钟扬——为人类收集希望
种子大概是人类最熟悉的植物器官之一。到今天为止，几乎所有的人类都需要依靠植物种子来维持生命。
植物种子不仅可以为人类提供大量的碳水化合物、蛋白质、脂类等营养成分，还可以转化为推动发动机运转的酒精，更可以成为帮助我们了解太空环境的实验材料。
种子不仅支撑着人类社会的运转，还将影响人类社会的未来。
如此熟悉的事物——种子的背后，其实还藏着很多谜题——植物种子的寿命究竟有多长？不同植物的种子是如何适应生存环境的？在地球遇到灾难性事件的时候，哪些植物种子能为人类带来新的希望？这些都是科学家们关心的大问题。
在破解种子谜题的道路上，钟扬就是我们的榜样。
为什么要收集种子？
2011年6月，复旦大学生命科学学院教授、植物学家钟扬带领他的团队，在海拔6000米以上的珠穆朗玛峰北坡采集到了雪莲的种子。6000米，这是当时中国植物学家采样的最高高度，创造了一项纪录。
从2001年到2017年，在16年时间里，钟扬带领他的团队在青藏高原采集了4000万粒种子。这样大规模的种子收集工作，为盘点中国植物资源家底做出了突出贡献，更为下一步的生态保护和开发利用提供了不可或缺的参考依据。
作为“国宝级”科学家，钟扬援藏16年，采集了上千种植物的4000万粒种子，也在无数人心中种下了科学的种子。
1979年，一个年仅15岁的少年，从湖北黄冈中学考入中科大第三期少年班，学习无线电专业。5年后，他被分配到专业不对口的中科院武汉植物研究所工作。在一问三不知的情况下，钟扬开始埋头钻研，他拿着植物检索表一种一种地对照着认识。一年之后，从他口中说出来的植物名称，全是拉丁语，“比受过正规分类学教育的人还正规”。
“板凳一坐十年冷”，从实习研究员、助理研究员、副研究员、研究员到升为副所长，钟扬在武汉工作了整整15年，但他对研究的执着始终如一。他穷极所有的热情与精力，向着植物学领域的纵深方向，一路挺进。
2000年，钟扬放弃了正在担任的副所长职务，赴复旦大学生命科学学院任教授、博导。2001年，钟扬主动请缨，只身踏上地球“第三极”——西藏，申请成为援藏专家。从2001年起，钟扬在西藏探索了整整16年。在他的入藏愿望清单里，有一项重要的使命——采种子。
那么，钟扬的团队为什么要收集大量种子？又为什么要在青藏高原进行收集？
钟扬说：“人类对种子的研究步伐，远远追不上植物消逝的速度……。经过测算，在‘科’这一层面上，青藏高原有我国植物物种的1/3；在‘属’这一层面上，青藏高原的植物物种超过全国1/3。然而，这一数量远远被低估了。”钟扬要做的，就是为祖国盘点青藏高原的植物“家底”。
青藏高原拥有多样性极高的生态环境，海拔和降水差异极大，这也造就了多样性极高的高原植物。在这里分布有近6000种高等植物，占全国总数的32.9%。不仅如此，这里还有1000多个高原特有种，堪称植物生物多样性宝库。
青藏高原的植物对全球气候变化更为敏感，了解它们的反应和转变，对于人类应对全球气候变化，做好相应准备具有重要意义。青藏高原的植物看似坚强，但又十分脆弱，它们能在雪线之上的低氧、高寒、高紫外线环境下生长，但是它们却无法适应快速上升的气温，也无法适应迅速变化的降水模式。
想要搞清楚青藏高原植物的生存秘密，首先就要了解清楚这些植物的具体情况，进而做最大限度的保护，为国家、为人类储存丰富的“基因库”。钟扬曾经说过，一定要在一些物种消逝之前把它们保存下来。
收集种子的困难点在哪里？
4000万粒种子，对普通人来说是一个难以想象的天文数字，即便是从稻田里收集这么多水稻籽粒也是一个艰巨的任务。大家可能没有想到的是，钟扬收集的这4000万粒种子并不是简简单单、随随便便地采集而来的，这里面还有很多特别的采集规则。
十多年来，他在雪域高原跋涉50多万千米，收集1000余个物种的4000多万粒种子，占西藏物种的1/5。在雅鲁藏布江边，他和学生历时3年，将全世界仅存的3万多棵西藏巨柏全部登记在册；不懈追踪十余载，他的团队在海拔4150米的山上寻获“植物界小白鼠”——拟南芥；在海拔6100米以上的珠峰北坡，他带着学生采集到了珍贵的鼠曲雪兔子样本，这是迄今为止中国植物学家采样攀登到的最高点……
在世界屋脊采集种子的艰苦，非亲历难以想象。每一种植物的样本数量要达到5000粒，濒危物种样本一般需要500粒。为了保证植物遗传信息独立，每个样本之间的距离不能少于50千米，同时在整个西藏境内，任何一个物种的样本不能超过5个群体……，于是，在广袤的高原上，有时一天奔波800千米。早上五六点出发，晚上八九点钟到达宿营点，之后还需要连续几个小时整理标本，一天睡3个小时是常态。
如何保存种子？
钟扬带领团队走过了青藏高原的山山水水。他的理想是在未来10年间收集西藏植物的1/3以上。如果有更多人加入，也许30年就能全部收集完……
然而，将种子采集回来，仅仅是“万里长征走完的第一步”，要想让种子持久地维持活力，还有很多工作需要做，其中去掉果皮就是一项艰巨的任务。虽然很多植物的果皮有吸引动物的作用，但是植物在这种部位并不投入太多营养物质，所以对人类来说，野生的果子通常都不如栽培筛选过的好吃。比如钟扬举例说过的光核桃，这是一种特别的物种，虽然长相类似桃子，但是酸涩的果皮着实让人头疼，把种子啃出来就成了一个艰巨的任务。
有藏族朋友对钟扬老师说：“老师，这东西根本不能吃啊。”钟扬老师回答说：“我也知道不好吃，所以给大家限定了品尝数量，吃了超过10个，以后肯定不跟我讲话了。”
钟扬摆摊的热情从未消退过，就是为了获得珍贵的种子，把啃掉果肉的桃核仔细刷干净，擦干，放在阴凉处晾干，这样做才能维持种子的活力。
“这个桃子有什么用呢？没什么用。目前查来查去，大概它最大的用处就是藏药里面有少许的用途吧。但是我们需要它，也许它就像猕猴桃一样，多少年以后终于可以跟我们的水蜜桃杂交了。”钟扬如是说。
收集并保存种子就是为了给人类保存希望。
种子是永生的，这大概是很多朋友的惯常想法，因为身边有很多例子都告诉我们，种子随时都做好了萌发的准备，但事实并非如此简单。
如果注意观察，我们就会发现一个有意思的现象：春天荠菜的种子落入土中就不见了，到了来年春天才萌发、生长直至荠菜花重新绽放。这是因为种子里面有特殊的抑制发芽的物质，比如脱落酸，这种物质可以让种子沉睡好久。随着时间的推移，脱落酸的含量越来越低，特别是经历了寒冷的冬天之后，抑制种子萌发的“魔咒”终于被打破。等到春暖花开的时候，我们就能看到很多很多新的荠菜花了。
除了上面说到的“魔咒”，有些种子身上还有一道特殊的“光魔咒”。有些种子必须要在全黑的环境里才会发芽，如南瓜和苋菜，它们的种子必须钻进黑暗的土壤才能生根发芽。而有些种子必须在光亮的环境中才能发芽，如烟草的种子就必须有光，特别是红光的照射才能正常发芽，这大概跟种子的生活环境有关。
正是上述这些特别的种子行为，让我们有一种错觉——种子是永生的，只要给予适当条件，它们就能生根发芽。但事实并非如此。
如果把豌豆放上10年，就会有一半的种子失去活力；如果到30年以上，几乎所有的种子都长眠不醒了。相对于其他农作物，豌豆都算得上长寿种子了。因为，辣椒种子和向日葵种子的寿命是4～5年，萝卜种子的寿命是3～5年，而水稻、小麦在普通储存条件下的寿命只有1～3年。
时至今日，人类发现的寿命最长的种子也只有2000年左右。
在16年的时间里，钟扬带领团队收集了4000万粒种子，每个物种至少收集5000粒。有同学可能会问，为什么要这么多？除了对于遗传多样性的考量之外，也是因为种子的寿命有限，尽可能多地收集种子，才能保证在一段时间后，仍然有活的种子。
植物种子为什么会逐渐丧失活力呢？
一般来说，把大豆放在家里的冰箱里（低温条件下储存）一年，它们的发芽率就会降到大约60%；如果放置30个月以上，发芽率就只有20%～30%了；如果只是放在袋子里面不密封，一年后的发芽率就已经低于30%，有些品种超温保存一年之后，甚至会“集体阵亡”。
首先，大豆有可能被自己的脂肪毒死。这些脂肪在氧化之后就会变成自由基，这些自由基会抢夺其他物质的电子，蛋白质、DNA都深受其害。被夺去了电子的生物分子，要么失去活性，要么就土崩瓦解了。
除了脂肪，蛋白质的活性降低也是大豆种子发芽率降低的原因之一。这些蛋白质是提供大豆萌发生长的关键。我们知道，种子中储存了大量的营养物质，都是为生根发芽准备的。但是，这些能量和物质已经被高度浓缩，如果想把这些物质和能量取出来，那就需要特殊的“切割设备”——酶。但是，这些酶也会受到温度和湿度的影响，逐渐丧失活性。结果就是种子守着一大堆的营养物质，却被“饿死了”。
除了分解物质的能力会逐渐降低，在存放过程中，种子的合成能力也会受到影响。特别是对蛋白质和DNA的合成能力会大打折扣，而这两种物质的合成复制，恰恰是生命繁衍的核心过程。
除了这些静悄悄的变化，种子的细胞结构在储存过程中也会不断变化。比如线粒体的形状会变得奇异起来，这个为细胞提供能量的工厂一旦停转，所有的事情就不用干了。另外，细胞膜的结构也会受到破坏，细胞中的钙离子、钾离子、糖和氨基酸都会渗透出去，这样大豆种子也就失去了发芽能力。
实际上，比我们更关心大豆发芽的是那些农学家。要知道，我们吃的大豆还必须用种子来种，如果没有好的保存方式，真要遇到小行星撞地球那样的天灾，那我们就只能从野生大豆中一点点再选育了。
保存种子需要的几个关键条件。
一说到保持活性，我们首先想到的就是低温。诚然，低温保存会让种子进入更深的休眠状态，降低它们的呼吸作用。但是冰箱不是保险箱，保存在里面的种子一样会逐渐丧失活性。
除了低温，隔绝氧气也是抑制活性的好方法，氧气对种子有很大的危害性，比如诱导自由基产生破坏细胞。所以，适当隔绝氧气才是真正保护种子的方法。
除了温度和氧气，还有一个影响种子生死的重要因素，就是含水量。通过现有的实验证明，干燥储存与冷冻储存的效果是等价的。一般来说，当种子的含水量在5%～14%变化的时候，含水量每降低1%，种子的寿命就会提高1倍。
虽然不同植物所需要的最佳温度和含水量会有所不同，但是低温和干燥是延长植物种子寿命的最有效方法。不管是挪威的斯瓦尔巴全球种子库，还是中国西南野生生物种质资源库，都是采用类似的低温干燥环境来保存种子。这些保存起来的种子，必将成为人类未来的希望。
钟扬曾说，5000粒种子，希望这些储存的种子在未来派不上用场，因为这说明，那个时候这些植物都还在。
种子收集者
钟扬收集的种子已经凸显出了巨大的科研和实用价值。钟扬团队在海拔5000米以上的地方发现的XZ生态型拟南芥，为解释青藏高原隆起、揭示拟南芥家族的演化路径提供了重要的实验材料，并且钟扬把这种植物学家都梦寐以求的实验室“小白鼠”无偿提供给了全球科研圈。
无偿并不代表这些种子没有价值，恰恰相反，这种重要的实验材料可以极大地推动科研工作的发展。钟扬心中所想的不是个人利益，而是国家和全人类的利益。
钟扬采集的高原香柏，已经成为研发新型抗癌药物的重要材料。钟扬带着学生扎西次仁用三年的时间把仅存的3万多棵巨柏登记在册。
在这些闪光的成绩背后，是钟扬简朴的生活：吃的是难消化的、“耐饿”的“死面饼子”，穿的是25块钱一条的牛仔裤，在恶劣天气下也不曾停下寻觅物种的脚步，所有的一切都是为了托起明天的希望。
钟扬不仅仅在收集种子，还在播撒“种子”。2011年，西藏大学生物学科硕士学位授予点获批；2013年，西藏大学生态学一级学科博士学位授予点获得批准，填补了西藏高等教育史的空白。而这些成绩背后是钟扬靠氧气瓶支撑的无数个不眠的工作之夜。这些被撒下的科学的种子，也是人类未来的种子。
在种子研究和植物学研究中，钟扬给我们树立了生动的范例，在他的精神感召下，青藏高原植物必然给我们带来越来越多的惊喜，为中国、为人类储存新的希望。
（作者：史军，中国科学院植物研究所博士）
文章节选自《科学 教师教学用书 （四年级下册）》一书，教育科学出版社出版。
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