在这里,一个脚掌大小的地方,竟然保存了上

种质资源库的原理，是利用低温和干燥两种方式，使种子的生命得到极大的延长。为了收集珍稀濒危、区域特有或具有重要经济价值的物种，科学家们成了“种子采集员”，跋山涉水寻找这些罕见植物的种子。为什么我们要建立种质资源库？都有哪些种子可以进入资源库？我们又应该如何让种子萌发？

出品：格致论道讲坛

以下内容为中国科学院昆明植物研究所高级工程师蔡杰演讲实录：

大家好，我是中国科学院昆明植物研究所的蔡杰，今天我想讲讲种子采集和保存的一些故事。

我喜欢植物，也喜欢拍照，更喜欢给植物拍照。所以我们家出去旅游的时候，我通常先是拍人，拍着拍着就拍到植物去了。每次回去整理照片，都会发现我拍了大量的植物，但人物却很少。所以我的家人经常会说我：拍人一瞬间，拍植物一整天。

后来，我有幸进入了中国科学院昆明植物研究所读书，我也从此有幸在中国的西南地区、在世界的后花园邂逅了各样的奇花异草，并给它们拍照。

但是，这些宝贵的生物遗产正面临着人类活动、气侯变化所带来的极大的影响，有的消失、有的灭绝。所以，科学家们正在通过建立自然保护区、种质资源库来保存这些遗产。

▲左：中国西南野生生物种质资源库效果图

右：中国科学院昆明植物研究所所训

在年，也是我研究生毕业的时候，中国西南野生生物种质资源库得到了国家立项，并依托中国科学院昆明植物研究所进行建设。

那么，为什么它叫做种质库而不是种子库呢？

种质指的是所有有活力、有生命力、可以继续传承的遗传物质。在植物里面，种质就包括植物的植株、苗、种子或者是花粉、花芽。所以种子是种质的一个部分，种质包含了种子。

这个种质资源库在后面几年逐渐建成，我也有幸成为了当中的一员并参与到一些工作当中。

虽然这栋楼看起来很普通，但是它非常的结实。它的地基足以支撑40层楼，但是我们只盖了4层，因为它的地下是最核心的种子库。

接下来，我们就一起看一看这个种子库是什么样的。

简单地说，种子库的原理就是利用低温和干燥这两种方式，使种子的寿命能够得到极大的延长，保留它的生命以供我们后续使用。

▲从左上至右下：空气压缩机：种子库的“心脏”；

空气除湿系统：种子库的大型“空调”；

干燥间：带空调的“客厅”；

冷库：-20℃的“卧室”

这栋楼装修最豪华的、最核心的部分就是空气压缩机与空气除湿系统，它们都为种子的干燥间及冷库运行提供了动力与能源。这些种子不仅拥有带空调的客厅，还有零下20度的卧室。

为种子库请“房客”

种子库建好后，我们希望能够有很多的“住户”住进来。于是我们就发了一个招租广告。

我们不仅为种子们提供免租金的福利，还附送年度体检。优先“入住”的类群则包括珍稀濒危的物种、区域特有的物种以及一些具有重要经济价值的物种。

尽管我们有这么优厚的条件，但也没有“住户”主动愿意来。所以，我们需要派人出去把它们请回来。这批人就是种子采集员，我有幸成为了第一批种子采集员之一。

种子采集员的工作一般是“白+黑”的模式：白天上山采种子，晚上回来整理材料、清洗种子。有时候可能你还要很浪漫地点着烛光或是蹭着月光加班。

虽然我已经研究生毕业，但是在大自然这个大课堂里面，我永远都是小学生，从中学习到了很多毕生难忘的功课。

▲火麻树

这种植物叫做火麻树，一听这个名字就觉得它好像挺厉害的。事实的确如此，它的身上有着许多小刺。

一开始我们想着，我们都皮糙肉厚的，这种小刺算什么，于是就没把它放在眼里。但当我们真正去采集的时候，一个小刺扎到了手，一股剧烈的疼痛从手背一直传到心脏的部位，而且这个疼痛感一直持续了很久。去洗手的时候，还会越洗越痛。

▲金皮树（主产澳洲）

我们一直不知道这是什么原因，直到去年，我看到科学家从火麻树在澳洲的亲戚——金皮树的刺毛里分离出了一种叫做金皮肽的毒素，这才找到了答案。这种金皮肽是一种破坏性的神经毒素，它可以对你的神经受体造成持续很久或是永久性的破坏，这就是我们洗手的时候会越洗越痛的原因。

这是我们从火麻树中学到的一门功课。

▲大叶蛇葡萄

这种植物叫大叶蛇葡萄。第一次看到这个植物的时候我们很兴奋，因为库里还没有保存过这个物种。当天回去以后，我把种子清理出来，洗着洗着，过了一个小时以后，不知道是怎么回事，我的手背又红又痛，还特别的痒。

▲植物细胞中的草酸钙结晶

等我回到了种质库以后查了一些资料，才发现我又被刺扎了。这次扎我的这种看不见的针，它的成分叫草酸钙结晶，其实在植物细胞里边是很常见的。大叶蛇葡萄的果皮里面草酸钙结晶特别丰富，所以在清理种子、把果皮揉破的过程中，植物的细胞壁也就破了，这些像针一样的草酸钙结晶就扎到了我的手背上。

这真是明枪易躲，暗箭难防。

▲白丝草

种子采集员还有个很重要的工作：对采集的物种拍照。这是我们在广东看到的一株很有趣的植物，它叫白丝草。在这张照片里，除了植物，大家还能看到什么？大家可能跟我一样没有注意到。但是当我们回去后，把照片放大回放的时候，才看到在照片的右上角有一个绿色的影子，那是一条竹叶青。那条竹叶青当时离我们不到一米的距离，但是有惊无险，我们很安全，这条蛇最后也很安全。

▲云南天坑

海拔米

这几年随着采集范围的扩大，我们也在尝试采用不同的技术、在新的区域开始采集。在年，我们尝试了用绳降的方式进入到天坑开展采集，并且在天坑里面找到了一种叫大花石蝴蝶的植物。

▲左：进入天坑采集右：大花石蝴蝶

这种植物消失了年，这是我们发现的第三个居群（分布点）。

▲中国已测最高的大树：秃杉

云南贡山

树高72米

红色箭头有人

这棵树叫秃杉，也叫台湾杉，是目前我国测量过的最大的树，高达72米，大概有二十几层楼那么高。

这种植物的种子只能在树顶才能够采集到，我们团队在年11月成功到达了树顶，并采集到了它的种子。

▲全球已保存海拔最高的种子：

须弥扇叶芥

西藏珠峰

海拔米

我们也有幸前往世界第三极——西藏珠峰开展种子的采集，并且成功采集到了一系列物种。上图的植物叫须弥扇叶芥，采集地的海拔大概是米。

这是目前在全世界范围内所采集的海拔最高、有明确的GPS记录、而且有活力的种子。我们相信这个记录会很快被打破，我们也会继续极高海拔的探索、研究以及物种的保存工作。

▲高山草甸盛开的五种马先蒿植物

采集员不仅要有体力、毅力，还需要有聪明的头脑。这张照片中的花非常漂亮，五颜六色的，它们都属于一个叫马先蒿的家族。到了夏天，香格里拉的草甸会有很多这样鲜花盛开。

▲马先蒿果期形态

这些花在花期的时候很容易分辨，但是它们在结果的时候长得非常相似。因此我们去采种子的时候就需要把它们分清楚，不然就会采混。

▲果实开裂（左），果实的颜色改变（右）

因为保存时间会很长，所以我们采集的是成熟的种子。我们可以通过一些常识来确定种子是否成熟，比如说果实开裂了、颜色改变了，那就说明它熟了。

理论也告诉我们，种子采集的最佳的时期是在临近成熟脱落以及散布之前这两个时间点的交接期。但是在实际的操作过程中，特别是针对千千万万的野生植物来说，这是非常难把握的。

▲大花石蝴蝶种子适采期评估（从左上至右下）：

1月，盛花期；4月，果实绿色，未成熟；

5月，果实黄绿色，未成熟；6月，果实黑色，成熟

比如我们在1月的时候调查到了大花石蝴蝶开花的花期，我们想着4月份种子应该差不多了成熟了，结果去了才发现并没有。我们在5月又去了一次，它的种子还是没有成熟，但是果子比之前黄了一点儿。一直到6月底的时候，它的种子才成熟了。为了采集这样一个物种，我们前前后后跑了4趟，但是最终还是把它采集到了。

▲冰镇沙棘果

采集的过程很艰难，但是它也给我们带来了很多乐趣。比如我们有机会品尝各种风味不同的野果，包括天然冰镇、富含维C的沙棘果。

▲高仿“猪腰子”

我们还有机会看到树上挂着的“猪腰子”。上图这两个豆子可能是我国能够找到的最大的豆米，一粒新鲜的豆米可以有克那么重。

虽然这个豆子长得像猪腰子，但是它并不能吃，是有毒的。不过我们看到这样的种子还是很兴奋，或许以后有人能够利用这种资源，开发出又大又可食用的豆子。

▲生命的感悟

此外，我们看到了很多野花在荒凉的西北沙漠绽放，这也让我们切切实实地感悟到：就像我们的人生一样，越是艰难，越是要绽放。

▲种子采集点分布图

经过十多年的努力，我和我们采集团队的同事们从全国各地请来了数以万计的“住户”。从西北的荒漠到东北的森林，从青藏高原到南海的海南、三亚、三沙都有我们的足迹。现在我们收集保存的种子已经超过1万种，8.5万份。

给种子办理“入住手续”

种子采回来以后，接下来的工作就是要把这些种子放到它的房间里面去，进行种子的入库。这需要完成八个步骤，我重点讲讲其中的一部分。

这是在做种子的清理。因为种子的大小、规格都不一样，所以对这些种子的清理都要手工分拣，这真的是一个考眼力、磨耐性的活儿。

▲给小蓬竹种子做X射线体检

清理完的种子并不一定都非常好，所以我们还要给它们做X光体检，通过X光确认这批种子的质量。这是一种竹子的种子，给它们做X光体检以后，我们可以看到，在十粒种子中只有三粒是饱满的或者说是健康的。

▲种子计数

我们还需要知道采到的这份种子的数量有多少，所以会通过随机取样的方式来测算种子的千粒重，最后估算出种子的数量，为我们以后的利用提供基础。

▲种子入库

这些工作做完以后，最后一步就是把种子放到冷库，也就是送到主卧室里面。我们把种子密封，放到零下20度的冷库以后，就可以实现长期保存。

其实我们的冷库只有不到平米，但是现在已经保存了8.5万份的种子，平均一个脚掌印大小的地方，就保存了上千种植物的种子。

如果有人问我全世界植物物种最丰富的地方在哪儿，我觉得这个地方应该就是我们的种子库。正是因为效率高，所以现在很多国家都在努力建种子库。

种子能活多久？

那么，种子在它的新家里面能活多久呢？毕竟我们采集种子的目的就是要让它们一直活着，以供将来使用。

▲中国

古莲

0年

这是我中学的生物课本，封面是一朵荷花。它是由辽宁普兰店一个距今一千多年近两千年的古莲子萌发了以后长出来的。

大家可能吃过这种零食，它叫椰枣，是在中东地区很常见的一种干果。以色列的考古学家找到了一些椰枣的种子，检测以后确定它们大概距今两千年，其中一些种子最后也成功萌发出来。上图右边这棵很大的椰枣树就是成功萌发的一例，这是年拍的照片，它仍然非常健康。

在俄罗斯的西伯利亚，科学家在一个老鼠洞里找到了一些种子。经过检测以后，确定这批种子距今大概3万-3.2万年。虽然这批种子最后未能产成植株，但是科学家采用了新的技术，即通过组培的方式把它一些还有活力的果实细胞分离出来，然后再通过离体培养，最后也复原了这个物种。

所以，既然这些植物在野外自然状态下“风餐露宿”都能够活那么久，如果我们给它一个更好的新家、更稳定的环境，它是不是能够活得更久呢？

这是根据一个经典的种子寿命公式推算出来的一些数据。比如如果把玉米的种子放在昆明的室外，仅是一年半左右的时间，它的活力就会很快下降。但是如果把这个种子放到种子库的话，过多年它的活力才会下降那么多。

不同物种活力下降的时间是不一样的，有几百年的，有几千年的，也有上万年的。这给了我们很大的信心，相信种子库的技术能应用于绝大部分物种的长期保存。

当然，自然界很奇妙，不是所有物种的种子都适合在低温和干燥的环境中保存。很多的热带水果，还有橡树、咖啡这一类物种的种子就不喜欢干燥的环境，在这种环境中就会死掉。我们把这一类种子叫做顽拗型种子或者中间型种子，它们不能用种子库的技术来保存。

不过，现有的数据告诉我们，这一类种子在自然界里面大概只占10%，所以大部分的物种可以使用种子库的方式来进行保存。

唤醒“沉睡”的种子

种子保存最重要的意义，是将来我们能够重新使用它，那么我们就需要把这些冷藏的或者沉睡的种子唤醒。所以我们会给种子做萌发实验，而种子萌发的这个过程被我们浪漫地称为“唤醒睡美人”。

大家可能在购物网站买过这种草头娃娃，给这个娃娃浇了水，过几天它的头发就会变绿。这其实告诉了我们一个道理，即种子萌发最基本的条件就是光、温、水，只要控制好了这一切，种子是很容易萌发的。

但是自然界的种子并不完全都是这样的，特别是经过低温保存以后的种子，它会有一些特别的反应。

比如说这种叫作白楸的植物，我们就发现它冷藏后不能萌发，但是它也没有死。后来我们就对它的种子进行了切片观察。

这种植物的种子的含油量特别高，我们在上图的第一张图中看到的透明白点就是它的油脂，这是在冷藏以前的情况；冷藏以后，把种子的温度升高到25℃时，观察到的是第二张图的样子，我们就怀疑它冷藏以后，这些油就全部凝固了，在25℃的时候这些油没有化开；把温度升高到45℃时，它们还是没有化开；再把温度升高到55℃的时候，我们看这些油脂好像又化开了，回到了冷藏之前的状态。

下图就是我们做的这个萌发实验的曲线。简单地说，这意味着有一些种子被冻僵了，你需要给它泡一个热水澡，它才能够复苏过来。虽然它的萌发率没有达到最佳，但是这提供了一个思路，对于很多种子我们还需要进一步研究。

还有一些种子外面穿了一身盔甲，比如上图展示的是东方泽泻的种子，在它外面这层壳没有去掉之前，它不能萌发；把外面那层壳剥掉以后，种子就萌发了。

蔷薇、也就是我们说的玫瑰这一类的种子也是如此，需要把外面的壳要去掉，它才能够萌发。

此外，青藏高原的植物经历了很大的昼夜温差，所以我们也需要给来自这一地区的种子模拟这样的环境：把它们放在培养箱里面，模拟白天温度高、晚上温度低的环境，通过变换温度，种子才能够萌发。

有时候不是几天、几个月的温度变动就能实现种子萌发的，而是要到年这样的一个尺度。我们记录了喜马拉雅嵩草的一些数据，它的50粒种子从播下去到最后萌发，总共用了天，大概是5年半的时间。

如果没有种质资源库这样的国家重大科技基础设施，我们就没有机会监测到这样的信息，也没有机会观测到这样的现象，这再次让我们感叹植物的智慧。

▲种子TZ染色前后颜色变化

其实，我们还面临着很多挑战。有些种子我们知道它还活着，但是它就是无法萌发。比如左图中这些白色的点是种子，我们用一种化学试剂给它染色，如果染得上色，就说明它还活着，但是我们还没有办法让它萌发出来。

种质库发展任重道远

现在，全世界很多国家都在建种质资源库。

比如英国建立了千年种子库，这是全世界最大的保存野生植物的种子库。

挪威在北极圈内的斯瓦尔巴岛也建了一个种子库，这个种子库更多的是用来备份重要农作物的种质资源。

中国西南野生生物种质资源库在年成为了全世界第二个保存物种超过1万种的种质库，它也是亚洲最大的种质库。我们已知的种子植物有35万种，高等植物大概接近40万种，但是真正被人类驯化并大规模利用的植物只有多种，所以种质库的发展还有很大的空间。

从大自然留给我们的遗产里面去寻找到我们需要的物种，把它们保存起来，不让它们消失，不让它们在我们认识到其作用之前消失，这非常重要，也非常有意义。

我们的老所长吴征镒院士在总结科研的时候说：“我只是做了‘承前启后’的工作。我把我老师的老师开创的事业继续了下来，完成了《中国植物志》的（编研）任务……我(倡议）留下的种质资源库，还有继续研究的任务。”

吴老是我们领域的榜样，他的这些话也作为沉甸甸的接力棒，传到了我们这代人手上，鼓励、激励着我们在今天为这样的托付与责任去努力。

最后我也想借这个机会，对所有参与种质资源库建设，种子采集、保存付出过努力、汗水与青春岁月的人表示衷心的感谢。

我们都有一个共同的信念：对这些千万种子的守护，是留给子孙后代的一份特别的礼物。

谢谢大家！

“格致论道”，原称“SELF格致论道”，是中国科学院全力推出的科学文化讲坛，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院科学传播局联合主办，中国科普博览承办。致力于非凡思想的跨界传播，旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展。获取更多信息。本文出品自“格致论道讲坛”

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