科普之窗

科技力,生物多样性的保护力

冯杰

2024-06-12 09:29

本报记者 张晓华
光明日报( 2024年06月06日 16版)

中国是全球生物多样性最丰富的国家之一。据统计,我国拥有高等植物39000多种,其中一半以上仅分布于中国;动物物种同样非常丰富,其中鸟类1500余种,是世界上鸟类种数最多的国家之一。与此同时,我国也是世界上生物多样性资源利用最充分的国家之一,长期利用的药用植物达12000种左右,野生观赏植物资源超过7900种,能直接应用的超过1000种……保护生物多样性,科技是关键。这一点,在云南生物多样性保护中,极为鲜明。

为野生生物种质资源打造“生命之舟”

云南,特殊的地理位置、复杂的地形地貌、独特多样的气候环境,孕育了丰富的生物多样性——这里囊括了地球上除海洋和沙漠外所有的生态系统类型,以仅占全国4.1%的国土面积,拥有全国50%以上的植物种类、70%以上的动物和菌物种类,以及80%以上的植被类型,在生物多样性保护与利用上具有重要地位和极高价值,为国家生物、生态安全和经济社会发展奠定了重要资源基础,是我国重要的生物多样性宝库和西南生态安全屏障。

科技,在生物多样性保护中,起到了关键作用。

保护生物多样性,种质资源的保护和利用具有举足轻重的地位。在昆明北郊,中国科学院昆明植物研究所一栋红色建筑的地下冷库内,9万多份野生植物种子正在“沉睡”。这是我国第一个以野生生物种质资源保存为主的综合保藏设施——中国西南野生生物种质资源库(以下简称“种质库”),属于国家重大科技基础设施,是为野生生物种质资源量身打造的“生命之舟”。

为何要给予一粒小小的野生植物种子如此“厚待”?以水稻为例,野生稻在长期自然选择中形成了丰富的遗传多样性和环境适应性,保留了抗稻瘟病、耐旱、耐寒等栽培稻不具有或已经消失的遗传基因,还具有改良栽培稻的高产基因,是水稻品种改良的宝贵基因库。我国水稻育种和生产上的两次革命性突破——矮化育种和杂交水稻技术,均利用了野生稻的优良特性。如果野生稻灭绝,将会直接影响我国粮食安全。

然而,云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所等单位近年来的调查显示,云南野生稻的生态居群数量、分布范围以及居群内野生稻数量都处在不断减少甚至逐渐消亡的濒危状态,全国野生稻也和云南野生稻一样,面临着快速消失的危险。可喜的是,已有3种中国野生稻的种子保存在种质库中,它们是现代水稻育种和改良的重要遗传资源。

“《中国植物志》中记载了31000余种植物,其中有20%的植物面临很高的灭绝危险。从生物多样性保护的视角看,种质库的收集要覆盖全国的野生植物种质资源。”种质库原主任李德铢表示,“谁掌握更多的野生种质资源,研究得越深,利用得越多,谁就能把握未来。”

目前,我国野生种子植物种类三分之一的种子在此保存,包括相当比例的珍稀、濒危和特有物种,是名副其实的“种子银行”。

那么种质库的实力有多“硬核”?以玉米和水稻种子为例,在15℃、73%相对湿度的普通贮存条件下,种子寿命约为145天和241天;而当种子经过采集、登记、干燥、清理、X光检测、计数、分装、入库等70多道工序,在-20℃、15%相对湿度的种子库内保存时,种子寿命可达到约460年和1139年。

“随着研究的深入,我们还会发现不同种子更优的保存条件组合,并为它们提供‘定制化’的服务。”种质库保藏中心主任蔡杰告诉记者,除了常规种子库的低温干燥保存,种质库还研发了诸多“妙招”。

在种质库一楼大厅内,一株西藏虎头兰和一株富民枳并排而立,一胖一瘦、一矮一高,相得益彰。从繁殖技术角度看,它们可算是一对“兄弟”:将植物茎尖在-196℃的液氮中保存24小时,解冻后再进行栽培……很快,它们将分别迎来10岁和9岁“生日”。“我们会持续提升科研技术能力,在需要的时候,保证休眠的种子可以重归自然。”昆明植物研究所副所长李宏伟说。

得益于技术的进步,种质库不仅保存了众多植物种子,还抢救性收集和保存了野生植物的离体材料、DNA、微生物、动物种质资源等遗传材料。截至2023年12月,种质库已保存我国野生植物种子1.1万多种、9.4万多份,植物离体培养材料2000多种、2.7万多份,植物总DNA9000多种、7.1万多份,微生物菌株2000多种、2.3万多份,动物种质资源2000多种、9万多份,是亚洲最大的野生生物种质资源库。

科学利用是更好的保护

云南丽江森林生物多样性国家野外科学观测研究站(以下简称“丽江站”),位于全球36个生物多样性热点地区之一、“中国西南山地”东南部—滇西北核心区,地处青藏高原至云贵高原的过渡地带,是中国三大生物多样性中心之一,也是我国生物多样性保护优先区和生物种质资源基因库,具有重要的区域和类型代表性。

“种质库是种质资源的‘百年大计’,丽江站是种质库的活体圃,实现了‘库里有种子,站内有活体’,与种质库配合形成了种质资源长期、中短期相辅相成的完整体系。”丽江站常务副站长许琨告诉记者,经过多年发展,丽江站收集保存了滇西北地区2600余种重要野生植物种质资源,建立了较为完善的种质资源收集、保存和繁育平台,同时研发了多种野生植物种质资源的扩繁技术,探索出一条生物多样性保育、资源持续利用与民生发展相结合的道路。

丽江站的一个“保育温室”内,清香扑鼻,数十种珍稀植物物种长势良好,其中一畦滇重楼颇为夺目。作为云南白药、宫血宁等许多中成药的重要原材料,长期的开采利用,加之种子萌发率低,滇重楼的生存现状一度令人担忧,在《世界自然保护联盟濒危物种红色名录》中被列为近危物种。

丽江站通过生物技术提高了滇重楼的种子萌发率,将种子萌发时间从两年半缩短至半年。为了改善野生滇重楼的生存状态,让更多人参与到生物多样性保护中,丽江站不仅将培育的种苗免费提供给种植户或企业,还提供了相关种植技术。“经过多年的发展和摸索,老百姓不仅熟练地掌握了我们的技术,还进行了改良和创新,开始‘嫌弃’我们当初的技术不够好了,这让我们感到很高兴。”许琨说,“滇重楼的大量种植,避免了对环境的进一步破坏。更好地利用也是更好的保护。”

许琨说,丽江站的科研人员还有一个小小的愿望:把更多的植物物种从濒危名单中“剔”出去。他们已经收集和保存了杓兰、云南榧木等众多珍稀濒危植物物种,突破了部分物种的繁育障碍,并与当地林草部门、企业或社会组织合作,开展部分区域的生态重建和生态修复工作。

依托滇西北丰富的生物多样性资源,丽江站运用森林大样地、卫星样地、海拔样带体系开展动植物动态监测,控制实验、森林林冠塔吊和近地面无人机、卫星遥感等现代生物多样性监测和研究手段,从生物多样性的多个维度和不同时空尺度对滇西北森林生物多样性系统开展了长期定位观测,同时服务国家生物多样性保护和资源可持续利用等领域发展,为生态环境保护和乡村振兴建设提供了示范。

谱一曲人与自然和谐共生的科技歌

云南,不仅是“植物王国”,还是“动物王国”。在这里,人与动物和谐共生的长歌经久传唱。

“呜啊……呜啊……”口中边发出呼唤声,72岁的护猴队员余建华边闪进了茂密的森林。很快,“呜啊……呜啊……”的应和声此起彼伏、由远及近。这是余建华与猴群的相处方式,从事护猴工作近30年,余建华早已把这里的滇金丝猴当成了“家人”。

滇金丝猴是除人类以外生存海拔最高的灵长类动物,对生存环境的要求十分严苛,是区域生物多样性的指示物种,保护好它们,就是保护好区域的生物多样性和生态系统。余建华供职的滇金丝猴科普教育基地位于云南白马雪山国家级自然保护区内,是全世界唯一可以近距离观看野生滇金丝猴的地方。这里的森林覆盖率达98.2%,生长着云南红豆杉、水青树等珍稀保护植物,还生活着林麝、小熊猫、黑颈长尾雉等十余种珍稀保护动物,堪称“动植物的天堂”。

经过多年努力,保护区工作人员带领护猴队通过补充食物等方法,成功将一个猴群从3500米以上的高海拔区域引到2300米至3000米的低海拔区域。“将猴群引至低海拔区域,既方便大家近距离观察滇金丝猴,发挥科普宣传和自然教育的作用,还便于开展针对性的科学研究,为更好地保护整个种群提供参考。”保护区野生动物救护站站长赖建东说,保护区内还将高分辨率探头、红外相机、无人机、遥感技术等应用于滇金丝猴管护工作,利用“猴脸”自动识别、自动监测,进一步实现猴群的动态管护。

“今年出生了10只滇金丝猴,成活9只,目前这个猴群已发展至90余名成员,逼近周围环境的承载能力。”为保证猴群的健康和基因多样性,保护区计划引导基地内40只左右滇金丝猴与外群进行“交流”。保护区管护局维西分局局长和柯米表示,在放归时会为猴群配戴定位项圈,以观察猴群的行动轨迹以及与外群的融合情况,为整个滇金丝猴种群保护积累数据和经验。据初步统计,白马雪山国家级自然保护区内的滇金丝猴已从1985年的7个猴群、540只左右,增加到现在14个种群、2500余只,占全国滇金丝猴总数的65%以上。

重点保护野生动植物物种种数保护率达到90%以上,生物遗传资源收集保藏量保持世界前列,超过30%的退化生态系统得到恢复,生态系统服务功能明显增强……近期,《云南省生物多样性保护战略与行动计划(2024—2030年)》发布,为推进云南省生物多样性保护工作擘画新蓝图、新目标,也将为全国生物多样性治理体系和治理能力现代化提供经验和样板。其中,以科学技术和科研人员为代表的科技力量,必将为这一宏伟目标提供更加强有力的支撑。


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