讓危如朝露的它們“生娃”有多難？

蕭野

近日，浙江大學(xué)通過(guò)胚胎培養(yǎng)技術(shù)，成功培育世界首例百山祖冷杉胚胎，并形成幼苗。這份成果為百山祖冷杉人工繁育帶來(lái)全新前景，標(biāo)志著這種起源于白堊紀(jì)中期的“植物活化石”得以“開枝散葉”。百山祖冷杉目前的野生植株只有3株，在《中國(guó)生物多樣性紅色名錄——高等植物卷》中被納入“極?！钡燃?jí)。它們是何許物也？是何原因致其危如朝露？

第四紀(jì)冰期孑遺物種

浙江省西南部麗水市慶元縣境內(nèi)百山祖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)主峰——“百山祖”，海拔1856.7米，為浙江第二高峰，被譽(yù)為“百山之祖”。降雨多、濕度大、溫度低是該地區(qū)的一大氣候特點(diǎn)。該山海拔1700米處左右，生長(zhǎng)著世上僅存的3株野生百山祖冷杉，最大的高約17米，最小的高約5米。

百山祖冷杉是松科冷杉屬的一個(gè)樹種，為中國(guó)特有植物，僅分布在浙江百山祖地區(qū)。根據(jù)現(xiàn)有研究，我國(guó)冷杉屬共有28種（含變種和引進(jìn)栽培的日本冷杉）。

冷杉起源于白堊紀(jì)中期（地球史上典型的溫室氣候期，約1.2億～1億年前），在地球生物圈生物地帶性群落中，冷杉屬植物多分布于寒冷濕潤(rùn)的高緯度、高海拔地帶。但第四紀(jì)冰川時(shí)期到來(lái)，全球氣溫下降，冷杉分布區(qū)就向低緯度和中低海拔地區(qū)擴(kuò)散。冰期過(guò)后，全球氣溫上升，我國(guó)南部低海拔地帶不再適于冷杉棲身，于是其分布區(qū)向高緯度和高中海拔山地退縮，這造就了冷杉在我國(guó)南方呈孤島分布的狀態(tài)：臺(tái)灣冷杉和巴山冷杉分布緯度較南，但在海拔2300米以上的山地；浙江殘存百山祖冷杉；廣西發(fā)現(xiàn)元寶山冷杉、資源冷杉；貴州發(fā)現(xiàn)梵凈山冷杉；井崗山發(fā)現(xiàn)巴山冷杉新分布地。

百山祖冷杉、元寶山冷杉和資源冷杉由于植株數(shù)量少，零星分布，瀕臨滅絕，被列為國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生植物，并被《中國(guó)生物多樣性紅色名錄——高等植物卷》列為“極?！蔽锓N。元寶山冷杉林處于老齡階段，目前有500多株野生植株；資源冷杉于1979年開始分別在廣西、湖南、江西等處發(fā)現(xiàn)，野生植株近2000株。百山祖冷杉、元寶山冷杉在世界自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）《瀕危物種紅色名錄》中為“極?！钡燃?jí)，資源冷杉為“瀕?！钡燃?jí)。

從發(fā)現(xiàn)到定名歷時(shí)13載

從外表上看，百山祖冷杉的樹皮呈不規(guī)則龜裂，縱向裂塊大于橫向裂塊，側(cè)枝上密集排列的條形葉很獨(dú)特，不像松樹那樣呈針狀。枝葉整體看起來(lái)就像加長(zhǎng)版的圓梳子。葉子中間的葉脈不像普通葉脈那樣略微凸出來(lái)，而是凹下去的，葉子下面有兩條白色氣孔帶。

百山祖冷杉通常每一枝節(jié)上直立生長(zhǎng)著1～3個(gè)圓柱形球果，像長(zhǎng)長(zhǎng)的卵，長(zhǎng)7～12厘米，直徑3.5～4厘米，熟前綠色或淡黃綠色，熟時(shí)淡黃色或淡褐色。若是條件合適，它們會(huì)在4～5月開花，11月份球果成熟。球果由許多呈扇狀四邊形的木質(zhì)鱗片組成，每個(gè)鱗片朝著中心軸的一面是冷杉呈倒三角狀的種子，種子成熟時(shí)，球果的木質(zhì)鱗片就脫落。百山祖冷杉的獨(dú)特之處是冬天果鱗掉了以后，留下的果軸不凋落。

早在1963年的一天，在浙江麗水市龍泉縣林業(yè)部門工作的吳鳴翔，與同事到百山祖考察途中，發(fā)現(xiàn)幾株表皮灰黃色的針葉樹。兩年后，吳鳴翔被調(diào)到慶元縣的林場(chǎng)工作，百山祖就在林場(chǎng)轄區(qū)內(nèi)。他利用這個(gè)有利條件，多次實(shí)地觀察那幾棵樹，發(fā)現(xiàn)它們的樹皮、枝葉、芽鱗、花粉及生存環(huán)境，與其他已經(jīng)定名的冷杉相似。不過(guò)，要證實(shí)這就是冷杉，還須采集樹的球果。多年等候未果，直到1975年，吳鳴翔又一次來(lái)到那幾棵樹下，發(fā)現(xiàn)樹上結(jié)出了淡黃色球果，終于確認(rèn)它們是冷杉。

1976年3月下旬，《植物分類學(xué)報(bào)》編輯部在北京召開了百山祖冷杉鑒定會(huì)。吳鳴翔在中科院植物研究所專家的指導(dǎo)下，完成了題為《百山祖冷杉——中國(guó)大陸東南首次發(fā)現(xiàn)冷杉，屬稀有珍貴樹種》的論文并發(fā)表。吳鳴翔成為給冷杉定名的第一個(gè)中國(guó)人。

世存最稀有針葉樹

百山祖冷杉究竟是怎樣凋零至此的？孢粉分析顯示，在第四紀(jì)冰期時(shí)，百山祖曾有大批冷杉分布。后來(lái)隨著冰期結(jié)束，冷杉分布區(qū)域變小，加之人為因素的影響，最終在百山祖1700米處形成了一個(gè)小種群分布。

百山祖冷杉只分布于南坡，而非全山散生，可能與冷杉的喜好有關(guān)——高濕、低溫的環(huán)境。當(dāng)?shù)啬杲邓靠蛇_(dá)2300毫升；南坡地勢(shì)有些凹陷，相比北坡，光照較少，溫度較低。而且南坡集水溝處避風(fēng)，有利于冷杉躲過(guò)火災(zāi)。

1963年，吳鳴翔第一次發(fā)現(xiàn)百山祖冷杉時(shí)還有8株，后來(lái)因洪水沖擊、移植到別的植物園、野生動(dòng)物啃食等原因死了5株?！睹绹?guó)針葉樹協(xié)會(huì)公報(bào)》1988年記錄，到1987年，百山祖冷杉野外只剩下3棵樹，成為“世界上最稀有的針葉樹”。據(jù)觀察，其中一株為雄性株，一株為雌性株，一株可能是雌雄同株。

百山祖冷杉居住在常綠落葉闊葉混交林中，它們極其勉強(qiáng)地與周圍喬木爭(zhēng)奪生存空間。山中多雨的小氣候，導(dǎo)致水對(duì)地表土沖刷厲害，土壤貧瘠，樹木生長(zhǎng)缺乏必要養(yǎng)分，百山祖冷杉積聚養(yǎng)分用于開花結(jié)實(shí)的間隔期就很長(zhǎng)，開花機(jī)會(huì)少，有時(shí)候10年才開一次花。冷杉是雌雄異花，雌花在上，雄花在下，而且雌、雄花開花時(shí)間不同，授粉極為不易；再加上冷杉靠風(fēng)媒傳粉，即使開了花，可往往花期正值雨季，花粉很容易被雨水沖至地面而無(wú)法完成受精。

現(xiàn)存的3株百山祖冷杉長(zhǎng)勢(shì)很差，種子難育，自然繁殖能力十分脆弱，被國(guó)際物種保護(hù)委員會(huì)于1987年定為“世界最瀕危的12種植物之一”。它們是研究中國(guó)東南沿海冰川地質(zhì)、卉氣候和植物區(qū)系演替的重要資料，在地理學(xué)、氣候?qū)W和生物學(xué)上意義非凡，使得當(dāng)?shù)卣土謽I(yè)局于1985年在當(dāng)?shù)亟⒘苏憬〖?jí)百山祖自然保護(hù)區(qū)，1992年又上升為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。

人工育苗22年長(zhǎng)2米

百山祖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)工作人員主要從兩方面開展保育工作：一是將現(xiàn)存百山祖冷杉分布地劃歸為核心保護(hù)區(qū)，僅限科研人員活動(dòng)，嚴(yán)禁采集；二是通過(guò)收集種子播種、枝條扦插等方式擴(kuò)增個(gè)體數(shù)量，采用嫁接、實(shí)生苗移栽等手段，在核心區(qū)類似生境開展野外回歸工作。

吳鳴翔等林業(yè)工作者很早就對(duì)百山祖冷杉進(jìn)行保護(hù)拯救工作：1977～1986年間，先后采用異砧嫁接、扦插等辦法一次次拯救百山祖冷杉。吳鳴翔曾談到，異砧嫁接（選擇親和力較強(qiáng)的其他樹種作承受接穗的植物體）如同“借腹生子”，可以暫讓百山祖冷杉“延續(xù)香火”，但會(huì)改變其遺傳性狀，不是“純種”；扦插繁殖類似“植物克隆”，能保存遺傳性，但長(zhǎng)勢(shì)漸衰的3株母樹身上并沒(méi)有多少可供扦插的枝條，而且扦插成功的植株還偏矮小。雖然此前異砧嫁接與扦插繁殖有過(guò)開花結(jié)果的案例，但都算不上百山祖冷杉的“親生子”，拯救工作“治標(biāo)不治本”，最后研究人員走上了培育實(shí)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，不利于花粉傳播，很難長(zhǎng)出有效種子，自我繁殖十分困難。要培育實(shí)生苗，只有等到雌雄球果同時(shí)開花結(jié)果才有機(jī)會(huì)。1991年的一天，3株冷杉中的雌、雄兩株冷杉終于同時(shí)開花。研究人員爬到樹上進(jìn)行同株、異株間人工授粉，以提高結(jié)實(shí)率。這一年秋天，百山祖冷杉終于結(jié)出有效果實(shí)。研究人員小心翼翼采下球果，進(jìn)行晾干、分離，并測(cè)定有關(guān)數(shù)據(jù)后保存。

1992年春天，他們搭起棚子，模擬與百山祖冷杉相似的自然生存環(huán)境，分批播下種子，終于培育出了百山祖冷杉的“親生子”——實(shí)生苗（直接由種子繁殖的苗木），再進(jìn)行移栽。經(jīng)過(guò)22年培育，存活的39株實(shí)生苗到2014年才長(zhǎng)到2米多高，其中有幾株于當(dāng)年喜結(jié)球果。

目前在百山祖山頂附近（海拔1857米），通過(guò)群落構(gòu)建、移栽嫁接等方式，工作人員已成功引種數(shù)十棵百山祖冷杉，但據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，還未能正常有效結(jié)實(shí)。

首例百山祖冷杉胚胎培育成功

多年來(lái)，百山祖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)與科研院所合作，開展了百山祖冷杉遺傳多樣性和變異性、內(nèi)生真菌、光合速率參數(shù)等研究，進(jìn)行百山祖冷杉開花誘導(dǎo)、穗條扦插、沙培扦插、水培繁殖等試驗(yàn)，均取得初步成果，但成活率和保存率均不理想，能轉(zhuǎn)化的成果卻少之又少，成活的扦穗也難長(zhǎng)成小樹。

對(duì)自然繁殖困難的植物，通常會(huì)采用組織培養(yǎng)技術(shù)，即利用側(cè)芽等組織材料進(jìn)行人工離體無(wú)菌培養(yǎng)。此前，有多人利用側(cè)芽等材料進(jìn)行組織培養(yǎng)研究，但因各種原因均未取得成功。為給百山祖冷杉擺脫“極危”等級(jí)創(chuàng)造可能性，2017年8月，在浙江省林業(yè)廳支持下，浙江大學(xué)成立了百山祖冷杉搶救保護(hù)工程研究團(tuán)隊(duì)。百山祖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)百山祖管理處，與研究團(tuán)隊(duì)核心成員、浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院陳利萍教授，簽訂了《百山祖冷杉組織培養(yǎng)研究試驗(yàn)》技術(shù)合同，以建立高效的百山祖冷杉離體保存及組織培養(yǎng)再生體系。離體保存是將植物外植體在無(wú)菌環(huán)境下進(jìn)行組織培養(yǎng)，使其緩慢生長(zhǎng)或停止生長(zhǎng)，以便長(zhǎng)期保存。

試驗(yàn)以百山祖冷杉未成熟球果為起始材料，將未成熟球果表面消毒后，剝?nèi)∑湮闯墒炫撸诤懈黝悹I(yíng)養(yǎng)成分的培養(yǎng)基中，進(jìn)行離體無(wú)菌培養(yǎng)?？上驳氖?，近日終于培育出了世界首例百山祖冷杉胚胎，并形成幼苗。

此次胚胎培養(yǎng)成功為百山祖冷杉人工繁育帶來(lái)全新前景，將“胚胎——種子——幼苗”的歷程縮短為“胚胎——幼苗”，緩解了百山祖冷杉種子萌發(fā)率低、萌發(fā)速度緩慢等繁衍的困難。該研究成果已經(jīng)申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利。

從IUCN的《物種紅色名錄瀕危等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)指標(biāo)來(lái)看，百山祖冷杉還將長(zhǎng)期處于“極?！睜顟B(tài)。當(dāng)下關(guān)鍵的工作是組織人力、財(cái)力、物力，抓住百山祖冷杉難得的開花機(jī)會(huì)，通過(guò)人工授粉，獲得有活力的種子，爭(zhēng)取育得更多實(shí)生苗，盡快恢復(fù)和擴(kuò)大野外種群。