论我国国家植物园体系建设: 以任务带学科构建国家植物园迁地保护综合体系 生物多样性    2022, 30 (6): 22220-.   DOI: 10.17520/biods.2022220

正文中引用本图/表的段落

植物园的概念从公元前2,800年我国的“神农本草园”起源(Bretschneider, 1893), 到公元前约14世纪古埃及的森努弗花园(Sennufer’s Garden)、公元前约6世纪古巴比伦的空中花园(Hanging Gardens of Babylon)和亚述帝国的怡情园(Kirimahu)、公元前2世纪中国汉代皇家御苑“上林苑”等延续不断地演进着华夏及世界各地的药草文明与园艺园林(Hill, 1915; 贺善安等, 2004; 黄宏文, 2017), 是人类文明发展史的重要组成部分。西方通常认为欧洲5?9世纪以来, 以圣加尔(瑞士)修道院草药园(Physic Garden)为代表的药用植物园是欧洲复兴后现代植物园的雏形(Heywood, 1987)。然而, 中世纪欧洲各类众多的草药园仅仅是中华本草园思想和概念的复制和延续(Hill, 1915)。

16、17世纪随欧洲自然科学启蒙与发展, 植物园从古代文明的本草园概念中发生了脱胎换骨的变化。依托植物园研究的植物学、植物分类学逐步成为独立学科并不断演进出相关分支学科, 拓展了植物园的引种驯化功能, 为18?19世纪的现代植物科学的发展奠定了坚实基础。其中, 具有划时代意义的发明是植物腊叶标本的制作与植物标本馆的诞生。著名自然学家与植物学家卢卡·吉尼(Luca Ghini, 1490-1556)在任比萨植物园园长期间发明了制作腊叶标本的技术并创立了世界上首个植物标本馆(Heywood, 2015)。植物标本馆的创立克服了野外观察的时间和地域限制, 使得植物研究可以凭借分门别类存放的腊叶植物标本进行长期研究, 为植物分类学、植物形态学、植物器官学等学科的发展奠定了基础。17世纪, 欧洲国家建立起一批科学研究导向的植物园, 如牛津大学植物园(英国, 1621)、乌普萨拉植物园(瑞士, 1657)、爱丁堡植物园(英国, 1670)、柏林植物园(德国, 1679)等以及日本的小石川植物园等(1684)。现代意义的植物园逐步成为演变趋势并在18世纪建立了以英国植物园-邱园(1759)、圣彼得堡植物园(俄国, 1731)、剑桥植物园(英国, 1762)、爱尔兰国立植物园(1790)等为代表的科研型植物园(Heywood, 1987; 黄宏文, 2017)。

(3)殖民地植物园兴起: 18世纪以来欧洲殖民统治者在世界各地, 尤其是热带地区建立了一批以殖民统治和殖民地经济发展为目的的殖民地植物园, 以圣文森特植物园(英属圣文森特岛, 1764)、印度豪拉植物园(1787)、印尼茂物植物园(1817)、新加坡植物园(1876)等最具代表性。殖民地植物园适应了殖民地统治的经济作物规模产业化并体现国家意志的植物园定位。同时, 在澳大利亚建立了悉尼(1816)、墨尔本(1853)、塔斯马尼亚(1818)等英国皇家植物园。而且, 19世纪在北美原英属殖民地区域建立了密苏里植物园(美国, 1859)、阿诺德树木园(美国哈佛大学, 1872)、纽约植物园(1891)等(Brockway, 1979; 黄宏文, 2017)。显然, 英属殖民地和属地的植物园从遍及全球到目前名存实亡, 反映了英帝国20世纪以来的衰落。

对世界上现有冠名“国家” (含历史延续的皇家植物园)的植物园梳理表明, 当前全球40多个国家约有80个国家植物园(Box 1)。在各国政府体制下, 国家植物园的隶属关系各异, 隶属于国家的科技(或科工)、农、林、环境、植物调查、生物多样性等部委办, 或国家科学院、国家博物馆、大学及地方政府或政府非盈利组织等管辖。既有始建于16?19世纪的, 也有建于20?21世纪的。总体来看, 世界各国的国家植物园的目标任务大同小异, 均致力于国家的生物多样性、生态环境、特有植物资源的保护和可持续利用。其学科和科研方向设置则依据国家目标任务布局。由Box 1可见, 各国的国家植物园在学科与研究方向设置上, 主要涉及我国现行国家科学分类标准的一级学科3个(生物学、农学、林学)、二级学科7个(植物学、生态学、分子生物学、园艺学、农艺学、昆虫学、微生物学)、三级及以下学科或研究方向50多个。以植物学为例, 有植物分类学、植物生态学、植物地理学、民族植物学、植物化学、植物生理学、植物遗传学、植物群落学、植物生殖生物学、植物生物化学等。国家植物园作为国家的专业研究机构, 合理的学科与研究方向设置是国家植物园的重要特征之一。尤其是隶属国家科学院下辖的国家植物园, 其学科布局聚焦学科与时代进步趋势。虽然不同国家大小、气候地理、经济社会、生态环境、植物多样性、植被与生境等差异大, 但国家植物园有效体现了国家的战略部署、执行国家意志, 发挥了国家植物园在国家层面的生物多样性研究与保护中的支撑作用和主导作用。

世界各国历史与国土幅员不同, 幅员辽阔、前殖民地覆盖广的国家在国家植物园基础上形成国家植物园体系的历史和演变错综复杂, 但清晰反映出国家植物园体系建设的初衷和国家战略。Box 2列举了国际上具有代表性的英国、法国、俄罗斯、印度和南非五国的国家植物园体系。

世界上的所谓国家植物园体系实际上源于18世纪欧洲殖民扩张(Holttom, 1999), 是英国为首的殖民者在世界各地以建立植物园为主要工具, 服务于引种驯化、植物种质资源传播、开拓现代农业或经济作物规模化生产等目的(Heywood, 1987)。18世纪建立的知名热带植物园, 如毛里求斯的庞普勒穆斯植物园(1735)、圣文森特(英属)植物园(1765)、牙买加的巴斯植物园(1779)、印度的加尔各答植物园(1787)等, 主要进行引种栽培和繁殖研究等。至19世纪末, 英国和欧洲约有植物园205个, 英国及其殖民地国家有115个, 均在英联邦皇家植物园体系下执行相关任务和目标(McCracken, 1998; Lockwood et al, 2001), 但如今英联邦皇家植物园仅有英国邱园和爱丁堡植物园, 澳大利亚悉尼、墨尔本和塔斯马尼亚植物园, 以及加拿大汉密尔顿植物园等7个仍冠名皇家植物园。18?19世纪英国皇家植物园体系显然是以国家殖民地扩张战略为驱动并成为欧洲列强在世界各地建立殖民地的模式, 即, 经济植物引种驯化、栽培利用和农作物全球规模化生产。同时, 需求推动形成了完善的植物科学的研究体系, 从初期的植物收集、分类及区系研究拓展至植物生理学、细胞学、遗传学等, 尤其在经济植物学等分支学科的建立上功不可没。随着第二次世界大战的结束和英帝国的衰落, 英国皇家植物园体系的核心植物园-邱园也将其定位和目标转向全球植物多样性保护并演变成一个保护主义研究机构(Basdeo, 2013)。20世纪后期以英国邱园为代表的植物园适应了全球植物保护运动的兴起并与世界自然保护联盟(IUCN)联手推出了IUCN濒危物种名录等。最近邱园提出了科学发展战略、活植物收集战略和面向2030变革宣言等, 计划实施五大优先战略, 用10年时间拯救世界各地濒临灭绝的植物并保护自然。

我国历来重视活植物收集保护与植物园建设及其引种驯化。早在1956年我国第一个中长期科技规划《1956?1967年科学技术发展规划纲要》中, 植物园活植物收集就被列入了“植物引种驯化培育的理论研究”项目。中国科学院即先后在北京、南京、庐山、武汉、广州、昆明、西双版纳、西安等地陆续建立了10个以植物收集与引种驯化为重点的植物园。各省也先后建立了一些规模不同的植物园、树木园和药用植物园(周泽生, 1986)。我国植物园建立在不同气候区, 形成了植物引种驯化的早期网络体系, 创造了风土驯化、北移南进的有利条件, 丰富了不同地区的植物资源并支撑国家经济社会建设(陈封怀, 1965; 俞德浚等, 1965)。20世纪中期以来, 中国科学院所属的10多个植物园由于建制性特征, 长期从事专科专属和一些专门植物类群的搜集、研究和发掘利用, 在区域代表性、科学数据积累和科研成果等方面均取得长足进展(俞德浚和盛诚桂, 1983; 黄宏文, 2018c)。同时, 为进一步规范提升植物园的功能与任务, 中国科学院于1963、1978年制订并修改补充了《中国科学院植物园工作条例》, 提出了植物园的使命与任务目标, 明确了3项基本任务: (1)广泛收集并发掘野生植物资源, 引进国外重要经济植物, 重视搜集稀有、珍贵和濒危的植物种类, 进行分类鉴定、评价、繁殖、栽培、保存、利用及选育新品种等研究, 丰富我国栽培植物种类, 保存植物种质资源, 为农业、林业、园艺、医药、环境保护等生产服务; (2)结合引种实践, 研究植物的生长发育规律、植物引种后的适应性及其遗传变异规律和经济性状的遗传规律, 研究植物引种驯化和提高植物产量品质与抗性的新技术、新方法, 总结我国植物引种驯化的理论和方法; (3)建立并布置具有园林外貌、科学内容的各种展览区和试验区, 将其作为科学研究、科学普及的基地(俞德浚和盛诚桂, 1983; 盛诚桂和俞德浚, 1984)。我国植物园既注重乡土植物和国外重要经济植物的引种驯化, 也强调自然资源的保护和对珍稀濒危植物的研究, 在植物园建设上始终坚持“科学内容、艺术外貌、试验要求和科普需要”的原则(盛诚桂, 1987)。

我国国家主席习近平在2021年10月21日昆明举行的《生物多样性公约》第十五次缔约方大会(COP15)领导人峰会上发表了主旨讲话向世界庄严宣布“本着统筹就地保护与迁地保护相结合的原则, 启动北京、广州等国家植物园体系建设”, 2021年12月28日国务院正式批复在北京设立国家植物园, 明确了“接轨国际标准, 建设成中国特色、世界一流” “突出植物迁地保护及科研功能” “加强重点功能区、馆藏设施、科研平台和配套基础设施建设, 全面提升建设运行管理水平” “进一步统筹规划、合理布局, 稳步推进全国国家植物园体系建设”等目标任务, 拉开了我国的国家植物园体系建设的序幕。国家植物园体系建设为国家的百年大计, 系统思考其定位与目标、区域布局、科研重点、人才队伍与科技设施能力等, 有益于国家植物园的长远规划和有序高质量推进。

我国幅员辽阔, 是全球唯一纵贯寒带、温带、亚热带、热带气候和完整植被带的国家。而且, 我国植物资源丰富, 有高等植物约3.5万种, 约占全球总数的10%, 是北半球早中新世(1,500万年前)孑遗植物的重要组分并具有众多药用、经济与园艺植物种质资源(Huang et al, 2002)。我国植物多样性在全球的重要性和地理、气候、植被、生境等复杂性决定了我国国家植物园体系建设应考虑地域分布格局的代表性、覆盖度和兼容性。按照植物引种驯化“气候相似论” “风土驯化论”等经典理论和实践(陈俊愉, 1966; 廖馥荪, 1966; 黄宏文, 2018a), 应考虑在我国主要自然气候带和特殊生境地区部署若干个国家植物园及其整合保护体系, 实现我国迁地保护植物网络体系的气候与生境的统筹和覆盖。同时考虑国家战略安全的特殊地域, 如海岛、高寒山地、荒漠生境等边境地区的分支保护点布局, 并同步部署“一带一路”沿线国家植物园分支网络体系及其对当地农业或特色经济作物产业的支撑效应。

植物园传统上的植物引种与活植物收集通常只是解决了植物的α多样性的保存, 远不能适应现代植物迁地保护的核心问题。以珍稀濒危植物活体迁地保护为例, 植物园的迁地保护理论假设, 植物园收集保存濒危物种的若干个体能涵盖该濒危物种足够的遗传多样性或遗传完整性并为后续野外回归提供足以适应环境变化和适应性进化的潜在遗传本底。然而, 世界上的植物园至今几乎没有遗传完整性与群体遗传的系统研究, 也没有明确的遗传、生理、表型等具体指标和相应的迁地保护管理规范。植物园迁地保护的植物通常具有如下特征: (1)极小居群, 通常源于遗传关系相近的少数建群个体(founder individuals); (2)即使实现了“从种子到种子”迁地栽培保护的“最好结果”, 植物园种植的濒危植物在人工栽培条件下, 居群大小变化剧烈、遗传多样性及适应性进化潜力丧失严重; (3)植物园的迁地植物受人工选择(artificial selection)、遗传漂变(genetic drift)、近交衰退(inbreeding depression)、种间杂交(interspecific hybridization)等多种因素影响; (4)迁地保护植物因本底生物学、生态学资料匮乏难以实现真正意义上的迁地保护; (5)植物园迁地保护植物数量因基础技术资料, 尤其是每个物种的历史数据缺乏, 难以实现“一种一策”的有效迁地保护管理; (6)濒危植物迁地保护通常无序散落在不同植物园, 各植物园的管理能力、技术力量差距难以有效维持迁地保护植物物种完整性和遗传完整性(Guerrant et al, 2004)。

本文的其它图/表

• 
  
• 图1 以任务带学科迁地保护涉及相关植物学科与问题导向研究