探索神奇的蕨类世界—新闻—科学网

 
作者:高雅丽 来源:中国科学报 发布时间:2018/5/14 9:16:20
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探索神奇的蕨类世界

蕨类植物多样性与进化课题研究组合照 

■本报见习记者 高雅丽

蕨类植物是地球上最古老的维管植物,也是植物从水生到陆生的演化历程中第一个在地球上“站”起来的植物类群。1940年,中国植物学家秦仁昌院士因发表《水龙骨科的自然分类系统》而名动世界,被誉为中国乃至世界“蕨类植物之父”。

在中国科学院上海辰山植物科学研究中心,有这样一个研究团队——蕨类植物多样性与进化课题研究组,他们在蕨类植物的世界中探索前行,不断破解关于它的更多奥秘。

“一见就爱上她”

在中国传统文化中,蕨统称虌,民间称长命草,指代所有具多年生根状茎、生活在荫蔽林下、幼叶拳卷的草本植物。在漫长的演化历程中,蕨类植物历经无数次大灾难、大灭绝,但都顽强地生存下来,并得到了一次又一次的新生和发展。

在上海辰山植物园推出的《蕨类手册》中曾这样诗意地写道:“蕨类是唯美的。没有花香,没有树高,她是棵无人知晓的小草,静默生长在四亿年漫长的时空轮回之中。简洁的叶形,单调的色彩,在喧嚣的尘世之中,让我们感受到的却是自然的神奇和生命的礼赞。”

蕨类植物多样性与进化课题组组长、研究员严岳鸿告诉《中国科学报》记者:“目前课题组的研究方向主要有三个:一是摸清中国蕨类植物资源的家底,二是弄清这些蕨类植物如何演化和适应地球环境,三是如何利用蕨类植物资源。”

据最新的蕨类植物分类资料统计,世界有蕨类植物51科337属12000余种,中国有蕨类植物39科165属2147种。在蕨类植物中,保存了众多独特的生存基因和机制,这对于人类认识生命世界具有重要的参考价值,也可能对改良现在的栽培作物具有重要帮助。

自1997年在大学期间跟随大学老师野外实习时偶然接触到蕨类植物开始,严岳鸿已经在这个领域耕耘了20余年。他说:“蕨类植物很漂亮,真有点‘一见就爱上她’的感觉。自2000年开始读研究生专门从事蕨类植物研究后,我和很多研究蕨类的老师一样,多年来坚持研究蕨类不‘花’心。之所以这样并没有什么特别的激励,只是因为蕨类植物的神奇让我着迷而不言放弃。”

蕨类植物仅靠几片叶片,就变幻出了多姿多彩的神奇世界。《瓦尔登湖》的作者梭罗对此有句名言:“上帝创造蕨类植物就是显摆他创造叶片的超能力”。2011年蕨类植物课题组成立后,吸引了全国各地不同领域的优秀青年人才加入了这个团队。课题组中有从事基因组生物学研究的博士沈慧和张锐,还有从事种群遗传和进化生态学的博士商辉和金冬梅等。在此之前,他们并不研究蕨类植物,接触蕨类植物后,他们便为此痴迷并且投入到科研中。

摸清中国蕨类植物“家底”

在严岳鸿的带领下,课题组开展了多项关于蕨类植物的项目。例如,华东黄山—天目山脉及仙霞岭—武夷山脉生物多样性调查及华东蕨类植物志的编研,泛喜马拉雅地区植物综合考察与植物志编研,中国及近邻地区碗蕨科的分类学研究,华东地区蕨类植物自然杂交种调查及物种生物学研究等。近年来,课题组通过高通量测序技术,开始从基因组学角度解析蕨类植物的奥秘。

“因为蕨类植物喜爱生活在不被人干扰的秘境中,因此课题组常年开展野外工作。这些年,我们的足迹遍及中国各地的大好河山和人迹罕至的生态秘境,这也是我们宝贵的人生经历。”严岳鸿表示。

在摸清中国蕨类植物家底方面,课题组最近几年通过广泛收集文献资料和大量标本采集,出版了《中国蕨类蕨类植物多样性与地理分布》《中国生物物种名录——蕨类植物》等书籍,总体上记述了中国蕨类植物的种类、地理分布和目前的濒危现状。

但随着研究的深入,课题组也发现一个问题——大量的物种并不为分类学家所熟悉,很多物种仅有少数几份孤立的标本而处于存疑状态。与此同时,蕨类植物由于起源古老、生殖隔离不完善,大量的自然杂交现象在蕨类植物中存在,自然杂交后代模糊了物种之间的界限,造成了分类学上的困难。因此,深入了解蕨类植物物种形成和生存适应机制成为课题组近几年的重要研究方向。

严岳鸿告诉记者:“课题组通过利用分子测序手段,特别是通过高通量测序的办法,我们希望能从基因组层面了解蕨类植物物种形成和生存适应机制。今年年初我们发表了《大尺度系统基因组学分析构建蕨类植物生命之树》的论文,在确定蕨类植物适应演化的基本框架的基础上,深入探讨不同类群的适应性进化机制。”

让更多人认识蕨类植物

更多的公众开始关注蕨类植物、了解蕨类植物,课题组近年来也做了很多科普工作。他们开展了一些具有园艺开发价值的蕨类植物的繁殖栽培工作,利用蕨类植物优美的叶形,开展了多次蕨类植物园艺展示。例如和中国花卉协会蕨类植物分会一起组织了两次中国花卉博览会蕨类植物展,同时也在上海辰山植物园开展了多次展览。

采访中,严岳鸿告诉记者,课题组目前碰到的最大困难主要是经费上的困难。他说:“在经费困难的艰难时刻,我也做些其他工作赚取研究经费来维持蕨类植物的研究,常自嘲为‘卖花养蕨’。”

即使课题组做了不少科普工作,但力度依然不够,公众对蕨类植物不了解,无法认识到蕨类植物独特的进化生物学意义和潜在的利用开发价值,因此在基础科学和开发利用上做的研究工作都很少,“特别是目前社会上的资金几乎完全没有进入蕨类植物的研究和开发,商业基金大多是‘不见兔子不撒鹰’,非常缺乏前瞻性的基金投入”。

事实上,蕨类植物因其在演化地位上的古老性和独特性,它在食用、药用和园林观赏方面具有重要而独特的价值,但目前很少有这方面的基础研究开展。例如,蕨类植物富含氨基酸而少有油脂类成分,是一类非常健康的蔬菜;基本上所有的蕨类植物都富含黄酮类物质且几乎完全没有毒性较强的生物碱类,可作为一类重要的保健食品或药品开发;很多蕨类植物可以合成天然的蜕皮激素,能作为有潜力的化妆品开发。

严岳鸿笑着说:“恐龙成为中生代地球的霸主,可能也有蕨类植物独特营养价值的功劳。甚至也有假说认为,恐龙的灭绝可能和有花植物中大量的有毒生物碱有关。”

2000年,严岳鸿刚读研究生时有个梦想:让现存矮小的草本蕨类植物恢复成石炭纪、侏罗纪时期高大的木本蕨类植物。“现在看来,这个梦想可能实现不了,但我们可以先模拟建设一些以蕨类为主体的‘侏罗纪蕨园’,让更多的公众了解和认识蕨类植物。同时,课题组目前也在这方面努力,希望能逐渐了解蕨类植物在漫长的地质历史时期的演化和适应机制。”严岳鸿说。

《中国科学报》 (2018-05-14 第6版 院所)
 
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