近日，國家重要野生植物種質(zhì)資源庫辰山中心(以下簡稱辰山中心)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展。經(jīng)過工作人員的認(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)!它們來自4,588個采集單元，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%為中國原生植物。其中中國特有種323種，珍稀瀕危植物68種。

Q2.這一億粒種子是怎么數(shù)出來的?

準(zhǔn)確來說這些種子不是數(shù)出來的，而是稱出來的。根據(jù)最新發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)——《野生植物種子庫種子采集和信息管理要求》(GB/T 46206—2025)，種子計數(shù)的常用方法有五樣本計數(shù)法、單樣本計數(shù)法、人工計數(shù)法和自動計數(shù)法等。其中五樣本計數(shù)法適用于大部分種子，隨機抽取5個樣本，每個樣本常為50粒，具體計算方法見圖1;單樣本計數(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);人工計數(shù)法適用于數(shù)量少于300粒的種子;自動計數(shù)法適用于無雜質(zhì)、形態(tài)一致、大小均勻的種子，往往借助圖像識別等軟硬件工具。

按此方法，目前辰山中心所保存最重的種子來自油麻藤，是所保存最輕的種子——圓葉鹿蹄草種子的近300萬倍!

圖1. 五樣本種子計數(shù)方法(來源見圖右上角)

Q3.為什么要收集種子，它們有什么用?

在回答前半個問題前，讓我們先了解下面兩組數(shù)據(jù)：

聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計了1990年至2020年全球森林面積凈變化(以十年為時間單位)，第一個十年減少780萬公頃，第二個十年減少520萬公頃，第三個十年減少470萬公頃。

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)濟活動強烈影響的前提下，僅依賴就地保護難以確保植物物種遺傳多樣性的延續(xù)。因此，建設(shè)遷地保護體系，形成“就地保護 遷地保護 種質(zhì)資源長期保存”的互補格局是保障植物多樣性安全的必然選擇。

遷地保護的核心價值在于把野生植物的遺傳多樣性保存下來，為未來恢復(fù)、回歸、研究和利用留備份。傳統(tǒng)的遷地保護方法，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成本高、資源更新困難等問題。通過低溫干燥技術(shù)建立的種子庫對野生植物種質(zhì)資源進行保藏，被認(rèn)為是當(dāng)前性價比最高的遷地保護策略。且種子庫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，是當(dāng)代植物園實現(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。及時記錄目標(biāo)物種用途可為它們今后的開發(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8%可作為人類食物;其余的8%分別是飼料植物、毒用植物、無脊椎動物食源食物(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)、社會文化用途(非食物也非藥物的社會文化用途植物，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入種子庫保存?

很遺憾，并不是所有的種子都可以進入種子庫保存。

目前大部分種子庫采用干燥加低溫的方式實現(xiàn)種子活力的長期保存，因此有一部分植物就將被排除在外。種子生物學(xué)家通過大量種子萌發(fā)實驗后發(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%，且儲存溫度越低、含水率越低，儲藏壽命越長的種子，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入種子庫長期保存。那頑拗型或中間型種子就被放棄了嗎?并沒有，科學(xué)家們依然在不斷改進技術(shù)，比如通過液氮、離體培養(yǎng)等方法去延長種子保存時間。

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在哪里，什么時候開花、什么時候結(jié)果、什么時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，并與保護區(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，還不能著急下手，首先要判斷種子的成熟度。種子的生長發(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。采集種子最佳時期就是處于脫落成熟期和散布期之間。過早或者過晚，收集的種子質(zhì)量都不是最佳的。

當(dāng)你通過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)，那么就可以開展采集了(圖3)。需要強調(diào)的是，種子庫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體材料和科學(xué)數(shù)據(jù)。

種子采到后，就要及時進行處理，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合格后，方可入駐種子庫進入“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?

這12批種子分別采自全國17個省45個市100個縣(圖4)。其中華東六省一市已采集保存153科674屬1,581種3,621個采集單元，飽滿種子超過7800萬粒，覆蓋華東適用于種子庫保存類群中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個采集單元，累計6500萬粒。

圖4. 基于Biotracks上“華東種子收集”項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)間貢獻了約60%的種子。

從生境類型上看，我們將華東常見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(如林緣、田埂、公路邊、廢棄地)等10類。經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在林緣路旁等人類擾動生境采集的種子占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性較強，另一方面也暗合中度干擾假說，即在生態(tài)系統(tǒng)中，中度干擾既能抑制優(yōu)勢種的過度競爭，又允許弱勢種共存，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候成熟?

春季賞花，秋季看果，金秋十月意味著果實成熟，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個工作日，采集量總體呈現(xiàn)逐年增長。自2018年起，采集月份覆蓋全年12個月。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，每年的3至6月也是種子收獲的第二個高峰期，因為物候期的差異，這兩個時期收集的種子可以很好地互補，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.種子庫是如何運作的?

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

為了便于大家理解，圖7展示的就是符合辰山中心工作實際的流程圖。其中虛線內(nèi)有色文本框的內(nèi)容為國家重要野生植物種質(zhì)資源庫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.全世界有多少個種子庫?

根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計，全球已有1750多座植物種子庫，保存了700萬份以上的種質(zhì)資源(含種子、插條等材料)，共同守護著人類糧食與生態(tài)安全 。

下面介紹幾個國際上較為著名的種子庫

1.斯瓦爾巴全球種子庫(挪威)

建在距離北極點約1300公里的永凍冰山深處，常年維持-18℃。于2008年開放，是全球最重要的作物種質(zhì)備份庫之一。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)合運營。截至2024年底，已保存來自世界各地的農(nóng)作物種子達到130萬份。

2.千年種子庫(英國)

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多個國家，現(xiàn)保存超過9萬份約4萬種植物，是全球最大的野生植物種子保育網(wǎng)絡(luò)。

3.美國國家植物種質(zhì)資源庫

美國國家植物種質(zhì)資源庫(NPGS)隸屬美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局，是美國負(fù)責(zé)植物遺傳資源收集、保存、評價與分發(fā)的國家級體系，NPGS并非單一機構(gòu)，而是一個多中心網(wǎng)絡(luò)，覆蓋美國多個研究所和種質(zhì)庫，旨在保障美國農(nóng)業(yè)的遺傳多樣性和糧食安全。目前已保存了 1.6萬 種 62 萬份種質(zhì)資源，包括種子、離體庫、資源圃等材料。

4.中國西南野生生物種質(zhì)資源庫

坐落于云南省昆明市中國科學(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，目前保存的種子達1.2萬種10萬份，同時設(shè)有DNA庫、微生物庫、動物種質(zhì)庫及種子生物學(xué)研究中心。

5.國家作物種質(zhì)庫(中國)

國家作物種質(zhì)庫中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所運行管理，新庫于2021年9月建成并投入試運行，設(shè)計容量150萬份，是世界上單體最大、最先進的國家級種質(zhì)庫。截止2022年底，已保存了超過52萬份作物種質(zhì)資源。

6.澳大利亞種子庫聯(lián)盟

由澳大利亞 12 個區(qū)域性種子庫和機構(gòu)建成了種子庫聯(lián)盟(Australian Seed Bank Partnership)，通過種子、組織培養(yǎng)和超低溫保存的方式，開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之一。建有12個野外試驗站，保存30萬份種子樣品，超過1000種栽培植物及其野生近緣種。

8.國際熱帶農(nóng)業(yè)中心(哥倫比亞)

國際熱帶農(nóng)業(yè)中心(CIAT)是國際農(nóng)業(yè)研究磋商組織(CGIAR)體系下的國際農(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，命名為“未來種子庫”。致力于促進熱帶地區(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構(gòu)提供樣品用于研究、育種或培訓(xùn)。

9.白頭大干種子庫(韓國)

韓國于 2018 年建成可儲存 200 萬份種子的白頭大干種子庫(Baekdudaegan Global Seed Vault)，現(xiàn)已保存22萬份6000余種種子。

10.新加坡植物園種子庫

新加坡植物園種子庫(Singapore Botanic Gardens Seed Bank)于2019年建成，可以存放2.5萬種植物種子。種子庫面向公眾開放，幫助公眾了解種子及生物多樣性保護的重要意義。

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