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浙江安吉杭垓镇文岱村的古银杏树。 |
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研究团队从各地采集的银杏种子。 |
核心阅读
在浙江大学，生命科学学院教授赵云鹏带领着一支研究银杏的团队。他们研究银杏这一古老树种的遗传多样性、建立银杏基因库、监测野生种群，从而探索如何更好保护银杏的基因、个体、种群，进而保护生物多样性。
正值银杏最美的季节。提起银杏，你会想到什么？扇形的叶片、金黄的颜色还是掉落的白果？
在浙江大学生命科学学院，一支研究团队多年来接力探寻关于银杏的秘密。这个由浙江大学生命科学学院教授赵云鹏领衔的课题组，围绕银杏等“活化石”树种的种群进化历史、生态响应、分布格局等，从实验室走向野外，并建起银杏基因库。
“原来动物才是银杏种子的‘大自然搬运工’”
赵云鹏的微信头像是一片金黄的银杏叶，朋友圈背景是一棵生机勃勃的古银杏树。
“银杏的起源时间比恐龙还早，但它并没有灭绝，是名副其实的‘活化石’。”赵云鹏说，在裸子植物纲银杏目里，如今只剩银杏一个种。
2000年，时任浙江大学生命科学学院院长、从事植物分类学研究的中国科学院院士洪德元向生物科学系主任傅承新教授建议，一定要搞清楚银杏是否还有野生种群。傅承新教授从事植物系统进化和珍稀濒危植物保护遗传学等领域的研究，也是赵云鹏的老师。从那时起，几代科研人员开始了一场漫长的有关银杏种群进化的研究。
“银杏进化历史长达2.7亿年，经历多次地质灾难特别是第四纪冰川时期都幸存下来，能让它幸存下来的地方很重要，是现代银杏最古老的野生种群分布点。”赵云鹏说，从2007年起，他的脚步从浙江到重庆、贵州直至国外。
以前，赵云鹏在野外调查时喜欢一头扎进深山老林，靠观察寻找银杏分布点，后来因为一件事，他调整了调查策略。
银杏喜阳喜暖湿，大多生长在溪谷两侧。在探索银杏野外分布规律时，赵云鹏曾猜测银杏种子会随地势落差和溪流带动自上而下分布，“结果我们发现，下游并没有太多上游大树的后代，反而跨过山脊在山的另一边有不少。”
一次偶然的机会，附近群众和护林员提供了重要线索：他们看到松鼠啃食白果，还有果子狸在岩石上排泄出完整的带壳白果……结合分子标记和红外相机监测调查，赵云鹏发现果真如此。
“原来动物才是银杏种子的‘大自然搬运工’。”赵云鹏恍然大悟。从那以后，他更加重视入户调查，有意识地与当地居民建立联络。赵云鹏的通讯录里，记满了多地农户、林户的联系方式。
“别说，有时多聊天还真有收获。”赵云鹏说，2019年在天目山国家级自然保护区调查时，听当地一位农家乐经营者提起，他父亲以前是林场工人，当年这里曾有两个银杏苗圃进行人工育苗。在他的带领下，团队找到了这批现已开花结实的银杏树。
“研究银杏的功能基因和遗传规律，需要同一家系至少三代树，而银杏一代从幼苗到首次结实就需要20年左右，时间跨度大。这批苗圃银杏树的重新发现，一下子为我们节省了两代树大约40年的培育时间，对研究银杏的基因和性状起到很大推动作用。”赵云鹏说。
至今，团队通过努力，不仅确认了银杏在我国东部天目山山脉和西南大娄山山脉东北端的两个幸存地，还发现了位于南岭山脉的第三个幸存地。
“提前把工具打包快递到目的地，再也不用担心受工具物料限制影响采集”
2007年，团队调查研究的银杏种群从之前的10个增加到16个；到了2010年，数量增加到33个；2019年达到51个……
“一方面是研究的迫切性和研究手段的快速发展；另一方面，交通和通信快速发展、国家对科研支持力度持续加大，也促进了研究进展的加速。”赵云鹏说。
“举个例子，以前去外地调查，要携带大包小包的工具物料。”赵云鹏说，不仅有采集需要的高枝剪等，在当地建样方需要的绳子、钢筋、十字镐等，还有制作标本所需的标本夹、烘干机等，几乎人人背个大蛇皮袋，而现在可以轻装上阵了，“提前把工具打包快递到目的地，再也不用担心受工具物料限制影响采集。”
2015年，团队和中国科学院植物研究所等合作，启动银杏基因组测序项目，由此打开了银杏研究的新领域。项目启动一年后，项目组顺利完成了银杏基因组草图，随后又选定51个种群的545棵代表性银杏树，进行基因组重测序。“从这545棵树中获得的数据量，有44TB。”赵云鹏说。
如今，一个包含活体库、样本库和信息库的银杏基因库已建成。选定的545棵树、种质圃里来源各地的幼苗都纳入活体库；种子、DNA、标本等样品纳入样本库；各类型关联数据整理归类建成一个个信息库……基因库的数据库分步分级向全球科学家和公众公开，实现共享共建。
“20年来，不变的是对待学术和科研的态度与精神，改变的是科研思路和方式方法”
为了做好对银杏野生种群的监测与保护，从2019年起，赵云鹏团队开始在天目山银杏分布的3条沟谷里从低海拔到高海拔建起27个20米×20米大小的永久样地，对其中全部银杏树和每一棵胸径大于1厘米的木本植物进行定位、编号、测量、物种鉴定，并与浙江大学网络空间安全学院教授任奎合作，采用物联网技术、无线感知系统等手段，实现了对当地土壤、大气、气象等29项指标的远程实时监测。2022年，位于贵州省务川仡佬族苗族自治县的永久样地也建成了。
建起永久样地，意味着需要长期持续地观察。不管早期找寻野生种群，还是如今定点监测保护，赵云鹏每年都要往返多地，他带领的团队中，除了他自己带的研究生，还有不少是通过招募参与进来、对野外生态学感兴趣的本科生。
“我们的野外工作总结起来就两种：一是‘外业’，白天在野外工作；二是‘内业’，晚上在室内工作。”赵云鹏说。
早上8点上山，一待就是一天，不仅要跋山涉水，还要精准地找到每棵树。“外业”结束回到营地，还要搞“内业”。一方面要及时整理当天野外调查数据，包括样方概况、每棵树的信息、草本灌木信息等，样本的各种性状参数等也要测量记录；另一方面白天采集的样本还要及时处理，比如用硅胶干燥新鲜叶片作DNA样品、压制标本、过筛和冷冻土壤样品等，有时还要根据实验需要对叶片、枝条进行烘干、液氮冷冻……
“银杏研究团队从最初师出同门的6位同学，发展到后来我指导的12位研究生，再到如今包括浙江大学在内的26所高校的200余位志愿者。”赵云鹏说，“20年来，不变的是对待学术和科研的态度与精神，改变的是科研思路和方式方法，现在的年轻人思维活跃、敢于表达。在课堂上、野外调研中，他们总能大胆质疑，做科研就是需要这样的精神。”
赵云鹏说，只有研究透彻才能更好保护银杏的基因、个体、种群、生态系统及文化，进而保护生物多样性。在他看来，通过研究银杏的基因多样性，可以了解自然演变延续的历程，研究其周边生态环境，探索大自然变化的奥秘。
研究银杏，又不止于银杏。科研之路，总有不少新的启发与收获。
