环境与生活杂志

《环境与生活》，国家标准刊号：ISSN 1673-9485，国内统一刊号：CN11—5582/X；刊号里的X代表的期刊类别是环境科学、安全科学

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‍◎特约撰稿 叶晓婷 本刊记者 郑挺颖人类社会需要人口普查，自然万物的“社会”也同样需要生物普查。中国科学院西双版纳热带植物园党委书记杨永平研究员，从事植物学研究30余载，从“世界屋脊”到北极都留下了他的科考足迹。他带领团队对不同区域的植物进行摸底，还深入植物的微观世界，破译基因密码，为有关部门制订科学合理的生物多样性保护计划提供了数据支撑。带领团队为贫困地区民众的生计出谋划策。8月2日上午，《环境与生活》杂志连线采访杨永平研究员，听他讲解了我国植物资源保护与利用的门道。（中国科学院西双版纳热带植物园党委书记杨永平研究员）遗传多样性的保护至关重要“生物多样性包含生态系统多样性、物种多样性、遗传多样性3个层面。近些年，人们对前两者的保护比较重视，比如建立自然保护区，对物种进行就地保护、迁地保护等，而对遗传多样性比较陌生。任何物种，具有丰富的遗传多样性方能适应不断变化的环境。”8月2日，杨永平研究员在采访中，向《环境与生活》杂志记者强调了“遗传多样性”的重要性。杨永平研究员在“植物分类”“民族植物学”“植物的基因组进化与基因功能”等研究领域已深耕30余年。他谈到，同一物种若在不同地方生长，其遗传多样性未必一样。要真正有效保护物种，利用现代分子生物学手段开展遗传多样性的研究至关重要。为让记者更直观地了解“遗传多样性”，杨永平举了个动物研究的案例：以前大家认为全国各地的娃娃鱼（大鲵）是同一种，但中科院昆明动物研究所车静研究员及其团队从各地采集了野生大鲵个体，并从上千个大鲵养殖场获取样本，做了基因组测序，在分析其遗传多样性差异时发现，此前分类学上认为的大鲵并不只是一个物种，而是至少包含5个亚种，如广西亚种、四川亚种、贵州亚种等。“不同地区的野生种群数量悬殊，若不加区分，眉毛胡子一把抓，对一些小种群亚种的保护反而不利。通过遗传多样性的研究，有助于挖掘出物种保护的重点，实施优先保护策略，对于制定物种保护计划有指导意义。”以转基因技术验证基因功能杨永平介绍，他的专业领域“植物基因组演化”研究的是同一物种在基因组、蛋白组、转录组里面的差异。他还研究植物的基因功能：“植物要实现一个功能，需要多个基因相互协作，它们之间有上下游和辅助等关系。我们研究基因功能的调控网络，比如这个功能基因如何调控了下一个功能基因。”要验证植物的基因功能，杨永平通常会利用转基因技术。比如研究发现高原植物的某个基因可能与抗旱相关，就把它克隆出来转移到模式植物拟南芥（相当于植物界研究的“实验小白鼠”）中，看它在缺水环境下会发生哪些变化。杨永平强调：“我们只是利用转基因技术去验证基因功能，不形成产品。”他还告诉记者，传统杂交技术其实也是转基因的过程：两个物种、品种进行杂交，精子和卵子结合，这是全套的基因组交流，会引入成千上万个基因。起初的育种目标并不清楚，人们只能被动等待基因无序转变，长时间进行回交筛选，最后选出有用的品种。“转基因这个名字容易带来不好的遐想，学界越来越提倡叫‘分子杂交育种技术’，其实就是把过去传统的杂交方式，变成用某一段基因去和另一物种或品种进行更精准高效的杂交。”科考促成建立国家级自然保护区作为一名植物研究人员，野外科考对杨永平来说是家常便饭，青藏高原、北极等环境条件苛刻的地区都留下了他跋涉的足迹。1986年7月，杨永平从兰州大学生物系毕业，随后到中科院昆明植物研究所攻读硕士学位。1989年8月，他硕士毕业后留所工作，并从实习研究员干到研究员、研究所党委书记、副所长，在该所学习、工作近34年。1990年，25岁的他机缘巧合参加了第一次青藏高原综合科考，在高寒无人区可可西里待了3个多月，与同事合作鉴定出该区有种子植物231种。“昆明植物研究所的区域定位是立足云南，面向我国西南地区和喜马拉雅地区，所以我对青藏高原的植物研究与研究所的定位不谋而合。”杨永平说，第一次青藏高原科考主要是“摸家底”，每天的目标都很明确——采标本，回来进行标本整理。“不管认不认识都采回来，那是一趟‘发现之旅’。”他比较满足的是，这次考察让他对可可西里的植物本底情况有了更多的认知，作为科考的重要产出，科考队员们共同起草了关于建立可可西里国家自然保护区的可行性报告，并最终获批。可可西里因此被批复成立国家级自然保护区，整个区域的生态系统、物种均纳入保护区进行保护。杨永平云淡风轻地回忆着，在青藏高原考察，陷车是常有的事，沿途的不确定性层出不穷。他说：“有时天快黑了，车却陷入沼泽地，有时直接坐在车里过夜，计划总赶不上变化，发生多了也就习以为常了，在野外要学会随机应变。”（杨永平在第二次青藏科考时经历陷车事故。在青藏高原考察，陷车是常有的事。）（1990年，杨永平参加可可西里考察，路遇陷车事故，科考人员集体合力拉车。）二探青藏寻植物绝技众所周知，被称为“第三极”的青藏高原，与地球南北极颇有相似之处：冰川众多，储存了大量淡水资源……杨永平说，它们还有“生态环境脆弱”的共同点，“环境最重要的基础就是植被，对这些植被进行深入研究才能找到合理保护的对策。”2002年，杨永平成为首次进入北极进行科学研究的中国植物学家之一。科考期间，他和同事奔波于山地、河滩、草甸和冰原，寻找不同生境下的北极植物，统计种类，采集标本，目标是对北极和青藏高原的植物进行对比研究。（杨永平（第一排右起第四）2017年参加了第二次青藏高原大规模综合科学考察，与考察队员合影。）青藏高原是我国重要的生态安全屏障、战略资源储备基地。近几十年来，青藏高原又成为全球变暖背景下环境变化不确定性最大的地区。2017年，中科院组织第二次青藏高原大规模综合科学考察，杨永平担任“河湖源”生物与生态变化考察队队长。作为“植物多样性可持续利用与评估”课题的负责人，他带领队员们爬山涉水，除了进一步摸清青藏高原植物的种类、分布、区系等家底情况，更想在前人基础上进一步研究当地植物的家谱，从种群遗传、分子进化、气候变化等角度切入，看看它们身怀哪些绝技，竟然能攻克高原“寒”“旱”和“繁衍”三道难关，同时希望考察在气候变化和人类活动的双重压力下，植被和生物多样性的变化，以此为基础评估青藏高原生态系统现状。（青藏高原成为全球变暖背景下环境变化不确定性最大的地区。）青藏高原受全球气候变化最明显的影响是增温——变暖幅度是全球平均值的2倍。杨永平指出，从遥感结果看，青藏高原近些年的植被更绿了，暖湿化在某种程度上有利于植物生长，“不过，植被向好也有国家近些年推行草畜平衡政策的影响。”（从遥感结果看，青藏高原近些年的植被更绿了。）杨永平强调，自然生态系统的演化可能是百万年的过程，如果压缩到一二十年来看气候的极端变化对生态系统的影响，其实很难预估结果。暖湿化对于喜欢高温的植物来说也许乐见其成，而对于原来比较喜欢低温环境的植物可能就无处可去了。暖湿化也可能导致病虫害增加，对当地植物也许就是新威胁。“植被变绿了、草长得更好了，这只是很简单的一个指标。我们不能据此就认定好或不好，物种有何变化，物种间的相互关系、物种和病虫害的关系发生了什么变化，还有很多不确定性需要深入研究。”杨永平说，野外是最生动的教学场，“有些植物以前只见过标本或照片，但通过科考见到实物、采到标本，做个简单观察也是有收获的，一些新的科学问题可能就在大脑里萌生了。另外，我们是综合性的科学考察，涉及土壤、地质、气候等，通过跨学科交流，相互启发，知识面也拓宽了。”（杨永平研究员在野外采集植物标本。他认为，野外是最生动的教学场。）植物太坚韧而被忽视？杨永平注意到，动植物同是生物多样性的重要组成部分，但公众对植物保护的关注度要比动物弱。他认为，这是因为物种的明星效应不一样，公众更倾向于关注那些具有明星效应的生物，所以对一些大型哺乳动物印象深刻，熟悉度较高；另外，大多数植物的自然繁育能力和自我更新能力比较强，枝条、花、叶等可不断再生，而动物相对脆弱，如狮子、老虎等处在食物链顶端，对食物链下端和栖息地的依赖性很强，脆弱性明显，更容易催生人类的同情心。“相较之下，若有人随意采了一株兰花或拔了一株药用植物，很多人就认为这没什么大不了，不就一株草嘛，和伤害一只高级动物相比好像不可同日而语。而且，对植物的保护，相关部门在管理、立法等方面的重视度也不够，所以长期以来植物的价值被低估了。”我国是全球植物多样性最丰富的国家之一，有3万多种高等植物，为人类提供了基本物质基础（如食物、药物），为工业生产提供了重要支柱（如油料、木材）……是我国保障粮食安全、生态安全、能源安全的战略性生物资源。杨永平透露，国际上已把对生物资源的占有和研究的深度视为一个国家可持续发展能力的象征。为此，各大植物园、植物研究所、种质资源库乃至公众都需要加以重视，并做出相应的努力。植物园：物种避难所“你看中科院西双版纳热带植物园（下简称‘植物园’）的标志，整体像榕树造型，上半部分的绿色圆点体现了热带植物的丰富多样，下半部分3个支柱代表植物园‘科学研究、物种保育、科普教育’三大职能。”杨永平向记者介绍了其工作单位标志的含义。（中科院西双版纳热带植物园一角。植物园具有科学研究、物种保育、科普教育等职能。）杨永平强调，植物园除了具有休闲旅游功能，还开展科学研究、园林园艺、科普教育等工作，其“科学研究”性质与其他研究所几无差别；“物种保育”和“科普教育”对植物园来说缺一不可。他介绍，“植物园”的概念源于西方，对生物多样性保护的一大作用是“物种保存”。比如英国1759年开始筹建皇家植物园——邱园，目前收集了超过5万种活体植物（含种子）。作为国内外知名的5A风景名胜区，版纳植物园收集了超过2万种活植物，还保存着一片面积约250公顷的原始热带雨林，是我国面积最大、收集物种最丰富的植物园。（热带雨林常绿木质藤本植物碧玉藤，又名“翡翠葛”，因其花朵具有自然界十分罕见的绿松石色而被西双版纳热带植物园引种。 来源：中科院西双版纳热带植物园）据他介绍，版纳植物园在物种保存方面还做了一个“本土植物全覆盖”项目：2013年～2016年，该园对云南热带地区植物进行野外调查、评估，有针对性地进行就地保护和迁地保护。“植物在原生境长得好，就让它在自然界生长，但如果原生境被破坏，就地保护很难实现时，引种到植物园里的迁地保护就是不得已而为之的重要补充手段。不过，引种的物种会在合适条件下再栽回原生境中。我们植物园曾把15种兰科植物通过组织培养（简称‘组培’）后，再进行回归保护，成功扩大了它们在野外的种群数量。”截至2018年底，我国各植物园迁地保护了445种极危植物、787种濒危植物和1130种易危植物，对数十种濒危植物进行了野外回归试验。（爬藤属植物的根上，无叶无根无枝条，连植物最基本的光合作用特征都没有，只在繁殖期，才开出如荷花大小的血红色花朵，有一股淡淡的腐臭味。 来源：中科院西双版纳热带植物园）抢救野生种群为未来育种铺路有人认为，没必要耗费大量精力物力去拯救几近灭绝的物种，杨永平对此并不认同：“首先，我国有相关的保护设施、科研队伍，也有经济能力支持，在客观条件允许时不能眼睁睁看着物种消失。其次，要着眼于植物未来的价值去算账，很多还没研究透的植物，也许是很有利用潜力的，有些已证明很有经济价值。比如药用植物‘三七’，其产业规模就有上百亿元，云南东南部广泛人工栽培，但其野生种几乎找不到了。要把三七产业做大做强，需要持续的育种支持，也需要遗传多样性的不断补充，若物种野外灭绝，要实现这些目标就困难了。因为人工栽培是按照人类需求去育种选择，特点相对单一。而在野外，植物都自由生长，套路与栽培的不太一样，所以基因里可能存在更丰富的耐旱、抗病等优良特性。野生种群如同基因池，只有好好保存，才会源源不断地提供遗传多样性，为人类育种打下基础。”（植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室，依托中国科学院昆明植物研究所，为我国尤其是西部地区创新植物药和植物资源的可持续利用，做出了重大贡献。）杨永平透露，昆明植物研究所多年来也在做物种保存相关工作，比如保护“极小种群野生植物”。“植物在不同区域分布不均，有一些对生境要求独特，是很小的种群；还有一些本来野外分布挺多，但因为人为活动才成为有灭绝危险的物种。”极小种群野生植物中有许多是我国特有的，具药用、食用、材用等价值，比如药用价值极高的五叶黄连、铁皮石斛等。有些则在生物演化史研究中具有十分重要的地位，如银杉、水杉等，对研究松柏纲植物的系统发育有重要的科学价值。（若不及时保护极小种群野生植物，其生物特征和基因价值可能在人类尚未了解前就消失了，损失难以估量。 来源：中科院西双版纳热带植物园）杨永平强调，“提出‘极小种群’的概念本就是抢救式的，这些最易丧失的生物资源若不及时保护，其生物特征和基因价值可能在人类尚未了解前就消失了，损失难以估量。保护它们主要是依托植物园和种苗繁育基地来进行规模化繁育，最后让繁殖的后代回归自然，希望在短期内帮助它们扩大野外种群数量。”亚洲最大种质库“花样”备份植物（已故著名植物学家、中科院院士吴征镒曾提出：“一个物种影响一个国家的经济，一个基因关系到一个国家的兴盛。）生物的遗传资源也被称为种质资源，包含生物全部遗传信息，决定了生物各种遗传性状和特征。已故著名植物学家、中科院院士吴征镒曾提出：“一个物种影响一个国家的经济，一个基因关系到一个国家的兴盛。”杨永平告诉《环境与生活》记者，1999年，吴征镒院士致信国务院，提出建立国家“野生生物种质资源库”的设想，于2004年得到正式批复。2008年，“中国西南野生生物种质资源库”在昆明植物研究所正式运行。这也是亚洲最大的种质资源库，主要保存全国各地的植物资源，兼顾动物、微生物。（“中国西南野生生物种质资源库”是亚洲最大的种质资源库，以多样化的方式保存全国各地的植物资源，以及动物和微生物。）杨永平还举例说明种质资源库的重要性：“某个地方要修水库，可能会淹没某一种珍稀植物，那我们可以采集它几年的种子，放在种质资源库里保存备用，就算这个地区被淹了，珍稀物种的种质得到保存，还有机会开枝散叶。另外，有的植物过去以为灭绝了，后来又被人发现了部分种群，那就可以把种子留存在种质库里备份，或通过组培方式扩展种群。”他提到，1906年，有个法国传教士在云南采集了植物“弥勒苣苔”的标本，后来人们以为它灭绝了，直到100年后的2006年被昆明植物研究所的工作人员再次发现，其实是生境变化让这种植物变得少见。工作人员对弥勒苣苔进行种质保存，并进行组培研究，目前其成株已由最初发现的640株增至2000余株。（我国多年生草本植物弥勒苣苔的花冠上唇4浅裂，下唇不分裂。）杨永平还区分了几种种质资源保存方式：中国农科院的“种子库”保存了很多农作物种子，让种子干燥后在低温环境下休眠；而植物园保存活体植物，要经历风吹雨打、生老病死。西南野生生物种质资源库则面向所有野生物种而不只是农作物。除了种子，我国的种质资源库还考虑用更多样的保存方式。他举例，有些热带植物的种子一脱水就失活，生命也就没了；有些植物的种子本身就短命，比如具有极高的观赏、药用、科研及生态价值的兰科植物，其豆荚一样的蒴果存了上万粒细小如“粉尘”的短命种子，只能以组织培养、离体培养等方式来保存而不宜用种子保存；还有些植物压根不靠种子繁殖，比如蕨类植物就没有种子。仿野生栽培激发药效云南省生物物种数约占全国的一半，享有“植物王国”“物种基因库”等美誉，为发展生物产业奠定了基础。比如第三次全国中药资源普查数据显示,云南省有6157种药用植物，占全国的4%。市场上，人工种植的药材比较普遍，价格相比同类的野生品种低一些，有人认为这是因为野生的价值更高。对此，杨永平举例道，“人参会累积有药用价值的皂苷，但这需要通过次生代谢，付出能量等代价才能形成，其实不是它特别想累积的，只是为了应对不良环境条件不得已而为之。如果人工栽培的环境条件很好，比如大水大肥，它生长过快，很可能就不那么需要累积皂苷了。这样的人参产量虽大，但有效成分就可能不如野生种。”他强调，植物要从野生变成家种为人所用，前提是需要科学研究做基础和指导，搞清植物在哪些条件下会累积有效的药物成分后，人工栽培时模仿野生环境给植物施加相应的特定条件，就能诱导植物累积有效成分，从而减少对野生植物的利用压力。杨永平指出，许多野生植物如今已经被采得所剩无几了，人们这才开始意识到要发展人工栽培技术。“像石斛这种药用植物过去野外采集比较多，现在已经变少了。一些制药公司批量生产，机器设备大，需求量高，资源的可持续供应至关重要，靠野外的资源远远不够，所以就开始研究组织培养，组培技术突破了，采集野生石斛的就少多了。在植物被广泛利用之前，应先把合适的栽培技术研究出来。”植物研究帮扶脱贫西南地区生物多样性丰富，但也是贫困地区集中地带，当地民众在生产生活中大量利用植物，如何在改善生计的同时兼顾生物多样性保护，是当地扶贫和发展的焦点。杨永平认为，靠山吃山，靠水吃水，自然生态环境决定了当地能走什么路。对贫困地区来说，发展生计才是保护的基础，“仓廪实而知礼节。人们吃饱了，经济条件改善后才有更多余力去支持环保事业。云南乃至西南一些偏远地区的基础设施落后，教育水平和金融资本有限。引导‘一县一业、一村一品’，发展适合当地的特色产业，思路没问题，但产业发展需要科技成果转化。有些相对容易掌握又实用的科技其实可以转移过去，指导当地人利用。”目前，杨永平正在主持“云南昭通科技扶贫与特色生物产业示范”项目。“昭通种天麻比较多，但当地人过去对种植环境的认知并不够，我们结合自己的技术研究，在当地筛选更适合天麻生长的环境，帮助提高产量。另外，昭通盛产土豆，我们帮当地人研究了一些生物肥，教他们栽培技术。当地还有畜牧业，我们就教他们种一些生物量更好的草保证饲料供应。当地猕猴桃种植存在管理不到位等问题，就给他们开培训班，另外还引入比较受市场欢迎的猕猴桃品种，帮助当地引种新品种，加强栽培管理，延长产业链。”（杨永平在我国最大的彝族聚居县、深度贫困地区四川昭觉，研究食、药、饲三用植物蔓菁。）杨永平的团队还在研究具有藏文化特色的食、药、饲三用植物“芫根”，这是一种十字花科芸薹属植物，又称蔓菁，它是研究植物对高原环境适应机制的理想材料。“这种植物本来长在低海拔地区，现在青海、西藏、云南等高原地区也种了。我们正在研究不同种植区域的芫根遗传多样性有何差别，以及它在高海拔地区生长后基因发生了什么变化，都有哪些成分，以便进行更多功能的开发，帮助拓展产业链。”少数民族以信仰指导植物守护云南是多民族地区，一些少数民族对当地植物资源的利用和保护形成了独特的理论。杨永平指出，这是他们世世代代与生态环境协调发展的结果，应该被尊重，甚至可在农村生物多样性保护中起示范作用。傣族就有比较典型的保护系统。杨永平介绍，农耕的发展使傣族人形成了“有林才有水，有水才有田，有田才有稻，有稻才有人”、“砍山三年富，山秃几代穷”的保护理念。村寨里的人去世火化后被埋在森林里，形成了“龙山”。龙山里的植物不能破坏，村民要烧柴就靠村寨里种的材质优良、有很强萌发能力的铁刀木。龙山的存在保护了许多国家重点保护植物，并使西双版纳保住了一些热带原始森林。杨永平说：“他们还受宗教文化影响，在佛寺庭园中栽培了许多与宗教相关的观赏植物，有很多从国外引进，就像一个个小植物园，是我们学习引种驯化的好场所。”让社区成为迁地保护场所杨永平介绍，我国的自然保护此前经历了两个阶段。第一阶段是20世纪八九十年代的“抢救式保护”：政府建立保护区，划清明确的边界，组织护林员等队伍，把划定在边界里的保护落实到位。第二阶段是1998年长江洪灾后退耕还林的“恢复式保护”，对保护区以外区域的公益林、集体林、国有林等进行生态补偿。“第二阶段至今还在持续，这两阶段主要靠政府投入，今后应该对这些保护行动做些成效评估。我认为第三阶段已经萌芽，就是全社会参与‘美丽中国’的建设和生物多样性保护。比如农村社区保护水源涵养林、保护一条沟，城市社区、一些大企业也加入保护的队伍中来，环保组织的声音也越来越强。”在美丽乡村建设方面，杨永平非常推崇“社区参与”这种方式。他认为，村寨、社区亦可效仿植物园，作为迁地保护的基本场所。他举例，西双版纳植物园周边有社区要进行景观绿化时，植物园就结合自己特色为社区提供国家保护植物树苗。“社区很乐于参与这类行动，毕竟自己村寨中拥有国家级保护植物，他们也很自豪。我们还提供保护植物的种苗给企业，比如放到五星级酒店去种，其实也是鼓励企业参与植物保护事业。”植物园里的树苗毕竟有限，植物园还开辟大棚，邀社区来育种、共建苗圃、进行管理。“让他们亲自参与，我们提供条件和技术指导，成果归社区所有，大家很踊跃。”原定于2020年10月在昆明举办的“《生物多样性公约》第十五次缔约方大会”，受新冠肺炎疫情影响推迟至2021年5月17日至30日。杨永平参与了大会的一些筹备工作，如重点展示云南这个区域的生物多样性保护工作，他还参与了生态环境部关于未来10年生物多样性保护方案的讨论。对于明年的大会，他与同事计划组织一些专题分会场。在中国，全社会未来如何保护生物多样性是很值得探讨的话题。杨永平希望，届时能与国际同行交流社区层面对生物多样性保护的好的经验和做法。【学术百科】杨永平2020年至今担任中国科学院西双版纳热带植物园党委书记、副主任、研究员；2002年至2019年间，曾任中国科学院昆明植物研究所党委书记、副所长，中科院青藏高原研究所副所长。他1986年毕业于兰州大学生物系，主要从事植物分类和民族植物学研究，研究领域是“植物的基因组进化与基因功能研究”。杨永平研究员多年来承担了多个重大科研项目，他是科技部“第二次青藏高原综合科学考察研究”任务“植物多样性可持续利用与评估”课题负责人；中国科学院战略性先导科技专项（A类）“气候变化对生物多样性的影响与适应策略”项目负责人；中科院科技扶贫项目“云南昭通科技扶贫与特色生物产业示范”负责人；国家自然科学基金委员会项目“紫花针茅对青藏高原不同降雨环境的适应机制研究”负责人；国家自然科学基金委员会“中国-喜马拉雅重要植物区系成分的来源和演变”专题负责人。（本刊原创，如需转载，请联系《环境与生活》编辑部。责编：本栏目责编/郑挺颖 网编：王之远）