猕猴桃也因此在品种选育、产业规模上成为世界强国。武汉植物园自主培育的猕猴桃品种在全国累积种植面积达66.5万亩，在这几年脱贫攻坚的过程中，还作为扶贫产业在湖南、贵州、云南等地推广种植，为巩固脱贫攻坚成果发挥了重要作用。

中科院植物研究所所长汪小全说：“武汉植物园培育的猕猴桃现在形成了非常重要的产业，西双版纳热带植物园培育的橡胶，华南植物园培育的檀香……这样的例子非常多，对我们国家的发展至关重要，包括葡萄研发和芳香植物。植物研究所杂交的构树，还被列为国家精准扶贫十项工程之一，带动了20多万人脱贫。这些资源植物的利用，是利国利民的好事。”

构树扶贫工程，主要推行杂交构树“以树代粮、种养结合”“林-料-畜”一体化生态农牧业循环经济模式，是我国精准扶贫十项工程之一，也是其中唯一入选的农业产业化项目。该工程推广的杂交构树是中科院植物研究所在我国原生构树的基础上，研发改良的首个木本高蛋白、多用途的新品种，生长快、生命力旺盛、适应性强、用途广泛。

目前，全国已有2 0 多个省份开展种植。杂交构树易种植、门槛低，贫困农户种植杂交构树当年就可获得收益。据不完全统计，截至2 0 1 9 年年底，全国有2 0 0 多个县种植杂交构树，参与的杂交构树企业和合作社达6 0 0多家，在种苗繁育、采收加工、种养结合、构树产品开发等方面取得了阶段性成效，是我国产业扶贫的新途径，既发展了农业生产，让农民脱贫增收，又保住了生态，美化了环境，实现了“生产、生活、生态”的有机融合。（据《中国科学院院刊》）

在种质资源库，探寻物种延续的终极希望

丰富的植物资源不仅直接改变了我们的生活，植物的多样性更是人类赖以生存的基础。作为大自然的生产者，植物将无机物通过光合作用转化成有机物，从而为动物和微生物提供食物，人类的生活、生产和生态活动都离不开植物。然而，由于环境污染、全球气候变化等因素的影响，全球约21%的高等植物物种面临灭绝的威胁。

1883年，有一种植物在广东清远被发现，植物学家把它命名为报春苣苔。此后100年左右，人们都没有在自然界发现它的踪影。2000年，华南植物园的工作人员在野外调研时，在8个地点找到了报春苣苔，而且这几株植物都长在二氧化碳浓度非常高的喀斯特溶洞的洞口。华南植物园将发现的样本带回温室培育研究。

中科院华南植物园主任任海介绍，将报春苣苔作为模式植物进行研究，有助于了解植物在高浓度二氧化碳环境下的适应机理，在我国实现“双碳”目标的过程中，这种能吸附二氧化碳的植物可扮演重要角色，有重要价值。

像报春苣苔、百花山葡萄这样的濒危物种，一旦灭绝，就会导致植物多样性的丧失，对其进行迁地保护，通过科学手段繁育，能够为其种群繁衍提供保障。

中国，是世界上生物多样性最丰富的国家之一。

长久以来，我国以最积极的态度建立国家公园、自然保护区、生态走廊等，对濒危植物资源进行抢救性保护，起到了较好的效果。随着人口的继续增长以及环境的不断变化，“种子（质）库”这一新颖的迁地保护模式开始在中国发芽生长。其中，位于云南昆明北郊的中国西南野生生物种质资源库，是我国唯一的国家级野生生物种质资源库，目前保有的植物种子超过1万种，规模居世界第二位。

种质库更神奇的作用在于，假若某个物种在野外灭绝，通过贮藏种子的野外回归，或许有机会创造“亡者归来”的奇迹。种质库的背后，种下的是一个个物种得以延续的终极希望。

人类对种质库这一大科学设施到底有多重视？中国西南野生生物种质资源库主任李德铢研究员打了个比方：种质库所在建筑只有4层楼，而地基质量足以盖起40层楼，“因为它是百年大计、千年大计”。

采集种子是知识和耐力的考验

前段时间，“种子猎人”刘成从无量山带回了一位“新科长”——美丽桐自此正式落户中国西南野生生物种质资源库。

科，是物种的一个分类等级。最早，被子植物分类的话语权完全掌握在西方科学家手里；当中国科学家开始参与分类时，大部分科已经建立。美丽桐科则是我国植物学家发表的第6个被子植物科。

亲手采集到种质库美丽桐科的第一份种子，这是刘成简单的小幸福，更让他感受到民族自豪感。

蔡杰是种质库的第一批采集员，他永远忘不掉那段西藏墨脱之行。在那里，数小时内，便可领略从巍峨雪山到热带雨林的千姿百态，一山显四季，十里不同天。“让我心动的不仅是祖国的大美河山，更重要的在于，作为中国人在自家土地上摸清家底，填补一些空白。带回种质库的每一粒种子，都意味着沉甸甸的责任，”他说，“种子在哪儿，我们就去哪儿。植物何时结种，我们就何时出发。”

为采集足够量的种子，蔡杰和同事有时必须从山脚采到山顶。俗话说，“一母生九子，九子各不同”，为使采集到的种子尽可能地代表物种的遗传多样性，同一种植物需进行不同居群的采样。再考虑到日后的保存、研究，一份种子的数量通常为2500～10 000粒，每个居群的个体数不少于50个。

局群是划分生物的一个层次。2 0 世纪六七十年代，英国著名植物分类学家海伍德就明确提出，我们面对的每个物种都是一个居群系统。自然物种并不是由个体直接组成，而是个体在特定时空中按照一定规律集合成居群，再由不同居群有规律地组成物种。研究物种的居群系统比研究单份的标本更能获得对一个物种的科学认识。

虽然经典分类学家采用模式概念与模式标本的方法，用某一模式标本代表某一物种，但个体只能在一定程度上代表物种，并不能完全代表物种。而居群概念和居群研究方法，能让人们更准确地理解和处理好物种内的个体变异和变异幅度，正确处理与物种鉴定特征有显著差异的异常个体，更好地理解标本上的变异，同时处理好疑难复合群。（文/陈家宽）

也就是说，每一种物种种子入库，一般要采集至少2500粒健康饱满的种子。“2500粒是算出来的，也是根据采集实践得出来的。”蔡杰介绍。因为恢复植物种群至少需要50个成年个体，按照种子最低10%左右的成苗率，再加上每隔5～10年开展萌发实验的耗损，按照200年的保存期限，算出来应该保存2400粒左右健康饱满的种子。而整个种子收集网络有超过百家科研院所、保护区和高校参与，为了便于一线工作人员掌握，种子保存数量的下限定在了2500粒。“这是经过长期实践和数据支持计算出的最优数量。”

保存种子数量越多，对单个物种未来的恢复和利用肯定越有利。但有些植物野外个体本身就已经很少，过度采集可能影响植物野外生存；另外，种质库空间有限，单个物种种子数量过多会挤占其他植物的空间。为尽可能减少对目标物种生存或繁殖更新的影响，采集的种子量应不超过当时可采集量的20%，也被称为“20%可获得种子量”原则。

此外，采集员还须根据果实和种子的形态等，对种子的成熟度进行判断，成熟度与种子的初始活力密切相关，而活力是种子保存能否成功的基础。

除了种子，采集员还会采集凭证标本、DNA 叶片材料，记录采集时间、地点、经纬度、海拔、所采植株数、土壤类型、周围环境和植被状况等相关野外信息，拍摄生境、植株、花或果的特写等照片。

一些情况下，若是“缘分”没到，采集员只能白跑一趟。蔡杰以云南禄劝的平当树为例：之前，与它相关的记录极少，第一年没找到；第二年深秋，位置找对了，但花期已过，于是又回到种质库进行人工培育；第3年，才确定了花期在9～10月；第4年，终于在花期成功实现野外采集。

种子采集并非探险，采集员往往会提前做足避险措施，但这并不意味着没有风险。“遇到过野兽、毒蛇，被红火蚁、山蚂蟥、马蜂叮咬早已是家常便饭。有时，连植物也不好‘对付’。”蔡杰记得，采集火麻树种子时，被树枝上的刺毛蜇到，一股剧痛迅速从手臂传到心脏，连呼吸也变得困难，一周后才消肿。后来听说，火麻树刺毛的毒性很大。

西南野生生物种质资源库保存的植物种子

蔡杰始终认为，种子采集并不是对身体的挑战，而是对知识和耐力的考验。在同一片区域，往往生长着很多外形相似但物种不同的植物，因此，种子采集员在采集时绝不能弄混。蔡杰是植物分类学博士，从20岁出头采到年近不惑，和种质库一同成长，知识储备已足以应对这样的挑战。

随着种子采集的物种数量破万，种质库物种数量的增加速度趋缓。“容易采的物种都采到了，相同物种种子采集也有饱和的那一天，接下来的工作肯定越来越难。”蔡杰表示，采集队伍已经做好了应对挑战的准备。

对待种子像母亲对待孩子般全心呵护

种质库位于昆明北郊黑龙潭。在这里地下一层一个相当于两层楼高的空间内，有5个总面积为220平方米的冷库。

一般来说，利用低温、干燥的方式，能保存种子的活力。以玉米种子为例，在室外保存632天，萌发率就会从97.5%下降至50%，但在种质库冷库环境内，理论上在900年后，仍有50%的萌发率。根据理论模型预测，棉花种子的寿命，甚至有望突破6万年。

专家介绍，在一定范围内，储存温度每降低5℃，种子寿命就增加一倍；种子含水量每减少1%，种子的储存寿命就延长一倍。综合考虑科学性和可行性之后，种质库选择了“-20℃、相对湿度15%”这一低温干燥条件。

进入冷库，映入眼帘的是一个个玻璃瓶。大瓶里装的是体积较大的种子，小颗粒种子被放在小瓶里，然后再放进密封盒。“每个瓶子里还放置了变色硅胶作为指示剂，一旦受潮能及时发现。”种子管理组组长何华杰说。在冷库内，记者看到了《国家重点保护野生植物名录》中一级保护植物珙桐等濒危植物的种子，以及平日很难见到的竹子种子，甚至还有野生稻种子。

为什么会存放野生稻？种质库的收集目标须遵循“3E”标准，即Endangered（濒危）、Endemic（特有）和Economically important（有重要经济价值）。野生稻和哪个“E”有关系？何华杰向记者解释，包括野生稻在内的农作物野生近缘种，和“有重要经济价值”密切相关。现代农业在追求高产优质的同时，导致作物的遗传多样性大大丧失，品种单一化。杂交稻技术中的雄性不育系，正是野生稻，但目前，我国野生稻的种类和分布区域都在急剧缩减，因此，保存野生稻的种质资源意义重大。

根据操作规范，一份种子入库之前要经历签收登记、初次干燥、清理、质量检测、计数、再次干燥共6个实验室步骤。其中，两次干燥是为尽量去除种子中的自由水（种子中的水分按其状态和特性可分为自由水和结合水。自由水存在于种子的毛细管之间，很不稳定，在0℃时就会结冰），防止低温下种子因细胞间隙和细胞内结冰而受到伤害。

进入冷库，并不代表种子到了处理的终点。“我们很容易判断动物或植物是死是活，但种子的活力很难辨析。”萌发实验员杨娟表示，很多种子都在休眠，需要通过萌发实验来检测种子的活力。

95%以上物种的萌发实验条件都是未知的，80%的温带、极地种子会休眠，且休眠的深浅程度不一。以野生大百合为例，两年的时间里，杨娟在它身上用了不同温度、不同基质、不同时间的十几种组合定温及变温条件，但每一天，打开培养柜，她只能在记录本上无奈地写下“0”。她从没放弃努力，第3年，她决定模仿大百合生长的四季温度环境，从春到冬、从夏到春、从秋至夏、从冬到秋，同时进行这4种模拟条件下的实验。最终在次年夏天，种子变“大”了，胚芽变得更宽更胖。终于，她可以在萌发记录本上记下“1”。

“对待这些种子，就像母亲对待孩子，全心呵护。”杨娟表示，每份种子她会设置3～5个条件的萌发实验，每周都要对每个实验进行统计，以探索最佳的实验条件。有些物种自播种至实验结束，实验过程可长达1000多天。而在种子入库的5～10年后，杨娟会组织再次萌发实验，观察种子在贮藏期间的活力变化，一旦低于75%，便会繁殖育种，或是重新去野外采集。

目前，复旦大学生命科学学院教授钟扬采集的高原种子中，一部分就储存在种质库。那么，这些种子的活力保持得如何？“钟老师的种子非常好，萌发实验显示，活力保持得很不错。”杨娟告诉记者，在高原种子的萌发中，起初遇到了一些坎儿，“我们认为高原极端环境下种子都能萌发，那么在更‘友好’的相对高温的环境下，种子应该更容易萌发。事实上，很多高原种子在相对高温下不萌发，只会在它原先所处的低温下萌发。”

“种子是最容易保存的种质资源。”何华杰介绍，在种质库，还有另外3种保存方式：第一种是超低温保存（-196℃的液氮中），对自然界约20%在低温、低湿度条件下会失去活力的顽拗型种子，比如杧果、椰子等，可以把种子里的胚、茎尖等组织取出来，通过渗透包埋处理，放到液氮里保存；还有一种是离体保存，主要针对兰花等难以用种子保存的植物，保存的材料包括试管苗、愈伤组织、块根、块茎、球茎及其他微繁殖体或培养物；第三种是保存DNA，将植物的DNA 提取出来进行低温保存。

在何华杰就职于种子管理组的前13年，种质库保存了中国1/3的种子植物。他期盼着，到自己退休时，这一比例能上升到2/3。

钟扬（1 9 6 4—2 0 1 7），生前为复旦大学生命科学学院教授、博士生导师，长期致力青藏高原生物多样性研究和保护。

种子资源事关国家生态安全，事关整个人类未来。青藏高原是国际生物多样性热点地区，拥有我国最大的生物“基因库”，但国内外种质库都缺少收藏，而在全球气候变暖和人类活动的影响下，一些植物正在消失，抢救性收集记录迫在眉睫。

钟杨教授率领团队，在青藏高原为国家种质库采集了数千万颗种子，对高原特有植物，进行了系列抢救性收集记录，建立了青藏高原特有的植物“基因库”，为国家提供了重要的生态安全储备资源；他艰苦援藏1 6 年，足迹遍布西藏最偏远、最艰苦的地区，为西部民族地区的人才培养、学科建设和科学研究做出了重要贡献。2 0 1 7 年9 月2 5 日，钟扬在赴内蒙古为民族干部授课途中遭遇车祸，不幸逝世，年仅5 3 岁。

钟扬将毕生精力献给了国家生态安全事业，他用生命在祖国大地上，播种下希望，播种下未来。他爱国奉献的精神，感染、影响着无数人。（据共产党员网）

种质资源是国家的战略资源和核心竞争力

那么，为何要为小小的种子建大科学设施？

中科院昆明植物研究所种质资源库首席科学家李德铢说，千万不要小看这“小小”的种子，种质资源是一个国家的战略资源和核心竞争力。老一辈植物学家常说，一个物种影响一个国家的经济，一个基因关系到一个国家的兴盛，谁掌握了大量的种质资源，并且研究得最深入、利用得最多，谁就能把握生物技术的未来。

建设种质库能有力保障我国生物战略资源安全、助力作物改良创新和新作物筛选、科学管理国家植物资源，并促进我国相关学科体系的发展。它将为我国野生生物种质资源的保护、研究、开发及合理利用，提供技术支撑条件和决策依据。

要像重视芯片一样，重视物种基因的保护和挖掘。作为大科学设施，种质库一定要做一些前瞻性、战略性、基础性的研究工作，这样才能实现种质资源的增值服务。

那么，种质库为何要对植物极小种群等都给予重点关注？毕竟有专业人员认为，物种消失是自然规律，不需要去专门保护一个仅有几株的植物。

李德铢解释道，保护植物极小种群，对维护生物多样性、基因多样性而言意义巨大。一种植物的灭绝，可能导致十至数十种相关生物出现生存危机乃至灭绝。一个鲜为人知的物种，无论从生态系统的功能性，还是未来遗传资源保护与发掘利用来说，都有生态、科学、文化、经济方面的潜在价值。目前，我国对极小种群种子的野外收集工作已取得不小进展，在极小种群的野外回归方面也做出了尝试。

当一个物种快要灭绝时，就要开展生态修复，这是保存种质资源的作用之一。但野外回归难度较大，要花大量的功夫。一棵树在野外成活还不算回归，真正的野外回归应当是种群生态服务功能的整体回归，这需要时间，也是种质库下一步的重点方向。

种质库建设初期，主要着眼点还是在国内。如今，种质库已是具有重要国际影响力的野生生物种质资源保藏设施，保藏能力达到国际领先水平，有能力在世界范围内发挥更大作用。接下来，种质库还将继续提升种质保有量，预计再收集5000～6000种。未来还要进一步加强国际合作，提高中国种质库的国际话语权。

目前，在支持种质库建设的力量中，还是政府、科研院所、专家学者居多，未来应更加多元，特别需要社会力量的支持，植物方面的公众教育也亟须弥补。