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我在西藏收集種子的故事

2024-12-07 00:00:00鐘揚
視野 2024年22期

大家好,我是鐘揚,植物學(xué)家,來自復(fù)旦大學(xué)和西藏大學(xué),非常高興今天有機會跟大家講一講種子的故事。作為植物學(xué)家,我們經(jīng)常在講,一個基因可以拯救一個國家,一粒種子可以造福萬千蒼生。

1984年,我大學(xué)畢業(yè)以后到中國科學(xué)院工作了16年,是在中科院的武漢植物研究所。我們所里面最重要的一個植物是獼猴桃,它是1904年由英聯(lián)邦國家的傳教士和那些專門來尋求各種各樣奇花異草的人,在湖北宜昌農(nóng)村意外發(fā)現(xiàn)的,我們叫他們“植物獵人”。

我們今天知道它叫獼猴桃,可是當(dāng)時即使在宜昌城和武漢都沒有人吃它。找到這種植物以后,他們覺得它成熟了以后味道非常美,而且有一種特殊的風(fēng)味。我們現(xiàn)在知道它維生素C的含量特別高,酸和甜的比例會隨著時間變化帶給這種水果一種特殊的味道。

他們當(dāng)時從樹上剪下來二十多根枝條帶了回去。在我們現(xiàn)在植物學(xué)家看來,這簡直是個意外。為什么?我們今天知道了這個植物是雌雄異株,所以他光把雄的剪回去,或者把雌的剪回去,是無論如何不能繁殖的。而當(dāng)時全世界的生物學(xué)家沒有一個人知道植物的雌雄異株的機制。

而像這種雌雄異株的植物需要巧合。二十多根枝條帶到了英聯(lián)邦國家,最后終于傳到了新西蘭。最后在新西蘭他們居然用一個副本,一個雄性和兩個雌性進行雜交,得到了新西蘭非常重要的品種,在國際上被取名叫Hayward。

獼猴桃在新西蘭取得成功是來自中國的一個植物的基因,一個植物帶過去了,成了我們廣義上的“種子”,我們叫植物種質(zhì)資源。

他們也作出了巨大的努力。首先,他們的植物學(xué)家進行了反復(fù)研究,終于篩選出世界上最好的品種之一,Hayward;第二,他們相關(guān)的文化管理和經(jīng)濟學(xué)家們,巧妙地把英文名稱Chinese gooseberry改成了Kiwifruit。

Kiwi是新西蘭的一個國鳥,這樣的話在國際市場上讓人聽起來就像是新西蘭的東西。而且這個名稱后來又被翻譯回中國了,變成了奇異果。

但是新西蘭的植物學(xué)家也不輕松,為什么?因為他們國家一個排第一的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè),居然建立在中國的三棵植物身上。

那么我們來設(shè)想一下,如果他當(dāng)時取的這三棵植物并不是整個獼猴桃種群里最好的呢?如果這個獼猴桃有一種病害,有一種蟲害,有一種特殊的東西能夠?qū)λM行毀滅性的打擊呢?那么新西蘭的農(nóng)業(yè)就要遭受這么巨大的損失嗎?所以他們知道真正的遺傳寶庫在中國。

而僅僅在湖北,在武漢,我們大概收集了七十多種獼猴桃。這七十多種有的并不好吃,有的長得并不好,但是它是我們今后的真正的種子。

獼猴桃只是一個例子,更重要的例子,糧食作物的“綠色革命”在國際上是由歐美驅(qū)動的,最后在墨西哥等國家廣泛在70年代發(fā)展起來的高產(chǎn)作物來自一種矮稈基因,叫HYV。

我們現(xiàn)在回頭來看,主要是從野生資源中篩選到了矮稈基因,植物不需要長那么高,特別是農(nóng)作物,長矮一點,讓它的營養(yǎng)生殖減少一點,多結(jié)一些種子。發(fā)現(xiàn)矮稈基因的科學(xué)家羅曼·保爾先生獲得了諾貝爾和平獎。

在我們國家,大家知道袁隆平先生在海南島發(fā)現(xiàn)了一種叫“野敗”的野生稻子資源,然后通過反復(fù)的選育,終于得到了雜交水稻,帶來了我們農(nóng)業(yè)上完全可以稱為革命的一些變革。

我自己本人也參加了上海農(nóng)業(yè)基因中心的工作,我和羅立軍教授一起,到處去收集旱稻。在我國的云南、貴州、湖南這些山區(qū)里面,農(nóng)民在缺水的時候也種一些水稻。它看起來產(chǎn)量并不高,可是實際上有很好的耐旱性。我們收集了大量農(nóng)家土生土長的品種。

我們也把它進行雜交,最終獲得了一個新的品種,叫雜交旱稻。袁隆平先生獲得國家科技進步發(fā)明獎一等獎的同時,我們獲得了國家的二等獎。今后在上海地區(qū)和江南地區(qū)缺水的情況下,我們也可以獲得這樣的種子資源。

種種這些跡象表明,如果我們能獲得種子,對我們的未來是一件非常好的事。這些種子可以為我們提供水果,可以為我們提供花卉,改善我們的生活,更重要的是有糧食作物。還有比它更重要的嗎?還有,那就是醫(yī)藥。

但是非常糟糕的是,由于全球環(huán)境的破壞,人類活動的劇烈,在了解和知道它能否被利用之前,它就已經(jīng)沒有了。怎么辦?很多科學(xué)家就提出了各種各樣的方案。2000年新的世紀(jì)到來以后,科學(xué)家終于決定把這些保護生物多樣性的想法付諸實現(xiàn)。世界上目前最引人注目的種子庫是斯瓦爾巴特種子庫,我們稱之為“種子方舟”或“末日種子庫”。

它設(shè)置在離北極1000公里左右屬于挪威管的永久冰川凍土層里面。不僅是工程上、科學(xué)上設(shè)計非常精妙,而且它還特地考慮了人類在遭受核打擊和停電的情況下,到底種子能保存多久。

所以在這樣的一種特殊情況下,斯瓦爾巴特的種子庫它不僅能夠保護一批種子,更重要的是有非常強烈的警示意義。只要它立在北極這個地方,就讓我們清楚地了解到生物多樣性并不太多了,我們應(yīng)該行動起來。

科學(xué)上光靠這個不行,我們還需要更為精妙的設(shè)計,那就是英國皇家植物園邱園。首先它收集的地方非常地廣泛,在那里可以輕易地找到來自非洲和亞洲所有的種子。因此我們可以分析全世界關(guān)于種子的現(xiàn)狀,以及評估環(huán)境變化以后種子的狀況。

第二個特點,它的收集的目標(biāo)非常明確。因為那里的科學(xué)權(quán)威特別多,所以它非常系統(tǒng)地來收集一些農(nóng)作物的種子。

舉個例子,我本人對它里面的豆科植物特別感興趣。我自己一點都不喜歡吃豆類的東西,特別是后來到西藏時間久了以后,由于痛風(fēng)等原因,我對豆類植物更不感興趣了。在西藏豆類植物也不多,主要是青稞,可是青稞現(xiàn)在面臨著巨大的問題,這個問題就來自全球環(huán)境變化。

科學(xué)家已經(jīng)做過分析,在過去的60年間,青藏高原的年平均氣溫上升了二點幾度。一方面這是個喜訊,這二點幾度會導(dǎo)致農(nóng)業(yè)增長。你如果有機會再到西藏旅游的話,就會發(fā)現(xiàn)西藏的山變得更綠了,而且我們平常的植物在周圍長得更好了。

但是凡事有一個極限。如果氣溫再這么繼續(xù)升高,我們預(yù)測當(dāng)年平均氣溫提高四度的時候,西藏的農(nóng)業(yè)將面臨崩潰。在這樣一種特殊的情況下,我們一定要研究一個應(yīng)對的措施。因為我們無法改變?nèi)驓夂虻淖兓?,所以只能想如何去?yīng)對它。

這個工作我們在西藏還沒有開始做。會不會做呢?以后植物學(xué)家為了應(yīng)對未來的發(fā)展,說不定要做。而像在英國皇家的邱園,我發(fā)現(xiàn)它居然收集了世界上最多的豆子。所以可見這樣的種子庫今后可能會造福全人類。

第三點,邱園的科學(xué)家們非常認真地從科學(xué)上探討了一個種子究竟如何保存才能達到我們要的效果。他們現(xiàn)在摸索出來的條件是負20度的溫度,相對濕度在15度左右。所有植物的保存時間,它的標(biāo)準(zhǔn)是定在80年到120年。一種樣本的數(shù)量要達到5000粒。如果是瀕危的物種,本來就沒有5000粒,說不定你去采就把它采瀕危了,所以一般情況下瀕危物種只需要500粒。

我工作的地方是青藏高原。青藏高原是國際生物多樣性的熱點地區(qū),到這樣的地方去收集種子很可能有它的特殊意義。首先,在全世界第一批確定的二十幾個生物多樣性的熱點地區(qū),我國就有三個,其中最為重要的是以橫斷山區(qū)為特征的青藏高原。

青藏高原的植物有多少呢?目前我們按科的等級,它有212個科。意思是青藏高原在科的水平的植物,占到了我國的32.9%,約占1/3。西藏的面積占我國的1/7,但是它的植物,在科的等級占到了32%,在屬的等級占到了38%,超過了1/3。

其中,青藏高原一共有將近6000個高等植物物種,就是能夠結(jié)種子的,占到全國的18%。更為重要的是,其中有1000個左右是只有在西藏才有的植物,我們把它稱為特有種。不僅數(shù)量很大,而且質(zhì)量非常地好。

順便提一句,即使是這樣一個龐大的數(shù)字,我們認為也被嚴(yán)重地低估了。我最近去采種子的地方是墨脫,大家知道墨脫是我國最后一個通公路的縣。我們采種子的地方最近的離印度邊境25公里,是我國藏南一個大約七萬平方公里的地區(qū),50年來植物學(xué)家很少涉足。

而即使在珠峰下面,我們沿著往珠穆朗瑪峰的路上,往右邊拐就去珠峰,往左邊拐我們可以在日喀則地區(qū)發(fā)現(xiàn)一個嘎瑪溝。我們第一次進去的時候,如果是騎馬的話,單程需要七天的時間,所以100年來植物學(xué)家沒有在這個地區(qū)留下記錄。因此我們的數(shù)目顯然不涉及這些地區(qū)到底有什么稀奇古怪的奇花異草。由此我們斷定這些地方的總數(shù)量是被低估了。

在青藏高原尋找植物的工作要堅持時間長,我大概堅持了十多年,一直在做野生植物資源的收集。其中最重要的集中在那七年時間,那七年間我們要為中國的種子庫做出我們的貢獻。

我從武漢調(diào)到復(fù)旦大學(xué)工作,但是我發(fā)現(xiàn)上海在我國的生物多樣性排名倒數(shù)第一,北京排名倒數(shù)第二。在這個兩個生物多樣性相對貧乏的地區(qū),集中了我國生物多樣性研究差不多一半的人才。后來我申請了援藏。

我和我的學(xué)生,包括我的第一個藏族博士,我們在一起收集一種叫西藏巨柏的種子。那種種子都在河邊,非常難收集,我們大概用了三年的時間把這個種子給收集齊了。

我來講一下收集種子的故事,聽起來可能非常浪漫。我每次做招生宣傳都歡迎年輕的孩子們讀植物學(xué)。我都講請你們報考復(fù)旦大學(xué)或者西藏大學(xué)植物學(xué),這好像是我們八項規(guī)定以后比較少有的公費旅游的專業(yè)。大概能跟我們專業(yè)媲美的也只有烹飪系,他們還可以公款吃喝。

話是這么說,實際上根本不足以抵御我們工作的艱苦。我來講一個光核桃的故事。作為植物學(xué)家我去采植物的種子,我最喜歡的是蒲公英。如果發(fā)現(xiàn)開花并且結(jié)了種子,我就用手去抓一把,然后一攤開,一般情況下里面有200顆。

但是在中國的植物中,我們最討厭的種子大家知道是什么嗎?椰子。這么大一顆,8000顆。我們大概需要兩卡車才能把它拖回來,然后這才算一科的種子。

我們就說這個光核桃吧,這個種子,從它后面的拉丁名,可能有人就會知道了,它實際上是光核的桃,不是光的核桃。

什么道理呢?我們所有的桃子中間那個核是皺皺巴巴的,有皺紋,而它沒有,是光的。這個桃子有什么用呢?沒什么用。目前查來查去,大概它最大的用處就是藏藥里面有少許的用途吧。但是我們需要它,也許它就像獼猴桃一樣,多少年以后它終于可以跟我們的水蜜桃雜交了。

雜交完以后顯然我們想它有什么優(yōu)點呢?水蜜桃很好吃,那它有什么優(yōu)點呢?它抗蟲、抗病、抗旱、抗寒。所有這樣的優(yōu)點,我們就可以通過非轉(zhuǎn)基因的方式,經(jīng)過雜交,再加上自然選擇,來獲得一種新型的桃子品種。所以我們知道潛在的意義是很大的,在潛在意義沒有兌現(xiàn)之前,要緊的是先把它收集起來。

一個桃子里面有多少種子呢?一個里面一顆。所以我先收集8000顆,8000個桃子,裝了兩大麻袋,把它運回拉薩放在我的實驗室里面。

如何把里面的種子取出來成了一個關(guān)鍵。如果有自動化方式就非常好,但是沒有,也沒有合適的尺寸。所以我就擺在門口,鋪了一個臺子,所有路過的漢族、藏族、老師、學(xué)生,每個人必須嘗一嘗。

嘗多少呢?七顆。我們認為如果超過了十顆,很多同志一輩子都不想再見我了。這七顆拿了以后,他們都非常淳樸,特別是藏族朋友,一邊吃一邊呸呸,然后告訴我這個東西不能吃。他們說:老師,你采錯了,它真的不能吃,而且很不好吃。

確實,我也知道不好吃,因為它以前就是猴子吃的??墒俏覀儽仨氝@樣把它吃完,用牙刷好好地把邊給刷干凈,刷完了以后用布把它擦干,擦干以后必須晾干,因為不能暴曬,暴曬以后種子質(zhì)量就會壞。

我們把這收集的8000粒送到中國科學(xué)院的昆明植物所,剛才說的種子庫里面??茖W(xué)家們看有沒有裂的,有沒有被蟲蛀的,把所有的外觀做完了,然后抽樣進行發(fā)芽試驗。發(fā)芽試驗結(jié)束了以后登記下來,最后篩選5000個,把它封到瓶子里面。這樣有可能放80年到120年,這就算一個樣。那一年夏天我做了500個樣。

有人就說:老師,我們能不能發(fā)現(xiàn)一個種群,那個種群種子特別多,我一次做50萬顆不就完了嗎?那沒有用。我們做遺傳資源的有幾個特點,第一個,沿著海拔2000多到3000米,我們慢慢地來搜尋這個種子。由于遺傳之間的雜交問題,不同的個體和不同的品種花粉之間有可能產(chǎn)生雜交。

我們規(guī)定兩個樣之間的空間距離不得小于50公里,讓它們之間隔開。這樣我們一天要走800公里,每走過50公里看見一個種子趕緊收集那幾個,裝上麻袋,然后開車去另外一個點。

同時在整個西藏境內(nèi),任何一個物種不得超過五個群體。這樣的話,大約七年時間,我們收集了4000多個樣,按照估計的話,大約1000個物種,占到了西藏物種的1/5。今年起,我們要開始在墨脫的新一輪的收集。

如果這樣,在未來的十年中,我們有可能再完成20%的任務(wù)。這樣合在一起,我們大約能收集到超過西藏植物的1/3以上。我想如果我們這樣的課題組都來做這樣的工作的話,在未來的20年,我們有可能把西藏的高等植物收到75%。

在我們的工作中,還有一些特殊的植物,比方說香柏。香柏當(dāng)時很不起眼,它分布在海拔4000米以上的地方,當(dāng)?shù)氐睦习傩瞻阉鼤窀梢院竽玫綇R里面去燒。

但是它除了有特殊的香味以外,還有抗菌抗病毒等等相關(guān)的成分。我們拿來進行了分析,在復(fù)旦大學(xué)收集了400份各種植物的材料,跟美國癌癥研究所確定,在這些種子里面發(fā)現(xiàn)了四種有比較好的抗癌效果。這四種中包括了香柏的種子。

如果有人問我,鐘老師,你收集了那么多種子,難道到目前來說一點用都沒有嗎?你是一個做研究的科學(xué)家,在國際上能引起轟動嗎?那當(dāng)推擬南芥的種子。

擬南芥的種子,在座的學(xué)過植物學(xué)的就可以了解,全世界一半的植物學(xué)家都在研究這種植物。這種植物,我們把它稱為植物界的小白鼠,它就叫模式生物。我們做了任何的醫(yī)學(xué)研究,做了任何的藥物研究,都要到小白鼠上去做實驗。

關(guān)于植物,關(guān)于作物,關(guān)于它的抗寒抗逆性,以及分子生物學(xué)的機制,我們?nèi)慷际怯脭M南芥去做。全世界的科學(xué)家都在尋找擬南芥,并且找到了各種各樣的擬南芥,就是這幅地圖上綠色標(biāo)示的區(qū)域。

我們用得最多的,一個在哥倫比亞,一個是來自西班牙的。其中,西班牙的海拔比較高,大約能到海拔2000多米。那么我們在想西藏有沒有呢?如果西藏有的話,它是不是西藏隆起的證據(jù)呢?那我們就去尋找。

通過差不多十年左右的時間,我們終于找到了這個全世界海拔最高的擬南芥,它分布在海拔4150米。在這么高的一個環(huán)境下,擬南芥當(dāng)然生活得很不好,很慘,也沒有什么種子。

但擬南芥在室內(nèi)生長得非常地快。我們?yōu)槭裁茨盟瞿J缴锬??它長得特別小,但是它種子結(jié)得特別多。第三,它的遺傳基礎(chǔ)非常地清晰。

我們發(fā)現(xiàn)了這個植物以后,做了分子生物學(xué)分析,證明它是全世界一個嶄新的生態(tài)型。同時,它也指示了青藏高原最后一次跟全世界其他擬南芥分開的時間,大約在19萬年前。更重要的是,最終我們在上海把它栽培成功了。

所以這表明了,如果在野外,我們只要找到一個種子或者少數(shù)的種子,很有可能把它栽培成功。這在我們植物學(xué)界那就是真正的叫希望的種子。

各位肯定要問:鐘教授,你收集這么多種子,對我們普通的人來講,這么多年,你的意義何在呢?

2013年,上海教師節(jié)期間給我拍了一個宣傳片。我回頭一想,那時候我在西藏工作了13年,13年做了一些什么事呢?我想我做了幾件事,其中第一件事就是收集種子。

這個種子實際上是應(yīng)對全球的變化。你猜測一下,假設(shè)一百多年以后還有癌癥,假設(shè)那時候大家發(fā)現(xiàn)有一種植物有抗癌作用,然而由于氣候的變化,這個植物在西藏已經(jīng)沒有了,但是一百多年前有個姓鐘的教授好像采過了。一百多年過去了,沒有人在乎你是不是教授。

等終于發(fā)現(xiàn)了那個罐子,那個罐子里面有多少?5000粒。拿出來一種,只有500粒能活,最后種起來以后只有50粒能結(jié)種子。但是那個植物不就恢復(fù)了嗎?

當(dāng)然也有人說,如果一百年以后這個種子沒有用了呢?我期待看到種子沒有用的那一天。說明什么?說明那個植物還在。我們連這樣的嘗試都不要做那該多好。這是第一件事。

第二件事,我在西藏是一位教授。實際上我從復(fù)旦大學(xué)到西藏大學(xué)以后,在復(fù)旦大學(xué)的研究生招生量在逐年地減少。因為人的精力有限,所以我一般在西藏培養(yǎng)學(xué)生。大家也覺得很有意思,就問我從國內(nèi)一流的復(fù)旦大學(xué),移到世界最高學(xué)府的西藏大學(xué),在最高學(xué)府當(dāng)老師有什么體會?

我說那個地方是高原,特別地慢,培養(yǎng)人特別慢。我在復(fù)旦大學(xué)可以培養(yǎng)很多博士,但是他們不一定對我們剛才所說的種子,或者像這樣高勞動強度的、低回報的工作真的有那么大幫助。但是在西藏,我培養(yǎng)的藏族博士,他們畢業(yè)以后,至少這五個里面有四個都留在了西藏大學(xué),都在西藏工作。

所以我一想,我們這個片子起什么名字呢?最后起的叫《播種未來》。什么意思呢?就是當(dāng)下沒什么收獲嘛,所以我們只好播種未來。

所以,這個故事有了這樣的結(jié)局,一方面來自西藏美麗的風(fēng)光,一方面也來自種子賜予我們的靈感和一切。

謝謝大家。

(伊莎貝爾摘自“一席”)

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