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国家植物园打造珍稀濒危植物的「诺亚方舟」

2024-04-24科学

春和景明,坐落于北京香山脚下的国家植物园4月18日迎来正式揭牌两周年的日子,桃花、梅花、海棠、郁金香、牡丹等1000余个品种的春花植物陆续开放,将植物园装扮成花的海洋。作为以开展 植物迁地保护 科学研究 为主,兼具科学传播、园林园艺展示和生态休闲等功能的综合性场所,国家植物园已成为国家植物多样性的保护基地。

所谓迁地保护,就是把某些受到严重生存和繁衍威胁的植物迁出原地,移入植物园等地;迁地保护不仅是对植物就地保护的补充,而且是生物多样性保护的重要组成部分。如今,国家植物园正通过哪些手段有力推动植物多样性保护?如何打造珍稀濒危植物的「诺亚方舟」?

走进国家植物园(北园)科研温室的兰花活植物资源圃,两株格外醒目的杓唇石斛映入眼帘。

国家植物园(北园) 高级工程师 王苗苗: 最主要的特点就是它的唇瓣内卷成兜状,两个颜色,黄色和红色,这个是红色,刚刚开放……

杓唇石斛(王泽华/摄)

王苗苗说,这种植物可能远比我们想象的更加稀少,而通过迁地保护,可以为这些珍稀濒危植物回归自然提供可能。

王苗苗: 这个植物最早是1805年首次发表的,我们在翻阅资料的时候就注意到这个独特的石斛了,它是国家二级保护植物。2021年我们联合云南林科院的老师开展了它的野外资源调查,由于气候变化、人为破坏或者生境丧失,导致它野外生存状况非常严峻,可能远比我们想象的还要濒危,野外可能不足100株,生长在大概有四五十米的高大的树上,这也是我们迫切要开展保育的一个原因。

随即,团队就开展科学研究,进行人工繁育,成功建立杓唇石斛人工繁殖技术体系,繁育出杓唇石斛的幼苗。王苗苗说,如今,团队繁殖的杓唇石斛已达1000株以上,并陆续开展野外回归工作,让这种濒临灭绝的珍稀植物重新绽放在大自然中。

王苗苗: 而且我们也已经保存了一批种子,可以陆续进行播种繁殖。一旦我们有了这些种子,即使植物在野外濒危了,我们繁殖技术体系加上种子,就可以保证它在地球上永续生存,不会担心将来某一天因为某一些特殊的原因导致它的濒危,可能见不到这种植物了,这也是我们工作的意义所在。

玉女兜兰(王泽华/摄)

杏黄兜兰(王泽华/摄)

王苗苗: 这边您一进门就看到了开花非常娇艳的,叫做玉女兜兰、硬叶兜兰;跟它相对应的,开黄色花的是杏黄兜兰,它也有一个好听的名字,叫金童,这俩就构成了「金童玉女」……

看着苗圃内一株株从野外抢救回来的植物,王苗苗如数家珍。杓唇石斛之外,不知大家是否还记得2022年7月国家植物园(北园)展览温室内首次实现巨魔芋在人工栽培条件下群体开花的消息,许多人评价说,「巨魔芋开花让人们看到了国家植物园设立的价值」。国家植物园(北园)副园长魏钰介绍,去年底,数百粒巨魔芋的种子已经成功萌发,正在科研温室进行养护和管理。

魏钰 如果它从种子到开花,一般最快也要六七年的时间,前期都是一直在营养积累的过程,它长一段时间会休眠,然后再长,不断积累营养,积累到一定程度它就可以开花了。巨魔芋的分布是非常狭窄的,它对生长环境要求非常苛刻,能把它栽培成功,也算是我们在迁地保护方面取得了一定成绩,公众也看得到,我们也还是很欣慰的。

世界珍稀濒危植物巨魔芋群体开花(国家植物园供图)

此外,国家植物园还成功建立了软枣猕猴桃、五小叶槭、百花山葡萄等20余种国家重点保护野生植物的评估、保存、繁育和利用技术体系,实现中华桫椤、对开蕨、荷叶铁线蕨等的迁地保护。同时,魏钰介绍,「国家植物种质资源库」项目也已正式获批,年内开工建设,2026年向公众开放,这将是国家植物园揭牌后首个落地的重大项目。

魏钰 种质资源库的规划是收集来自世界范围的种质资源7万种,实现中国珍稀濒危植物全覆盖。保存的类型主要包括植物的种子、试管苗、DNA、植物活植株,还有花粉和孢子等一些植物的组织和器官。种质资源,它确实是事关国家生态安全,关乎人类未来的命运,也是现在科技界较量的一个必争之地,为下一步的开发和利用提供好一个物质保障。

国家植物种质资源库效果图(国家植物园供图)

一方面是保护,另一方面是利用,二者相辅相成。王苗苗介绍,如今,科研团队正在进行多个新品种的研发,未来,均有望进行产业化推广。

王苗苗: 这个是我们自己培育的,通过杂交育种繁育的新品种,这个颜色很特别,别的地方见得比较少……

记者: 它叫什么?

王苗苗: 我们起的名字叫「辉煌」,Glory。

记者: 未来可以应用到哪?

王苗苗: 可以促进咱们国家兰花花卉产业的发展,我们可以自己培育有自主知识产权的新品种,比如把唇瓣的特性移植到其他植物中,或者继承到它的后代中,可能更具观赏性、花期更长、应用更广。

魏钰表示,国家植物园培育的新品种,也正在服务首都花园城市建设。

魏钰: 这两年我们陆续培育了海棠、月季、玉簪、兰花、菊花等30余个植物新品种,掌握了「四季常蓝」树种——蓝云杉的多种繁育技术,实现大规模育种,不仅能在国家植物园看到,而且我们已经推广到颐和园、动物园、十三陵、将府公园等等,让广大人民群众在春天能够看到更多的花,秋天看到更多的彩叶,冬天看到更多的绿色。我们国家植物园承担着生物多样性保护的重任,也会努力阐释中国植物故事的内涵和特征,向世界展示中国生态文明建设成果,更好地服务于国家经济社会发展。

蓝云杉(图右 国家植物园供图)

同时,国家植物园还充分利用物联网、大数据、人工智能等技术手段,在智慧化、信息化建设等方面持续发力。记者来到国家植物园(南园)实地探访时,不但发现每株乔灌木几乎都有了独属于自己的「身份证」,还能利用手机对植物进行物种识别、图像采集,在服务科学研究的同时,收获更好的游园体验。

连香树、杜仲、鹅掌楸、七叶树、夏蜡梅、领春木……记者走进国家植物园(南园)珍稀濒危植物区,每隔几步,就能看到不同种类的珍稀物种茁壮成长。中国科学院植物研究所大数据与AI生物多样性保护研究中心副主任李敏边走边说,如今,利用手机拍照,就能实时识别出其物种,相关信息也一目了然。

李敏: 连香树是一种比较古老的国家二级保护植物,它现在没有开花,但是叶片比较有特色……

记者: 只拍叶子就能识别出来?

李敏: 你要拍到特征以后,它就可以识别。

记者: 这叫什么?

李敏: 马褂木,你看,叶子像一件小衣服、马褂!中国和北美独有两个种,中国的叫中国马褂木,北美的叫北美马褂木;它也像鹅掌,也叫鹅掌楸。这个是很有名的药材,叫杜仲,它的皮和老一点的叶子会有一种胶,它的皮药用比较多。

回到大数据与AI中心,刚刚在园区内拍照采集的图片已经实时上传到云端,而像这样的图像采集活动,在全国各地每时每刻都在进行。李敏表示,其背后所依托的花伴侣专业版APP于2023年就实现2万种植物的智能识别,涵盖了96%的中国常见植物,为植物资源调查、科学研究、物种保护提供了专业支撑;通过众源数据的采集,实现了科学数据的标准化存储和更新,助力生物资源的高效动态调查。

李敏: 回到办公室就可以看到刚才在野外采集的图片,这是刚才我们采集的领春木,这是连香树……这是全国各地不同用户采集的图片,比如科学家、我们的学生,护林员也会用我们的专业版应用来进行当地的植物调查。我们的图像库今天新增了7000多幅照片,到现在为止总的图片数量1598万,这些数据也服务于我们大数据与AI中心的建设。

国家植物园感知平台(国家植物园供图)

国家植物园代表了国家植物科学研究和迁地保护的最高水平,是保育濒危植物的「诺亚方舟」和战略植物资源的储备库。中国科学院植物研究所大数据与AI生物多样性保护研究中心执行主任吴慧介绍,我国重点关注和保护的高等植物达1万种,亟需前沿信息化技术驱动迁地保育的智慧化研究和管理。

吴慧: 比如说智慧感知终端,它就可以扫码定位我们园区的植物,更新植物的生长状态,对它的物候进行观察和记录,使每一棵植物都有独特的「身份证」,能够实现真正的园区植物数字化采集和高时效监测。

李敏介绍,利用物联网、大数据、人工智能等技术手段,国家植物园打造的智慧感知平台一共记载了17000多种植物,31000多株乔灌木,其中古树名木有638株。

李敏: 乔灌木以上每棵树我们都会记录它的详细信息,哪些是还健在的,哪些是状态不太好的,这些我们都进行了精准管理。对国家植物园的空间状况、园区总览以及气象数据和实时在园的情况做实时的感知;同时介绍了我们国家植物园里面的主要研究机构,重点保护植物的迁地保育情况。

园区植物定植信息(国家植物园供图)

不仅如此,吴慧表示,该平台还集成了共享系统、决策支撑以及科学传播等功能。

吴慧: 数据采集了之后,如何进行管理?我们建设了数据管理共享系统,基于一整套信息规范和元数据标准,对多元数据进行整合。这些数据怎么去服务决策?我们就打造了一个决策支撑系统,能够形成科学研究、迁地保护、引种保育、园林园艺、科学传播等方面的综合分析平台,为国家植物园的智慧管理提供技术支撑。

国家植物园也一直把广大公众放在心上。吴慧表示,在提升科学传播能力方面,团队开发了中国数字植物园(CVBG)3.0网站和「智慧游园」小程序,让游客体验到生物多样性保护带来的自然之美。

吴慧: 不光是能够实现刚才说的智能识别,而且增加了智能导览、语音讲解、全景漫游等多种服务,让游客在轻松愉悦中能够深入了解植物的奥秘。国家植物园感知平台的建设,不仅能够大幅提升国家植物园迁地保护的管理水平和效率,未来也相信能够引领全国迁地保护的智慧化建设。