植物园与野生植物迁地保护
Botanical gardens and ex situ conservation of the wild plant species
Xiangying Wen , ,1,2,3,*, Hongfeng Chen1,4
植物资源是全球生物多样性和生态系统的核心组成部分, 是人类赖以生存和发展的基础, 是维系人类社会和经济可持续发展的根本保障。保护植物资源及其多样性已经成为人类发展的重大使命和国家发展的战略选择。
植物园作为专门从事野生植物收集、栽培驯化、科学研究和保护利用的研究机构, 始终肩负着重要使命, 是国家植物多样性保护和可持续利用、相关产业发展的植物源头保存库, 是国家植物资源本底和生物战略储备的重要组成部分, 也是国家宏观决策及公众教育的重要试验、示范和开放场所(黄宏文, 2018)。
1 什么是迁地保护?
2 为什么要进行迁地保护?
迁地收集保存的保护价值取决于3个主要因素: (1)植物材料的收集类型(包括种子、外植体和活植物)随每个物种的繁殖生物学、种子特性和(或)对异地环境的适应性而变化。(2)收集方法: 一般来说, 只有具有良好档案记录的、野外采集时捕捉了尽可能多的遗传变异的物种的迁地收集才具有最大的保护价值和研究价值; 同样重要的是,迁地收集工作必须仔细, 确保不要对野外居群带来额外的风险(低强度、频繁的采集繁殖材料比高强度偶尔的采集繁殖材料对取样居群有更低的影响。所以尽可能扩展采集至两年或多年, 特别是对于小的居群)。(3)对有活力的种质资源的后续维护在决定一个迁地收集的最终保护价值方面起着至关重要的作用。如果没有适当的监测管理, 收集的保护价值或收集本身可能完全失去意义。具有最直接保护作用的是收集具有遗传多样性代表的物种, 必须设法确保材料在遗传上是合理的并可长期用于保护活动。此外, 迁地收集的管理, 还应该通过多地保存来使因随机事件或自然灾害(如: 工作人员的转换、盗窃、火灾、病虫害等灾难性损失)造成丧失的风险达到最低(Oldfield & Newton, 2012)。
另外, 当引种采集迁地保护的植物材料的时候, 对合法问题的考虑非常重要。许多国家有法律管理野外植物材料的采集, 尤其是对那些濒临灭绝的种类。所以, 在规划采集前很有必要去核查这样的法律或管理条例。受过专业训练的植物科学工作者在野外的采集活动对植物的影响远小于偷盗者。
3 如何科学地进行迁地保护?
(1)迁地保护要确定优先收集类群和采样策略。虽然建立迁地收集有很多目的, 比如地理区系代表物种的收集、系统发育和生态意义的物种收集/或具有文化价值的物种收集, 但迁地保护急需保护的濒危植物物种已经成为植物园近几十年来的一项核心工作(Gratzfeld, 2016)。新英格兰野生花卉协会开发了确定优先收集类群等级的系统。当植物的野外种群小于5个时, 需要对每个种群进行采集, 每个种群最少采集50个样品, 是国际上普遍采用的采样策略。Hoban和Schlarbaum提出采样时要考虑种群大小和结构、种群间遗传联系和传粉方式, 指出了大种群和风媒传粉植物采样策略应与小种群和昆虫传粉物种不同(周桔等, 2021)。具体的引种采样策略可参考国际植物园保护联盟(BGCI) 2016年出版的From Idea to Realisation: BGCI’s Manual on Planning, Developing and Managing Botanic Gardens, 以及BGCI和IABG共同出版的Species Recovery Manual (Gratzfeld, 2016; Heywood et al, 2018)。
(2)迁地保护要了解被保护植物的遗传信息。实现野外种群遗传多样性代表的收集是植物迁地保护的一项关键工作。植物园要重视濒危植物迁地保护中遗传代表性、遗传混杂、遗传适应等遗传风险管理(周桔等, 2021)。野外种群遗传多样性代表的收集对于保持其适应性、避免近交繁殖、特别是避免那些不能自花授粉植物间异型杂交的风险至关重要。Maxted等提出用空缺分析(gap analysis)方法提高采样遗传多样性涵盖度。由美国植物保护中心(1991)和Guerrant等(2004, 2014)提出的取样指导方针是最全面的综述之一, 然而他们同时强调, 没有一个放之四海而皆准的正确的取样策略或方案。迁地保护是整个保护过程的一部分, 它为就地保护(如物种回归)提供材料, 因此, 必须强调的是只有具有遗传多样性代表的迁地收集材料才适合直接用于回归活动; 只有少量个体的活植物收集具有的保护价值有限, 不过, 它们仍具有间接的保护价值, 如开展研究、园艺和教育(Oldfield & Newton, 2012)。同时, 在进行活植物收集时, 还要考虑物种濒危性、遗传代表性和维持遗传代表性的采集成本。
在过去的几十年中, 就地/迁地二分法仍然在很大程度上影响了自然保护运动及其机构的发展, 为国际社会普遍采纳。但是, 也有专家强调综合性方法和思路, 如Braverman (2014)认为保护中就地与迁地的划分已经不能满足科学发展的要求。它们与自然文化和多自然的观念以及非传统的空间观念不相容, 未来要运用综合保护方法(周桔等, 2021)。
4 植物园与濒危植物综合保护
近年来综合保护理念日益受到重视, 即将就地保护和迁地保护相结合, 同时结合物种回归和恢复, 最终提高保护工作的成功率。该理念最早是由Falk在1987年提出的, 考虑到生物多样性受到威胁的多样化和复杂性, 任何单一的保护方法是不可能成功的, 使用多种方法是必要的。就地保护和迁地保护不应被视作独立的或不同的, 而应该被视作兼容的、相互加强的方法(Falk, 1987)。传统观念认为植物园的作用是在栖息地退化期间对濒危物种进行迁地保护, 被称为植物的“诺亚方舟”, 但是这已不再被认为是足够的。为了更有效保护珍稀濒危植物, 植物园在迁地保护过程中开始关注迁地保护和野外回归相结合, 迁地保护为植物回归提供了苗木资源和技术储备。近年来, 回归已越来越多地被用作一种植物保护工具, 是野生植物种群恢复重建的重要途径, 是迁地保护和就地保护之间的桥梁。在中国, 林业系统在珍稀濒危植物的保护中发挥着管理和主导作用, 而植物园却是植物回归、种群复壮研究与实践的主要承担单位。因为植物园拥有的活植物资源、知识、技术和设施, 为植物回归提供了重要支撑, 同时植物园的环境教育和科普活动为回归活动的开展提供公众参与机会或争取社会资金的支持(文香英, 2020)。截至2020年年底, 我国植物园开展了约300个植物回归引种项目, 涉及206种(Ren, 2020)。全球很多植物园和树木园越来越多地与自然保护区、林业部门、非政府组织(NGOs)以及当地社区合作, 开展综合保护活动。比如: 国际植物园保护联盟(BGCI)通过全球树木运动(GTC)、与植物园等保护机构合作, 在基于社区参与的基础上, 利用综合保护方法在全球30多个国家开展了570多种濒危树木的保护, 其中在我国开展了70多种, 取得了良好的保护效果, 也建立了濒危植物综合保护典型模式并在国内外逐步推广。
总之, 植物园在世界各地的濒危植物综合保护中发挥重要作用, 在支持这些保护工作中具有独特的优势。
5 植物园迁地保护取得的成效
《全球植物保护战略》(GSPC 2011-2020)目标8: “对至少75%的濒危植物物种进行迁地收集, 最好在原产地收集, 另将至少20%纳入恢复方案”。植物园是对野生植物进行迁地保护的主要机构, 全球植物园网络或者单个植物园在实现该目标中作出了重要贡献。
根据BGCI全球植物园数据库(BGCI GardenSearch Database: https://tools.bgci.org/garden_search.php)统计, 截至2021年12月31日, 全球有植物园和树木园3,736个, 其中1,193个植物园共迁地收集(包括活植物收集和种子)了1,573,452份资源, 代表639,359个分类单元11万多种, 占全球已知高等植物的1/3 (https://tools.bgci.org/plant_search.php)。全球有树木58,497种(Beech et al, 2021; BGCI, 2021a), 其中17,510种(29.9%)濒临灭绝, 2/3的树木种类至少在一个保护区内得到就地保护, 大约1/3的树木种类在全球植物园或种子库得到迁地保护(BGCI, 2021)。我国有近200个植物园(树木园), 目前共迁地收集保存了约2.3万种植物(包括本土植物和国外引种), 其中濒危植物1,289种, 占中国濒危植物种类的41%。Mounce等(2017b)的研究表明, 全球植物园共收集保存了约41%的已知濒危植物物种, 其中有些物种已经野外灭绝。除了活植物收集, 全球74个国家370个植物园的种子库保存了57,051种野生植物的种子(O’Donnell & Sharrock, 2017)。著名例子包括英国皇家植物园邱园(kew)的千年种子库(Millennium Seed Bank, MSB), 其目标是在2020年前保存25%的可保存植物物种的种子, 目前该种子库收集了2.4亿颗种子, 代表近5,800属和360多个科的40,000多种野生植物https://www.kew.org/wakehurst/whats-at-wakehurst/millennium-seed-bank)。中国西南野生生物种质资源库目前共保存种子85,046份10,601种, 占我国有花植物种数的36%; 植物离体培养材料2,093种24,100份; DNA分子材料7,324种65,456份; 2,280种2,2800份微生物菌株和2,203种60,262份动物种质资源等, 是亚洲最大的野生生物种质资源库, 它使我国的野生生物种质资源, 尤其是我国的特有种、珍稀濒危种、具重要经济价值、生态价值和科学研究价值物种的安全得到了有力保障(http://www.genobank.org/Departments)。国家林木种质资源库和良种基地保存种质资源3,3000余份(含引进), 深圳国家基因库保存3,000万份生物样本(周桔等, 2021)。
植物园迁地收集的活植物或者种子不仅用于支持本单位职工的科学研究, 而且支持国内外的研究者从事生物防控、传粉研究和育种等工作并带来重要经济价值, 比如: 英国千年种子库为国际农业和生物科学中心(CABI)提供21种英国本土植物(包括濒危植物) 48个种子收集以测试这些植物是否受一种甲虫的影响, 使得CABI比预期提前一年释放了其生物制剂, 伦敦经济学院估计这种提供材料支持带来的价值达到2,700万英镑至12,100万英镑之间(Smith & Yvette, 2018)。根据ARCADIS (2016, http://www.rbge.org.uk/assets/files/about_us/Corporate_Info/Economic%20Impact%20Assessment%202016.pdf)估计: 研究人员利用爱丁堡皇家植物园的迁地收集材料对苏格兰的经济带来的利益10年期间达到1.71亿英镑, 15年期间达到2.48亿英镑, 25年期间达到3.85亿英镑。
总之, 植物园迁地保护的重要战略资源及其保育技术将对我国生态环境保护、社会经济发展和人民生命健康提供重要的支撑作用。
致谢
在该文章准备的过程中, 得到了中国科学院华南植物园任海研究员、植物研究所马克平研究员和昆明植物研究所昆明植物园孙卫邦研究员的大力支持, 在此表示衷心的感谢！
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Plant diversity is currently being lost at an unprecedented rate, resulting in an associated decrease in ecosystem services. About a third of the world's vascular plant species face the threat of extinction due to a variety of devastating activities, including, over-harvesting and over exploitation, destructive agricultural and forestry practices, urbanization, environmental pollution, land-use changes, exotic invasive species, global climate change, and more. We therefore need to increase our efforts to develop integrative conservation approaches for plant species conservation. Botanical gardens devote their resources to the study and conservation of plants, as well as making the world's plant species diversity known to the public. These gardens also play a central role in meeting human needs and providing well-being. In this minireview, a framework for the integrated missions of botanical gardens, including scientific research, / conservation, plant resource utilization, and citizen science are cataloged. By reviewing the history of the development of Kunming Botanical Garden, we illustrate successful species conservation approaches (among others, projects involving,,,,,, medicinal plants, ornamental plants, and Plant Species with Extreme Small Populations), as well as citizen science, and scientific research at Kunming Botanical Garden over the past 80 years. We emphasize that Kunming Botanical Garden focuses largely on the conservation of plants from Southwest China, especially those endangered, endemic, and economically important plant species native to the Yunnan Plateau and the southern Hengduan Mountains. We also discuss the future challenges and responsibilities of botanical gardens in a changing world, including: the negative effects of outbreeding and/or inbreeding depression; promoting awareness, study, and conservation of plant species diversity; accelerating global access to information about plant diversity; increasing capacity building and training activities. We hope this minireview can promote understanding of the role of botanical gardens.
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Botanic gardens conserve plant diversity ex situ and can prevent extinction through integrated conservation action. Here we quantify how that diversity is conserved in ex situ collections across the world's botanic gardens. We reveal that botanic gardens manage at least 105,634 species, equating to 30% of all plant species diversity, and conserve over 41% of known threatened species. However, we also reveal that botanic gardens are disproportionately temperate, with 93% of species held in the Northern Hemisphere. Consequently, an estimated 76% of species absent from living collections are tropical in origin. Furthermore, phylogenetic bias ensures that over 50% of vascular genera, but barely 5% of non-vascular genera, are conserved ex situ. While botanic gardens are discernibly responding to the threat of species extinction, just 10% of network capacity is devoted to threatened species. We conclude that botanic gardens play a fundamental role in plant conservation, but identify actions to enhance future conservation of biodiversity.
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网址: 植物园与野生植物迁地保护 https://m.huajiangbk.com/newsview133246.html
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