眼下雖已步入冬季，在天壇公園里的大片林木下，山麥冬依然迎著寒風(fēng)旺盛生長(zhǎng)，葉片不黃不枯，像是為大地鋪上了一層四季常綠的地毯。

在普通人眼中，以山麥冬、苔草、委陵菜等為代表的鄉(xiāng)土地被植物常被視為“野草”，它們都是北京市民的“老街坊”，在京華大地土生土長(zhǎng)。隨著北京在園林綠化領(lǐng)域推開(kāi)“地被變革”，它們逐漸替代了曾經(jīng)的冷季型草坪，讓園林一年四季綠意蔥蘢，揚(yáng)塵變少了，棲息的生物多了，景觀效果和生態(tài)效應(yīng)得以雙提升。

不過(guò)，我們對(duì)這些“老街坊”的秘密卻知之甚少。它們?yōu)楹文秃⒕镁G？怎樣更好地培育種植？為了回答這些問(wèn)題，北京農(nóng)學(xué)院院長(zhǎng)段留生成立了全國(guó)首個(gè)地被植物研究團(tuán)隊(duì)，向科研的空白領(lǐng)域進(jìn)軍。短短4年時(shí)間，這支年輕的科研團(tuán)隊(duì)就取得了豐碩成果：對(duì)山麥冬的耐寒、耐蔭基因挖掘取得重要進(jìn)展；解析苔草抗旱節(jié)水的分子機(jī)制；研發(fā)的生物調(diào)節(jié)劑像“護(hù)膚品”一樣噴灑在葉面，就能增強(qiáng)植株的抗低溫能力、延長(zhǎng)持綠期……未來(lái)，在北京的街巷中、公園里，更優(yōu)質(zhì)、更美觀的鄉(xiāng)土地被植物將更多出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)“增彩延綠”。

段留生（右）與團(tuán)隊(duì)成員查看山麥冬植株生長(zhǎng)情況本報(bào)記者王海欣攝

重新認(rèn)識(shí)“野草”

2019年的冬天，剛剛完成工作調(diào)動(dòng)，從中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)來(lái)到北京農(nóng)學(xué)院任職的段留生常在學(xué)校食堂門(mén)口徘徊，他關(guān)注到了食堂門(mén)前花壇里一種并不起眼的綠化植物——山麥冬。

冬季的北京寒風(fēng)呼嘯，氣溫最低可達(dá)零下十幾攝氏度，校園里的工人在掃雪鏟冰后，常把冰雪堆到花壇里等待其融化，這片山麥冬的頭上就常常頂著厚厚的雪。而在一片嚴(yán)寒蕭瑟中，花壇里總會(huì)顯出一叢綠色，這正是山麥冬的特性——持綠越冬。

在山間、街邊隨處可見(jiàn)的山麥冬，人們卻很少關(guān)注，學(xué)術(shù)界對(duì)它的研究也是少之又少。段留生發(fā)現(xiàn)了這個(gè)科研的真空地帶。

“城市綠化在很大程度上是人為的選擇，不僅要考慮自然因素，還取決于社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素。”20多年前，國(guó)內(nèi)城市地面綠化主要依靠引進(jìn)冷季型草坪，從草種到養(yǎng)護(hù)機(jī)械，幾乎全靠進(jìn)口。那時(shí)，段留生還在北京林業(yè)大學(xué)做博士后，雖然主要研究的是玉米、棉花等大田作物，但是生活在北京，園林綠化領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題，也不可避免地成為他與合作導(dǎo)師、中國(guó)工程院院士尹偉倫經(jīng)常探討的話題。

圍繞糧食作物的研究，需要追求高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效。而在段留生看來(lái)，生產(chǎn)價(jià)值只是農(nóng)業(yè)的維度之一，特別是在都市農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，生態(tài)價(jià)值、生活價(jià)值和文旅價(jià)值等也同樣重要。他舉例說(shuō)，在農(nóng)產(chǎn)品采摘園的建設(shè)中，果樹(shù)株型和高度就有講究，要盡量保證前來(lái)采摘的市民“觸手可及”，“至于一畝地能產(chǎn)多少果，反倒不是最重要的事。”

園林綠化則更為特殊，在城市中，大量綠化用地都是鋼筋水泥叢林中留下的邊角地，匱乏的土壤對(duì)植物生長(zhǎng)是不小的挑戰(zhàn)。要讓城市里原本長(zhǎng)不了植物的地方綠起來(lái)，讓已經(jīng)綠起來(lái)的地方更宜人，同時(shí)還要降低養(yǎng)護(hù)成本。段留生認(rèn)為，這應(yīng)當(dāng)是園林綠化科研的目標(biāo)。

冷季型草坪最適宜的生長(zhǎng)溫度是15至20攝氏度，若是在北京種植，每次越冬都會(huì)死去約三分之一。同時(shí)，這種草坪夏季每一兩天就要澆一次水，一畝地大約需要60至100噸水，且每隔一兩周還要修剪一次，資源成本和人力成本消耗都極高。在國(guó)外考察學(xué)習(xí)時(shí)，段留生發(fā)現(xiàn)，歐洲中部國(guó)家的氣候適宜冷季型草坪的生長(zhǎng)，但到了美國(guó)北部，冬天的草坪也同樣看不到綠色。

北京年均降水量?jī)H600毫米左右，且季節(jié)分配不均，全年降水的80%集中在6至8月，這樣的氣候條件也決定了，對(duì)節(jié)水、抗旱、易養(yǎng)護(hù)地被植物的研究迫在眉睫。而鄉(xiāng)土地被植物在長(zhǎng)久的進(jìn)化過(guò)程中，已經(jīng)適應(yīng)了本地的氣候條件，并且繁衍出了種類(lèi)繁多、變異豐富、抗逆性強(qiáng)的分支。

北京農(nóng)學(xué)院校園里就種著不少本土“特產(chǎn)”。在樹(shù)下、屋后等背陰處，大多數(shù)觀賞類(lèi)植物都很難生存，山麥冬卻能茁壯成長(zhǎng)，即使在零下10攝氏度的寒冬，依然能綠得鮮亮。苔草耐寒性比山麥冬稍差，冬季葉尖可能出現(xiàn)枯黃，但其全年養(yǎng)護(hù)成本僅有每平方米2至3元，比冷季型草坪節(jié)水68%至91%。

“那為什么不用我們本土的綠化植物來(lái)裝點(diǎn)北京的冬天呢？”段留生決定，集中力量研究北京的鄉(xiāng)土地被植物。此前，在全國(guó)范圍內(nèi)，都沒(méi)有科研團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注于這一領(lǐng)域的研究。

從零開(kāi)始，困難顯而易見(jiàn)。2019年團(tuán)隊(duì)組建時(shí)，不少成員甚至都未曾聽(tīng)過(guò)山麥冬這種植物，那時(shí)，他們?cè)谟衩住ⅠR鈴薯、月季等作物的科研領(lǐng)域各有建樹(shù)。當(dāng)段留生提出開(kāi)展本土地被植物研究的想法時(shí)，他們紛紛決定“轉(zhuǎn)型”，從頭開(kāi)始認(rèn)識(shí)山麥冬、苔草、委陵菜這些在北京的土地上世代繁衍的“野草”。

“說(shuō)實(shí)話，剛開(kāi)始做項(xiàng)目的時(shí)候，我還分不清山麥冬和苔草，它們長(zhǎng)得真的很像。”講起這段經(jīng)歷，團(tuán)隊(duì)成員、北京農(nóng)學(xué)院園藝系講師高月榮忍俊不禁。雖然這些“野草”就生長(zhǎng)在身邊，但它們“野火燒不盡，春風(fēng)吹又生”的頑強(qiáng)生命力背后的秘密，卻從未被揭示。科研團(tuán)隊(duì)梳理了華北地區(qū)常見(jiàn)的鄉(xiāng)土地被植物，期待通過(guò)生物學(xué)的研究方法，從分子層面解析它們耐旱、抗寒的機(jī)理，并選育出更為優(yōu)質(zhì)的種質(zhì)資源，解決北京綠化與冬寒、缺水之間的矛盾。

處于盛花期的山麥冬

找到抗凍秘訣

耐寒、耐熱、耐旱、耐蔭、耐鹽堿、耐貧瘠……在諸多“野草”中，四季常綠的山麥冬集諸多抗逆性于一身，在北京僅依靠自然降水就能生長(zhǎng)，只需一個(gè)生長(zhǎng)季就能較好地覆蓋地面，無(wú)需施肥、打藥、修剪，在遮光度達(dá)80%的林下空間也能正常生長(zhǎng)，是優(yōu)秀的地被植物。因此，它成了團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)研究對(duì)象。

團(tuán)隊(duì)成員、北京農(nóng)學(xué)院園藝系講師彭真承擔(dān)起山麥冬育種研究和基因組解析等工作，但巧婦難為無(wú)米之炊，擺在他面前的第一道難關(guān)，便是研究材料的缺乏。

課題組所有師生都被發(fā)動(dòng)起來(lái)，一有閑暇，他們就鉆進(jìn)京郊山林野地，尋找和采集野生的山麥冬植株。到自己的家鄉(xiāng)尋找野生山麥冬，也成了學(xué)生們的假期作業(yè)。“山麥冬在野外很顯眼，特別是到了冬天，在山里順著綠色找，準(zhǔn)沒(méi)錯(cuò)！”很快，彭真就和這種“小草”成了老朋友，并和其他教師一起，指導(dǎo)學(xué)生大范圍收集野生山麥冬的種質(zhì)資源。

不過(guò)，第一批被帶回實(shí)驗(yàn)室的野生山麥冬，并沒(méi)能如大家所愿地茁壯成長(zhǎng)。它需要怎樣的光照條件、溫濕度環(huán)境，多久要澆一次水，該為它提供何種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)……在養(yǎng)育它們時(shí)，這些問(wèn)題屢屢讓彭真受挫。“我們的實(shí)驗(yàn)樓下就種著山麥冬，在校園里它長(zhǎng)得特別好，但在實(shí)驗(yàn)室里就是種不好，這讓我們很受打擊。”

把育苗室的燈關(guān)掉一半，減弱光照，溫度也降至18攝氏度左右——隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，答案慢慢浮出水面。但挑戰(zhàn)遠(yuǎn)不止這些，在野外，山麥冬幾乎不會(huì)遭遇蟲(chóng)害；然而，在實(shí)驗(yàn)室的封閉環(huán)境下，一只蟲(chóng)子就能繁殖出一個(gè)種群。而在前期經(jīng)驗(yàn)不足時(shí)，團(tuán)隊(duì)沒(méi)有將野生材料與其他實(shí)驗(yàn)的植物隔離開(kāi)來(lái)，害蟲(chóng)薊馬啃食葉片造成了病蟲(chóng)害。“總是要從試錯(cuò)開(kāi)始的。”彭真感慨。

現(xiàn)在，在段留生團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室里，一盆盆不同品種的山麥冬擺得滿滿當(dāng)當(dāng)。種質(zhì)資源庫(kù)的建立，是研究作物起源、進(jìn)化，培育作物新品種等工作的基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)反復(fù)比對(duì)、篩選，已有120余份山麥冬種質(zhì)資源完成了“入庫(kù)”。雖然同歸于山麥冬屬，但不同品種的山麥冬植株，個(gè)頭高矮、葉片寬窄、花朵顏色等都有著明顯的差異，有些品種的葉子還鑲著“金邊”，抗逆性也不盡相同。

要找到山麥冬的抗凍秘訣，需要先施展一些“非常手段”。彭真曾把一種耐寒性極好的山麥冬品種，在零下25攝氏度的環(huán)境內(nèi)足足放置了24小時(shí)。“它的葉片幾乎全部?jī)鰝耍瑴囟妊杆俳档偷膰?yán)苛條件，在自然環(huán)境其實(shí)并不多見(jiàn)。”彭真說(shuō)，通常環(huán)境溫度是逐漸降低的，植株會(huì)有一個(gè)馴化、適應(yīng)的過(guò)程。當(dāng)時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員都認(rèn)為這株山麥冬很難再活過(guò)來(lái)了，沒(méi)想到在培養(yǎng)室中放置了一段時(shí)間，嫩芽又破土而出——它還活著！

“這就是很優(yōu)質(zhì)的種質(zhì)資源，圍繞它，我們就可以開(kāi)展山麥冬抗寒機(jī)制和品種優(yōu)化研究。”利用這批樣本，段留生團(tuán)隊(duì)針對(duì)山麥冬的抗寒性展開(kāi)了深入探索。不過(guò)，在植物生長(zhǎng)過(guò)程中，體內(nèi)的代謝產(chǎn)物繁多，經(jīng)過(guò)代謝組學(xué)解析和篩選，與抗寒性可能相關(guān)的代謝產(chǎn)物數(shù)量高達(dá)400余種。接下來(lái)便是苦功夫，他們先培育健康且一致性強(qiáng)的山麥冬植株，再用某一種代謝產(chǎn)物進(jìn)行外部處理，逐一嘗試。試錯(cuò)的過(guò)程持續(xù)了近兩年，反反復(fù)復(fù)的實(shí)驗(yàn)成了常態(tài)，“不到百里挑一的概率，找錯(cuò)了也很正常。”

功夫不負(fù)有心人，幾條主要的代謝路徑逐漸明晰：類(lèi)黃酮和海藻糖的代謝以及脫落酸、一氧化氮的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，對(duì)植株的耐寒性有重要作用。實(shí)驗(yàn)顯示，當(dāng)植株中海藻糖含量增加，抗寒性會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)；用適合濃度的海藻糖處理，在實(shí)驗(yàn)室零下10攝氏度驟冷的環(huán)境下，植株葉片的損傷率不到50%。

生物的外在性狀，歸根結(jié)底是基因的作用。利用收集的種質(zhì)資源，段留生團(tuán)隊(duì)完成了對(duì)山麥冬基因組的測(cè)序、組裝和解析，以測(cè)序結(jié)果為基礎(chǔ)，各種功能基因的挖掘難度便大大降低。“比如某個(gè)品種特別抗寒，我們就去和參考基因組作比對(duì)，尋找到底是哪個(gè)基因發(fā)生了突變。”段留生說(shuō)，很多山麥冬品種的觀賞性很好，但抗逆性稍差，影響了后續(xù)的應(yīng)用推廣。

目前，團(tuán)隊(duì)在山麥冬抗逆基因發(fā)掘方面已經(jīng)取得了重要成果，篩選出了耐寒、耐蔭的候選功能基因，其作用機(jī)制解析工作正在深入進(jìn)行。這一發(fā)現(xiàn)不僅能實(shí)現(xiàn)山麥冬品種的改良，還有助于提升其他地被植物的抗逆性，北京的冬天將有望綠得更加多彩。

現(xiàn)在，彭真已經(jīng)徹底愛(ài)上了這種不起眼的“野草”，他把自己的微信頭像換成了一片盛開(kāi)的山麥冬，逢人便驕傲地介紹：山麥冬能用綠色裝點(diǎn)肅殺的冬天，也能在夏天開(kāi)出紫色的花海，“四季皆有景，季季景不同”。

研發(fā)植物“護(hù)膚品”

雖然山麥冬在北京的種植范圍越來(lái)越廣，但品種較為單一，可選擇的花色、株型也不多，彩葉品種則普遍耐寒性稍差。利用基因編輯技術(shù)和育種手段，段留生團(tuán)隊(duì)正在持續(xù)研發(fā)具備更多優(yōu)勢(shì)性狀的山麥冬新品種。能耐受零下15至20攝氏度低溫的山麥冬種質(zhì)“1032”、耐蔭性和開(kāi)花性能優(yōu)良的闊葉山麥冬新種質(zhì)“1072”等，已經(jīng)陸續(xù)問(wèn)世。

現(xiàn)在，山麥冬“1072”正處于示范種植階段。后續(xù)，要讓植株實(shí)現(xiàn)快速繁育、擴(kuò)大種植面積，通過(guò)植物組織培養(yǎng)獲得大量種苗，是最快捷的手段。

在段留生團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室里，抗性優(yōu)異的山麥冬品種可以通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)快繁。不過(guò)，要讓幼嫩的愈傷組織健康生長(zhǎng)，培養(yǎng)基的選擇很關(guān)鍵。別看種在田里的山麥冬特別皮實(shí)，要讓這種多年生的草本植物退回到可以分化的愈傷組織階段，組培難度很高，條件也更苛刻。“不同的植物培養(yǎng)基不是通用的，甚至同種植物的愈傷組織在不同生長(zhǎng)階段，所需的培養(yǎng)基也有差異。”為了找到山麥冬的“專(zhuān)屬營(yíng)養(yǎng)品”，高月榮頗費(fèi)了一番功夫。參考同類(lèi)植物的培養(yǎng)基配方，她先后嘗試了13種培養(yǎng)基，但只有2種效果尚可，其余組別的實(shí)驗(yàn)均以失敗告終。

通常來(lái)說(shuō)，植物組培會(huì)選擇容易獲取的根莖、葉片等組織作為誘導(dǎo)材料，但這些都不是山麥冬最好的組培材料，就連直接用種子進(jìn)行誘導(dǎo)，效果也不理想。“常見(jiàn)的選項(xiàng)基本都排除了，我偶然想到，能不能用嫩種子胚試試看，這個(gè)思路很少有人用到。”這個(gè)想法給高月榮的實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了轉(zhuǎn)機(jī)，“雖然種子里面幼嫩，但外殼還是很硬的，必須小心地在無(wú)菌條件下將它切開(kāi)，挑出比芝麻粒還小的胚。自從換了培養(yǎng)材料，它們一下就‘爆發(fā)’了，長(zhǎng)得飛快。這個(gè)培養(yǎng)基也確實(shí)是最合適的選擇，從誘導(dǎo)到出芽、生根，不用換配方，它就全包了。”

現(xiàn)在，高月榮正面臨著“甜蜜的煩惱”。“一小瓶就能出幾百個(gè)芽，把它們切出來(lái)做培養(yǎng)，幾天之后基部就又發(fā)芽了。為了讓它們長(zhǎng)得慢一些，我得把它們擠在一起，以控制營(yíng)養(yǎng)，還要給培養(yǎng)室降溫。”她笑著說(shuō)，“現(xiàn)在，我對(duì)新品種的產(chǎn)業(yè)化很有信心！”

在園林中，要保持綠化植物的良好生長(zhǎng)狀態(tài)，需要投入大量的人工成本進(jìn)行修剪、養(yǎng)護(hù)，這是經(jīng)濟(jì)代價(jià)。但段留生更看重的是生態(tài)代價(jià)，園林綠化需要消耗灌溉用水，植物剪枝、落葉形成的廢棄物則成了園林垃圾。雖然北京已經(jīng)在推動(dòng)用鄉(xiāng)土地被植物替換冷季型草坪，但現(xiàn)存的草坪仍需養(yǎng)護(hù)。如果能對(duì)其生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控，讓草坪生長(zhǎng)更慢、綠得更久，就能有效降低成本。

能控制長(zhǎng)勢(shì)的草坪化學(xué)修剪產(chǎn)品，與同類(lèi)產(chǎn)品相比控旺效果可達(dá)4至5倍，從而降低人工修剪的頻次；園藝植物促分蘗分枝產(chǎn)品則對(duì)山麥冬、委陵菜等地被植物效果頗佳，能促進(jìn)其快速生長(zhǎng)成坪；抗低溫產(chǎn)品則能為植物“敷面膜”，減少葉片的水分蒸騰，讓綠色保持得更持久……讓植物增彩延綠的“護(hù)膚品”，不斷從段留生的實(shí)驗(yàn)室里走出。

其中，讓草坪草抗凍的生物調(diào)節(jié)劑——冠菌素已在全球范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，它的研發(fā)過(guò)程也充滿了坎坷。“我們差點(diǎn)就把有效成分給放跑了。”團(tuán)隊(duì)成員、北京農(nóng)學(xué)院講師于春欣說(shuō)，由于第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，冠菌素的濃度區(qū)間設(shè)定不恰當(dāng)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果很不理想。“但從理論上分析，它大概率是有效的，我們就擴(kuò)大了濃度篩選的范圍，多次嘗試，這才成功。”

“做科研，就是要?jiǎng)?chuàng)新，要做別人沒(méi)有做過(guò)的事，給出解決問(wèn)題的新路徑。”推開(kāi)地被植物研究領(lǐng)域的大門(mén)還不到4年，段留生就已經(jīng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)又一個(gè)突破。挖掘山麥冬關(guān)鍵耐寒基因并培育優(yōu)異新品系、解析苔草的抗旱分子機(jī)制、研制地被植物功能基質(zhì)和綠色養(yǎng)護(hù)產(chǎn)品……段留生團(tuán)隊(duì)不斷為北京市民帶來(lái)對(duì)這些“老街坊”的新認(rèn)識(shí)，“以前我們也在種這些鄉(xiāng)土植物，卻不知道為什么可以種、怎樣種更好。隨著對(duì)機(jī)理研究的深入，這些‘野草’也能通過(guò)新品種選育，變得更強(qiáng)壯、更美觀，更好地裝點(diǎn)北京。”

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