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近日，國(guó)家重要野生植物種質(zhì)資源庫(kù)辰山中心(以下簡(jiǎn)稱辰山中心)在華東地區(qū)野生植物種質(zhì)資源遷地保育工作中取得重要進(jìn)展。經(jīng)過(guò)工作人員的認(rèn)真清查，確認(rèn)辰山中心已保存的飽滿種子總量突破一億粒(114,496,842粒)!它們來(lái)自4,588個(gè)采集單元，涵蓋159科785屬1950種。

為了便于大家了解這一億粒種子背后的故事，幫助感興趣的人更好了解辰山中心的工作，我們收集了10個(gè)大家比較關(guān)注的話題一一予以解答。

Q1.這都是些什么種子?

這一億粒種子全部來(lái)自野生植物，主要集中在禾本科、菊科、莎草科、茜草科、唇形科、桔?？?、燈芯草科、杜鵑花科植物中;有60%為草本植物，40%為木本種子;約94%為中國(guó)原生植物。其中中國(guó)特有種323種，珍稀瀕危植物68種。

Q2.這一億粒種子是怎么數(shù)出來(lái)的?

準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)這些種子不是數(shù)出來(lái)的，而是稱出來(lái)的。根據(jù)最新發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)——《野生植物種子庫(kù)種子采集和信息管理要求》(GB/T 46206—2025)，種子計(jì)數(shù)的常用方法有五樣本計(jì)數(shù)法、單樣本計(jì)數(shù)法、人工計(jì)數(shù)法和自動(dòng)計(jì)數(shù)法等。其中五樣本計(jì)數(shù)法適用于大部分種子，隨機(jī)抽取5個(gè)樣本，每個(gè)樣本常為50粒，具體計(jì)算方法見(jiàn)圖1;單樣本計(jì)數(shù)法適用于蘭花等小種子，即精確稱量一定重量種子樣本，然后手工計(jì)數(shù)這份樣本中種子粒數(shù)，得出平均粒重，最后用整批種子總重量除以平均粒重得到總粒數(shù);人工計(jì)數(shù)法適用于數(shù)量少于300粒的種子;自動(dòng)計(jì)數(shù)法適用于無(wú)雜質(zhì)、形態(tài)一致、大小均勻的種子，往往借助圖像識(shí)別等軟硬件工具。

按此方法，目前辰山中心所保存最重的種子來(lái)自油麻藤，是所保存最輕的種子——圓葉鹿蹄草種子的近300萬(wàn)倍!

圖1. 五樣本種子計(jì)數(shù)方法(來(lái)源見(jiàn)圖右上角)

Q3.為什么要收集種子，它們有什么用?

在回答前半個(gè)問(wèn)題前，讓我們先了解下面兩組數(shù)據(jù)：

聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)了1990年至2020年全球森林面積凈變化(以十年為時(shí)間單位)，第一個(gè)十年減少780萬(wàn)公頃，第二個(gè)十年減少520萬(wàn)公頃，第三個(gè)十年減少470萬(wàn)公頃。

2019年發(fā)表于Nature Ecology&Evolution上的一篇論文指出，從1753年至2018年期間，在全球范圍內(nèi)已有571種種子植物滅絕或野外滅絕，比地球歷史背景速度快500倍。

在氣候變化與棲息地破碎化加劇的背景下，這兩組數(shù)據(jù)也清晰地提醒人們，在野生植物生境受人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)烈影響的前提下，僅依賴就地保護(hù)難以確保植物物種遺傳多樣性的延續(xù)。因此，建設(shè)遷地保護(hù)體系，形成“就地保護(hù) 遷地保護(hù) 種質(zhì)資源長(zhǎng)期保存”的互補(bǔ)格局是保障植物多樣性安全的必然選擇。

遷地保護(hù)的核心價(jià)值在于把野生植物的遺傳多樣性保存下來(lái)，為未來(lái)恢復(fù)、回歸、研究和利用留備份。傳統(tǒng)的遷地保護(hù)方法，如活植物苗圃、專類園等，在保存物種的遺傳多樣性方面存在維護(hù)成本高、資源更新困難等問(wèn)題。通過(guò)低溫干燥技術(shù)建立的種子庫(kù)對(duì)野生植物種質(zhì)資源進(jìn)行保藏，被認(rèn)為是當(dāng)前性價(jià)比最高的遷地保護(hù)策略。且種子庫(kù)在保存稀有等位基因的有效性和增加物種的遺傳多樣性方面更具優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)代植物園實(shí)現(xiàn)高效、多元植物保育的重要基礎(chǔ)設(shè)施。

更安全地保存種質(zhì)資源自然是為了今后更好地研究與利用。及時(shí)記錄目標(biāo)物種用途可為它們今后的開(kāi)發(fā)利用提供第一手資料。根據(jù)S. Pironon等人于2024年發(fā)表在Science上的文章，可將全球植物的用途劃分為10類。參考這個(gè)分類原則，這1950種植物中約40%可作為環(huán)境用途(如作為觀賞植物、防風(fēng)林、植被恢復(fù)等);超過(guò)28%可提供藥物(包括人類和獸類用藥);約15%可提供各種材料(如木材、橡膠、蠟質(zhì)、油料等);有超過(guò)8%可作為人類食物;其余的8%分別是飼料植物、毒用植物、無(wú)脊椎動(dòng)物食源食物(如提供給人類飼養(yǎng)的蜜蜂、蠶等食用的植物)、遺傳資源植物(用于作物育種的野生近緣種)、社會(huì)文化用途(非食物也非藥物的社會(huì)文化用途植物，如咀嚼物、煙草、儀式或宗教意義的植物)和能源植物。

圖2. 辰山中心保存種子的用途

Q4.是不是所有的種子都可以進(jìn)入種子庫(kù)保存?

很遺憾，并不是所有的種子都可以進(jìn)入種子庫(kù)保存。

目前大部分種子庫(kù)采用干燥加低溫的方式實(shí)現(xiàn)種子活力的長(zhǎng)期保存，因此有一部分植物就將被排除在外。種子生物學(xué)家通過(guò)大量種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，種子根據(jù)生理特性可分為三類：①正常型種子(Orthodox seeds)，它們是指含水率可以降到5%，且儲(chǔ)存溫度越低、含水率越低，儲(chǔ)藏壽命越長(zhǎng)的種子，它們約占已知種子植物種類的70-80%;②頑拗型種子(Recalcitrant seeds)，它們是指不耐干燥、不耐冷凍的種子，當(dāng)含水率降到30%以下就失活的種子，比如杧果、椰子等;③中間型種子(Intermediate seeds)，含水率須保持在5%~30%之間才能保證活力，儲(chǔ)藏行為介于正常型和頑拗型之間，如咖啡豆。因此，只有正常型種子才能進(jìn)入種子庫(kù)長(zhǎng)期保存。那頑拗型或中間型種子就被放棄了嗎?并沒(méi)有，科學(xué)家們依然在不斷改進(jìn)技術(shù)，比如通過(guò)液氮、離體培養(yǎng)等方法去延長(zhǎng)種子保存時(shí)間。

Q5.怎樣收集種子?

當(dāng)明確了目標(biāo)物種后，采集員首先要搞清楚它們?cè)谀睦?，什么時(shí)候開(kāi)花、什么時(shí)候結(jié)果、什么時(shí)候最有可能收獲飽滿的種子。這些關(guān)鍵信息需要采集員去標(biāo)本館翻看歷史標(biāo)本、查閱各類論文或數(shù)據(jù)庫(kù)，并與保護(hù)區(qū)等一線人員反復(fù)溝通才有可能準(zhǔn)確掌握。

當(dāng)你在野外發(fā)現(xiàn)目標(biāo)物種時(shí)，還不能著急下手，首先要判斷種子的成熟度。種子的生長(zhǎng)發(fā)育可以分為種子形成期、干物質(zhì)積累期、脫落成熟期和散布期。采集種子最佳時(shí)期就是處于脫落成熟期和散布期之間。過(guò)早或者過(guò)晚，收集的種子質(zhì)量都不是最佳的。

當(dāng)你通過(guò)剪切法判斷你遇到的種子足夠飽滿，初步判斷你眼前的這個(gè)種群的種子采集量能滿足2500粒的基本標(biāo)準(zhǔn)(表1)，那么就可以開(kāi)展采集了(圖3)。需要強(qiáng)調(diào)的是，種子庫(kù)是按采集單元采集種子，除了飽滿種子本身以外，還需要臘葉憑證標(biāo)本、野外數(shù)據(jù)、DNA材料和圖像等一整套實(shí)體材料和科學(xué)數(shù)據(jù)。

種子采到后，就要及時(shí)進(jìn)行處理，不然很容易因保存不當(dāng)而使種子失活。當(dāng)種子完成全部處理流程并檢測(cè)合格后，方可入駐種子庫(kù)進(jìn)入“深度睡眠”狀態(tài)。

圖3. 種子采集的常用技巧

Q6.這些種子從哪里來(lái)?

這12批種子分別采自全國(guó)17個(gè)省45個(gè)市100個(gè)縣(圖4)。其中華東六省一市已采集保存153科674屬1,581種3,621個(gè)采集單元，飽滿種子超過(guò)7800萬(wàn)粒，覆蓋華東適用于種子庫(kù)保存類群中74.27%的科、41.81%的屬和22.56%的種。在華東地區(qū)，尤以福建省種子收集最為豐富，已采集保存149科600屬1,354種2,824個(gè)采集單元，累計(jì)6500萬(wàn)粒。

圖4. 基于Biotracks上“華東種子收集”項(xiàng)目生成的分布熱力圖

Q7.在華東地區(qū)，去什么樣的地方最有可能收到種子?

從海拔梯度上看，華東六省一市海拔真正超過(guò)2000米的山主要集中在武夷山脈北段(閩贛交界)和諸廣山脈南段(江西崇義)。這12批種子中超過(guò)87%采自1000米以下的區(qū)域，其中0-200米、600-1000米的海拔區(qū)間貢獻(xiàn)了約60%的種子。

從生境類型上看，我們將華東常見(jiàn)生境類型劃分為常綠闊葉林、常綠-落葉混交林、山脊硬木灌叢、次生針闊葉混生林、高山矮灌草坡、河谷與溪邊、濕地、海岸、石灰?guī)r或裸巖崖壁、人類擾動(dòng)(如林緣、田埂、公路邊、廢棄地)等10類。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在林緣路旁等人類擾動(dòng)生境采集的種子占56.34%，河谷與溪邊生境的種子占17.13%。這兩類生境一方面可達(dá)性較強(qiáng)，另一方面也暗合中度干擾假說(shuō)，即在生態(tài)系統(tǒng)中，中度干擾既能抑制優(yōu)勢(shì)種的過(guò)度競(jìng)爭(zhēng)，又允許弱勢(shì)種共存，從而維持或增加物種多樣性。

因此，在華東地區(qū)，去海拔1000米以下的人類擾動(dòng)生境、河谷與溪邊生境是最理想的種子收集地。

Q8.種子一般集中在什么時(shí)候成熟?

春季賞花，秋季看果，金秋十月意味著果實(shí)成熟，那在華東地區(qū)種子是不是集中在秋季成熟呢?

辰山中心自2017年9月起正式在華東地區(qū)開(kāi)展系統(tǒng)性的種子收集與保存工作，截止到2024年12月份，8年間全體采集員投入了1221個(gè)工作日，采集量總體呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)。自2018年起，采集月份覆蓋全年12個(gè)月。我們分析了2018年至2024年間，種子采集單元(頻次情況)與種子采集量(收獲情況)的月際間占比，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是種子采集頻次高低還是種子收獲多少，均在每年的9至11月達(dá)到峰值，且10月最高。所以在華東地區(qū)，每年的10月份是最佳的種子采集期。不過(guò)，每年的3至6月也是種子收獲的第二個(gè)高峰期，因?yàn)槲锖蚱诘牟町?，這兩個(gè)時(shí)期收集的種子可以很好地互補(bǔ)，提升物種多樣性。

圖5. 種子采集單元(份數(shù))的月際占比變化

圖6. 種子采集量(粒數(shù))的月際占比變化

Q9.種子庫(kù)是如何運(yùn)作的?

種子的科學(xué)儲(chǔ)存一般包含野外采集、清理、干燥、儲(chǔ)存、活力監(jiān)測(cè)、分發(fā)共享等多個(gè)步驟。種子庫(kù)則需要根據(jù)工作流程設(shè)置不同功能區(qū)域，同時(shí)組織多個(gè)工作小組各司其職緊密合作才能讓種子庫(kù)正常運(yùn)作起來(lái)。符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的種子庫(kù)的建設(shè)還需要達(dá)到較高安全標(biāo)準(zhǔn)，比如厚實(shí)混凝土墻、雙電源災(zāi)備系統(tǒng)，以防戰(zhàn)爭(zhēng)、自然災(zāi)害等風(fēng)險(xiǎn)。

為了便于大家理解，圖7展示的就是符合辰山中心工作實(shí)際的流程圖。其中虛線內(nèi)有色文本框的內(nèi)容為國(guó)家重要野生植物種質(zhì)資源庫(kù)支持辰山中心完成的工作內(nèi)容。

圖7. 辰山中心工作流程圖

Q10.全世界有多少個(gè)種子庫(kù)?

根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，全球已有1750多座植物種子庫(kù)，保存了700萬(wàn)份以上的種質(zhì)資源(含種子、插條等材料)，共同守護(hù)著人類糧食與生態(tài)安全 。

下面介紹幾個(gè)國(guó)際上較為著名的種子庫(kù)

1.斯瓦爾巴全球種子庫(kù)(挪威)

建在距離北極點(diǎn)約1300公里的永凍冰山深處，常年維持-18℃。于2008年開(kāi)放，是全球最重要的作物種質(zhì)備份庫(kù)之一。由挪威政府、北歐基因資源中心及全球作物多樣性信托基金聯(lián)合運(yùn)營(yíng)。截至2024年底，已保存來(lái)自世界各地的農(nóng)作物種子達(dá)到130萬(wàn)份。

2.千年種子庫(kù)(英國(guó))

全球領(lǐng)先的野生植物遷地保育中心。MSBP(Millennium Seed Bank Partnership)合作網(wǎng)絡(luò)覆蓋80多個(gè)國(guó)家，現(xiàn)保存超過(guò)9萬(wàn)份約4萬(wàn)種植物，是全球最大的野生植物種子保育網(wǎng)絡(luò)。

3.美國(guó)國(guó)家植物種質(zhì)資源庫(kù)

美國(guó)國(guó)家植物種質(zhì)資源庫(kù)(NPGS)隸屬美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局，是美國(guó)負(fù)責(zé)植物遺傳資源收集、保存、評(píng)價(jià)與分發(fā)的國(guó)家級(jí)體系，NPGS并非單一機(jī)構(gòu)，而是一個(gè)多中心網(wǎng)絡(luò)，覆蓋美國(guó)多個(gè)研究所和種質(zhì)庫(kù)，旨在保障美國(guó)農(nóng)業(yè)的遺傳多樣性和糧食安全。目前已保存了 1.6萬(wàn) 種 62 萬(wàn)份種質(zhì)資源，包括種子、離體庫(kù)、資源圃等材料。

4.中國(guó)西南野生生物種質(zhì)資源庫(kù)

坐落于云南省昆明市中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所，有著目前亞洲最大的野生植物種子庫(kù)，目前保存的種子達(dá)1.2萬(wàn)種10萬(wàn)份，同時(shí)設(shè)有DNA庫(kù)、微生物庫(kù)、動(dòng)物種質(zhì)庫(kù)及種子生物學(xué)研究中心。

5.國(guó)家作物種質(zhì)庫(kù)(中國(guó))

國(guó)家作物種質(zhì)庫(kù)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所運(yùn)行管理，新庫(kù)于2021年9月建成并投入試運(yùn)行，設(shè)計(jì)容量150萬(wàn)份，是世界上單體最大、最先進(jìn)的國(guó)家級(jí)種質(zhì)庫(kù)。截止2022年底，已保存了超過(guò)52萬(wàn)份作物種質(zhì)資源。

6.澳大利亞種子庫(kù)聯(lián)盟

由澳大利亞 12 個(gè)區(qū)域性種子庫(kù)和機(jī)構(gòu)建成了種子庫(kù)聯(lián)盟(Australian Seed Bank Partnership)，通過(guò)種子、組織培養(yǎng)和超低溫保存的方式，開(kāi)展澳洲本土物種的收集。

7.聯(lián)邦植物遺傳資源研究中心/瓦維洛夫研究所(俄羅斯)

位于圣彼得堡，始建于1921年，是全球最早、規(guī)模最大的植物遺傳資源庫(kù)之一。建有12個(gè)野外試驗(yàn)站，保存30萬(wàn)份種子樣品，超過(guò)1000種栽培植物及其野生近緣種。

8.國(guó)際熱帶農(nóng)業(yè)中心(哥倫比亞)

國(guó)際熱帶農(nóng)業(yè)中心(CIAT)是國(guó)際農(nóng)業(yè)研究磋商組織(CGIAR)體系下的國(guó)際農(nóng)業(yè)研究中心之一，于2022年3月宣布成立世界最大的熱帶作物基因庫(kù)，命名為“未來(lái)種子庫(kù)”。致力于促進(jìn)熱帶地區(qū)作物多樣性與可持續(xù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。其種質(zhì)庫(kù)保存全球最大規(guī)模的豆類、木薯及熱帶牧草種質(zhì)，并向全球科研與育種機(jī)構(gòu)提供樣品用于研究、育種或培訓(xùn)。

9.白頭大干種子庫(kù)(韓國(guó))

韓國(guó)于 2018 年建成可儲(chǔ)存 200 萬(wàn)份種子的白頭大干種子庫(kù)(Baekdudaegan Global Seed Vault)，現(xiàn)已保存22萬(wàn)份6000余種種子。

10.新加坡植物園種子庫(kù)

新加坡植物園種子庫(kù)(Singapore Botanic Gardens Seed Bank)于2019年建成，可以存放2.5萬(wàn)種植物種子。種子庫(kù)面向公眾開(kāi)放，幫助公眾了解種子及生物多樣性保護(hù)的重要意義。

本文相關(guān)的種子數(shù)據(jù)得到了國(guó)家重要野生植物種質(zhì)資源庫(kù)蔡杰博士、秦少發(fā)工程師的支持。