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秋季,是红树林繁育的重要时期。在温州龙港红树林省级湿地公园,生长在海边滩涂的红树植物,正经历着花谢、结果、抽芽、扎根,慢慢形成异常繁茂的根系,默默守护海岸,抵御风浪侵蚀。
被称为“海岸卫士”的红树林分布于热带、亚热带的海岸潮间带。如何突破纬度限制,让它生长到更北的地方,帮助沿海区域防风消浪、固滩促淤,是当前科研人员迫切求解的课题。
多年来,位于温州的浙江省亚热带作物研究所(以下简称“亚作所”)持续攻坚,成功选育出国内首个抗寒红树植物良种——龙港秋茄母树林种子,每年可供应优质种苗超400万株。如今省内栽种的红树林,基本都有龙港的“基因”。眼下,亚作所红树林7人研究团队,正在为红树林向北拓展做准备。
秋茄究竟特别在何处?又是什么影响着红树林北上?带着这些疑问,我们近日跟随科研人员一同踏入滩涂,体验红树林采样、监测等过程。
龙港红树林。通讯员 缪驯鸽 摄
一身泥泞,滩涂采样如荒野求生
清晨6时,晨曦初露,海面薄雾氤氲,红树林静立于粼粼水光中。
“现在是低潮位,得赶在11点涨潮前干完所有活。”在龙港红树林省级湿地公园,亚作所带队采样的副研究员刘星发出指令。采样团队当天上午的任务是采集叶片和土样,为后续形态学、分子生态学研究做准备。
沿栈道西行数百米下滩涂,茂密的红树林错落有致。轻风拂过,叶片随风摇曳,似凌空展开的绿波带。
“里面路不好走,跟紧。”00后团队成员杨晓虎走在最前,轻车熟路地确认样株、挂牌标记。才拍张照的工夫,我们再抬头,队友们已经隐入林间。眼前仿佛宫崎骏的电影:两三米高的植株遮天蔽日,阳光只能从树冠的缝隙间洒落,枝杈肆意生长,每行进几步就得变换身形。
总算跟上队伍后,我们领到任务:协助团队完成25株树的采样,每株需采嫩叶、老片各30片,除了大小一致,还要兼顾不同朝向。
筛选叶片时,我们第一次看到秋茄的果实:形如茄子,名副其实。刘星介绍,它不仅抗寒,繁殖能力也强,“胚轴发育成熟后,直接可以插入泥土生根,甚至落海后能漂流数月,一接触泥土就能成活。”
一边学知识,一边采叶片。虽没有太阳直射,我们额头的汗珠却不住地往下淌,一直举着的胳膊也阵阵发酸。近一小时过去,我们才采完3棵树。刘星见进度慢,建议我们去“挖土”。
没想到这活儿也不轻松。一铲下去,既要靠近根部、取到根系,还不能伤及植株,颇考验力道和眼力。再加上没有了树荫的遮蔽,全程暴晒,没多久我们已汗如雨下,头晕眼花。
“粗的是支柱根,像主干道;细的是吸收根,是养分输送的路网。”刘星一边介绍,一边用小勺仔细刮取根上的土壤分装。“不同纬度土壤的理化性质不同,比对这些数据,才能分析环境对植株的影响。”
日头渐高,工作终于结束。我们拎起十多斤的土样和树叶返程,雨靴沾满淤泥,衣裤挂满枝叶,就像经历了一次荒野求生。
精细测量,为深入研究打基础
离开滩涂,我们来到亚作所,这也是科研团队开展研究的“大本营”。
走上二楼,第一间便是形态学实验室。约20平方米的屋子里,摆放着切割台、叶面积仪、显微镜等设备,用于完成分拣、切割、观测、备份等多道工序。
亚作所副研究员杨升一边为我们递上白大褂,一边介绍:“我们会在秋茄胚轴的不同发育时期进行采样,系统观察其形态变化与发育动态。以往研究缺乏完整的生长周期数据,现在我们从开花期持续采样至胚轴成熟期,能够填补这一空白。”
科研人员交给我们一粒处于初果期的秋茄种子,约1厘米长,一头尖尖,像一颗小子弹头。我们要将其剖成两半,便于观察。“动作一定要快、稳、准,否则容易损伤内部组织。”杨升叮嘱。
记者体验“解剖”种子。
一手拿镊子固定种子,一手拿起小刀,瞄准中线利落地划下去——种子被精准剖开,置于显微镜下。一旁的科研人员笑着称赞我们“手法堪比外科大夫”。焦距渐渐调准,我们仔细观察后,在科研人员的指导下记录观测信息:胚轴笔直延展,胚根也已依稀可辨,呈现出秋茄种子健康且活跃的发育状态。
实验室另一侧,科研人员正将叶片分为5片一组,合拢后测量其厚度、长度,之后又用叶面积仪测量叶片面积。同样的动作,不断重复上百遍。我们不禁心里嘀咕:这有什么意义?
杨升看出了我们的困惑,他拿出一叠研究报告,里面详细记录了不同地理位置与温度条件下红树植物的性状差异。例如:纬度越高,秋茄的叶片越厚实,但胚轴(种子)越小;海水盐度较高和沉积物稳定性差的滩涂,支柱根更粗壮,根系网络更发达……
8月底,在马来西亚举办的第四届国际红树林研讨会上,亚作所党委书记、所长陈秋夏正是依据这些扎实数据,将红树林保护与碳汇研究的“中国特别是浙江方案”推向国际舞台。
“精细的测量是深入研究的基础。有了这些数据,结合遗传背景与环境因素,才能揭示红树林与环境之间的互作机制。”杨升继续解释,“别小看植物基础研究,许多现代生物技术的突破都源于此。把基础打扎实了,后续才能精准育种,为保护和修复红树林提供科学依据。”
提取RNA,研究种子应答机制
为了让红树林“北上”,亚作所的研究团队做过不少尝试。
2021年,他们尝试将秋茄种到宁波慈溪。前两年一度长势喜人,然而一场突如其来的寒潮后,植株无一幸免,这给团队浇了一盆冷水。
“从那以后,我们意识到不能盲目向北缘拓展,还是得先彻底弄清楚植物的生长习性。”杨升说。
当前,研究团队一方面深入解析红树林的生长发育与微生物群落特征的相互关系;另一方面,则在严格控制环境变量的基础上,系统测试红树植物的应激机制,要找到其抗性的“边界”。
在亚作所的分子生物学实验室,推门进去,一阵凉意迅速裹挟全身。“这里常年恒温24℃左右,是为了最大限度保持实验材料的活性。”研究团队成员章晓敏介绍。
她戴上乳胶手套和口罩,用镊子从液氮中取出种子,在研钵中磨成粉末,之后装入离心管、加入试剂,借助离心机和纯化装置,最终提取出种子的RNA。
这是研究种子应答机制的第一步。“通过定量机器,我们会调控不同变量,比如低温环境下,每降温0.5℃,观察哪些基因的表达发生了变化。”章晓敏说,这个过程往往漫长而艰难。毕竟影响抗性的潜在因素非常多:温度、光照、盐胁迫适应性、土壤含氧量……实验有时一两个月都毫无进展,“但它也可能在某一天突然给你一个惊喜,生物界就是这么神奇。”
通过多年引种筛选,团队获得了抗寒性显著提升的龙港秋茄母树林种子。目前,它已能在-5.5℃的控制环境下持续存活48小时。研究团队正在进一步挖掘秋茄的抗寒关键基因,尝试构建遗传转化体系,为后期的分子设计育种铺路。
编辑:陈文雅 责编:金道汉监制:李甫仓