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记者探秘昆明植物研究所种子库:打造中国的“诺亚方舟”
发布时间:2011-11-07 15:10:17
 

 

图片说明:约2亿粒野生植物种子被冰封于冷库中李久红摄 

图片说明:被冰封的种子可保存上千年李久红摄

《后天》、《2012》、《彗星撞地球》,洪水滔天,天崩地裂,生物圈崩溃,物种灭绝,人类无处可逃……灾难随时都会来临,这是好莱坞大片中的末日景象,也是人类与生俱有的梦魇。如果真的有那一天,人类将如何继续生存? 

虽然仅仅是人们对灾难最残酷的想象,但科学家们早就开始思考这个问题。凡是涉及到有花植物的繁殖,都与种子分不开。从人类生活中开始出现农作物后,植物种子的重要性便凸现出来。中国科学院昆明植物研究所种子库建成之前,植物学家们早已开始与世界各地的植物园进行着种子的交换,并且储藏种子进行种植和繁殖。英国千年种子库1997年启动,已实现了保存全部的英国植物种和全球10%的植物物种的目标。中国西南野生生物种质资源是继英国千年种子库之后,为保护生物多样性和实现全球植物保护战略的又一重大计划,因建立在生物多样性热点地区而备受国际关注。

兰花种子,采集细如灰尘 

走进中科院昆明植物研究所种子库,一股大自然的气息扑面而来,那是连接种子最后的贮存地的一间间种子处理间。一粒种子,从野外采集回来,需要经历初干燥、清理、二次干燥、登记、封装等程序,最后入库,并且每隔510年要取出样品出库重新检验一遍,以确保它们还能发芽。

种子清理间里,工作人员正在对采集回来的种子进行清理。种子采集员郭永杰介绍,他们采集过的最小的种子细如灰尘,如兰花的种子;最大的种子有三四十厘米、新鲜时重达10余千克,如双椰子的种子。在细如微尘的种子里取出砂粒是一件需要耐心的事。清理员们每天大多的工作就是在这些微尘中寻找微尘。“很多时候很枯燥,更多的时候,你闻着种子的清香,也很有乐趣。”一位正在清理兰科种子的工作人员说。 

种子清理好后,便要送进干燥间对其进行干燥处理。干燥间设在地底下6,仅是彩钢夹心板的门就有20厘米厚,这是为了保证温度和湿度,它和冷库相连。顺着楼梯下去,进入了一间长形空间约80平米的干燥间,顿感温度骤然下降。“我们最近每天都在双15度的干燥工作间里工作,这是种子进入冷库的最后一道程序——干燥和分装。”种子管理员秦少发说,所谓双15,指的是温度和空气相对湿度都是15%,在这样的温度和湿度下,能将种子的含水量降到5%左右,是干燥种子的理想环境。

种子完全达到干燥指标后,将其放入一个绝对密封的瓶中,因为种子大小有别,瓶子的大小也不一样。瓶中装有测试湿度变化的一小袋透明硅胶,如果硅胶颜色变成了红色,就表明种子湿度变化了。秦少发说,“别看一个小瓶子,可都是从法国进口,为了让种子有一个安全的小家。” 

那么,是不是所有的种子都要进行干燥处理呢?种质保藏中心主管杨湘云博士说,凡是入库的种子都需要先干燥,但有些种子却不能被干燥,干了以后它们就丧失了活力。如板栗、芒果、木瓜的种子,像这样的种子不能在种子库里保存,只能通过其他方式对这些物种资源进行保存,比如,在昆明植物所里就有种质资源圃,可种植在圃内保存。

上千种子,静静地“冬眠” 

15度的空间让种子得到了精心干燥,装入瓶子这个小家后,种子们就进入了能冬眠很久的大房子——零下20摄氏度的冷库。在这里,种子可以保存几十年、数百年,甚至上千年。按杨湘云的话来说:“种子保存,是为了万无一失,万一这个植物种真的在地球上灭绝了,我们还可以从这里找到它的种子。”

在种子库中的主要农作物的种子究竟能保存多少年?杨湘云介绍,根据英国皇家植物园丘园的种子信息数据库里的种子活力参数预测,在经过双15度干燥,保存于零下20摄氏度的种子库中,小麦种子能存活1615年,而在室温下只能保存503天;水稻种子能存活1920年,室温下只能保存874天;大豆能存活769年,室温下只能保存628天。 

从外面看种子库,并不觉得它很大。但当你穿上羽绒服,戴上防冻手套,走进地下种子库,打开厚重的密封门,冷空气扑面而来,这时,你就会感觉到它的深不可测。杨湘云介绍,冷库占地600平米,冷库地下室的墙壁厚达40厘米,其建筑标准堪称中国之最。在空气相对湿度15%零下20摄氏度的恒温环境中,573244851份种子们静静地“冬眠”于密封瓶的罐内,其中来自青藏高原的野生植物种子已近7000份。在零下20摄氏度的环境下不能呆多少时间,为了避免发生意外,冷库进门处有一个安全按钮,种子管理员进门后都必须按一下,一定时间后会自动报警。种子库中设计了双回路供电,一条线停电了,会自动切分到另一条回路。如果两条都断了,还有备用柴油发电机持续供电。冷库的抗震能力也是一流的,设计了8级抗震。

一份种子从采集到位到入库最快大约需要两个月的时间。杨湘云说,种子库计划将于2020年收集保存1万种10万份野生植物的种子,将占中国有花植物物种总数的1/3 

文章插图图片说明:采集种子的地方风景如画

像胎儿般,传承植物基因 

种子在很多人眼里是静止的,但在科学家眼里,种子却是有活力的生命体,“它和人类一样,就像是人类的胎儿时期,只要精心养育,它就能像人一样成长,古莲的种子就已经被证实能在千年之后萌发。”杨湘云1994年开始学习种子贮藏生理学,她说,种子也像胎儿一样,是植物个体的遗传载体,每个种子都是小胎儿。在合适的时候生长、发芽、开花、结果,就像人类生长发展过程一样。

对于年轻的种子管理员何华杰也是一样。他在种子库里负责对种子们进行萌发实验,“你们看我们的工作很枯燥,我可不这样认为。”何华杰认为自己是在让一个个小生命出生。他做实验的二十粒马先蒿的种子已经萌发,长出了青青的嫩苗。何华杰说,存放在冷库的种子一般是选择珍贵、濒危的种子入库。“濒危性,是最重要的标准,其次还要兼顾独有性和经济价值。”珍稀濒危植物堪比动物中的“大熊猫”,目前,种子库已经对弥勒苣苔、云南蓝果树、喜马拉雅红豆杉、云南金钱槭等重要珍稀濒危物种进行了保存。 

每种濒危植物的背后都有故事,弥勒苣苔是中国特有植物,1906年被法国传教士在云南采得标本后,再未被发现,一度被认为已经灭绝。20069月,被昆明植物研究所税玉民博士在云南石林再度发现了300多个野生植株,这一发现震惊了植物学界,目前,该植物的种子已经被妥善地保存在种子库。而诸如此类的植物,怎样才能保证其在经过了精心处理后保存多年再次焕发生命的活力?这就是每五年一次的萌发实验。何华杰介绍,一般来说,每五年测一下种子们的活力,如此重复,能够确保和判断这份种子是否还活着。

让一粒种子萌发,前提是要有合适的温度和水分条件,并且具备有活力的胚、足够的营养储备和不处于休眠状态。“你会看到种子在一定的温度和水分下慢慢孕育,胚根长成了植物的根,胚芽以后长成植物的叶和茎,这是一个让人快乐的过程。”何华杰觉得,自己的工作也许现在看起来是微不足道的,但是从更大意义上说,自己可能在做一件千秋万代的大事,“如果在几千年后我们人类都不存在了,但这些种子还活着,说这些种子就是我们人类的‘诺亚方舟’,一点也不为过。” 

前世今生

中国的“诺亚方舟” 

“怎么保存野生生物的种质资源,怎样打造一个保存种质资源的国际先进设施?”提起种子库,杨湘云博士颇有感慨,她从建造种子库之初到种子库开始运行到日臻完善的今天,她陪伴着种子库一起成长了十年。

十二年前的199988,中科院院士著名植物学家吴征镒院士致信国务院,提出“十分有必要尽快建立云南野生种质资源库,对其中有近期开发价值的野生种质资源进行遗传背景的分析研究,提取DNA进行分类保存,在此基础上进行合理开发……这是中国生物技术产业全球竞争的战略重点,是国家利益所在,这个重要的事情不能再拖延下去了。” 

吴征镒之所以建议将野生种质资源库建在云南,他在信中说:“云南省拥有植物15000多种,约占全国的五成……是中国未来生物技术发展的根本性资源基础。”

中国植物学会的理事长洪德元院士上世纪80年代至90年代在云南考察野生稻,他发现从上世纪80年代的云南野生稻分布从26个野外点到1995年只剩了2个,消失率高达92.3%;昆明植物研究所研究员高立志1996年发现疣粒野生稻消失率高达95% 

“据权威的气象专家预计,在本世纪末我国年均气温有可能上升3.5摄氏度,一些植物适合生长的条件都将消失。”为野生植物的未来打造一个家,也是为了人类继存的根本。

英国千年种子库1997年启动,已实现了保存全部的英国植物种和全球10%的植物物种的目标。中国西南野生生物种质资源是继英国千年种子库之后,为保护生物多样性和实现全球植物保护战略的又一重大计划,因建立在生物多样性热点地区而备受国际关注。 

如果去打造一座现实意义上的“诺亚方舟”,在当时并不是一件容易的事。“我们要先进行可行性研究,弄清楚具体应该建什么,用什么工艺技术保存各种类型的种质资源”。杨湘云记得,当时由省科技厅主持成立了一个种子库的前期工作小组。工作小组的成员有中科院昆明植物研究所、中科院西双版纳热带植物园、云南省林科院、云南省农科院、云南省环保局、云南大学、云南农业大学、西南林业大学等科研单位和大学的专家们。

种质资源是指地球上所有生物种质的遗传多样性资源,包括数以万计的动物、植物、微生物和它们所拥有的基因,即包括全部动植物野生物种。通过国内外调研,工作组的专家们形成了种质库的建库内容:种子库、植物离体库、DNA库、微生物库和动物种质资源库以及植物基因组学和种子生物学实验研究平台。 

“当时在做前期工作时因为只是一个设想,不能肯定地知道能否立项。现在回过头看,19998820091124国家验收,十年的时间终于做成了这件利国利民的大事”,杨湘云充满喜悦地说。

文章插图图片说明:选择珍贵濒危种子入库李久红摄

图片说明:冰封的种子 

实地采集

种子采集就像野外探险 

作为中国野生植物种子库的种子采集员,28岁的郭永杰和他的同事们大部分的时间都在搜寻西南地区的濒危植物。而在3年时间里,这种种子采集工作也无异于野外探险。

“我们不能开着车收集路边长的那些植物,相反,我们必须走进深山老林和气候变化巨大的高纬度地区。在云南、贵州、广西、西藏的很多地区,我们经常一只手抓在石灰岩层上,另一只手收集种子。” 

尽管这样的工作很危险,要一把好身体,要学会爬树、攀岩,要与蚂蝗、蛇类为伴,面临危险、忍受伤痛,但郭永杰和他的同事们却年复一年,在为种子的存续付出。他觉得,这种行动对于保护中国超过3万种植物样本非常关键,而这3万种植物中的一半不会在世界其他地区出现。

“人类对植物的评估往往是滞后的,濒危性却是动态的,我们只能不停地收集、不停地保藏。”郭永杰说,种子采集,简言之便是采集植物的标本和信息,首先需要具备植物学的基本常识,初步判断种类及成熟度,然后采集野外数据、标本,并拍摄照片,最关键的是要注意种子不能混杂,采集之后需要用透气的布袋装运,并且要及时摊晾阴干,否则种子会死亡。 

郭永杰采集种子3年,其中有苦有乐,更有很多收获。在郭永杰的眼里“不同的种子有不同的形态,每粒种子你仔细观察都是很可爱的。最小的种子,如兰花的种子,像粉尘一样。我还采到过世界上最大的油瓜种子,种子占了果实的一大部分。”

最记忆犹新的是,郭永杰20099月与同事前往西藏林芝地区进行种子采集,收集相关物种分布和物候资料。“我们到了察隅县,爬上了海拔5100多米的地方找种子。”最后一天采集,郭永杰记得,那一天都在下大雨,他们采集乔木,一根很大的树枝掉下来正好打在了他头上,头出血了。而在察隅县,他们只找到了山下一个偏僻的卫生所,只有一个在产房里工作的医生,“我生平第一次在产房缝了两针”,郭永杰笑言。 

白天的工作完了,到了晚上队员们还是不能休息。他们要对采到的种子进行分类处理,有些浆果类的,要先清洗、晾晒,最后用布袋分装。有时候装不下,就通过邮寄的方式寄回去。

采集种子过程中,采集植物标本也是队员们的一个工作内容。对于不认识的种子,通过标本进行鉴定是最好的办法。每一份种子都要确定一个标本,并详细记录采下的种子和标本的地点、时间、海拔和经纬度,乔木还是灌木,在当地的利用等。这是一项又要体力还要脑力的劳动。“出来的时候车上装200多公斤物件,回来时就是成倍了”。 

从一个县城到一片森林,从一片水域到一座高山,从低海拔到高海拔,种子采集员们遇到过水灾、旱灾、泥石流,他们风餐露宿,遇河涉水,遇山攀登,就算在高海拔的地方难以入睡,清晨曙光初露仍然一样早起赶路。

“俗话说,风光总是在最险峰,所以我们心中蛮有乐趣的,工作让我们不断丰富了对这个世界的认知。”有一次,采集员们从金沙江河谷去巧家县采种,垂直海拔爬了1000多米,又累又渴。顺手摘下仙人掌的果子,边吃边赶路。沿途的山林小溪,奇花异草、流泉飞瀑,让采集队员们心旷神怡。 

杨湘云说,为了让搜集范围覆盖中国更广的地区,种子库目前已经联合全国50多个大学和研究所、13个自然保护区组成了以西南地区、青藏高原为中心,向全国辐射的种子采集网络,600多位科研人员加入到了种子采集中来。(邓建华)

图片除署名外均由中科院昆明植物研究所提供

 

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作者:佚名 来源:云南网 编辑:中国环境频道打印此文】【加入收藏】【字体:
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