第744期【齐悦读—线上共读—透视新科技】《走进国家植物园（二）一叶知冷暖》
讲座题目：透视新科技——走进国家植物园（二）一叶知冷暖
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：冯晓娟，中国科学院植物研究所副所长、研究员。
王 强，中国科学院植物研究所研究员。
讲座时间：2026年2月16日～2月22日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——走进国家植物园（二）一叶知冷暖
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。很多人发现今年（2022年）北京的春天特别短，刚刚脱下棉衣就换上了短袖，我们可以通过增减衣物来应对天气的变化，那植物如何应对气候的变化呢？我们通过短片来进入今天的节目。普通人凭感觉判断气候变化，科研人员习惯用数据说话。全球气温变化数据表明，截至2021年12月28日，全球温度比工业化前高出了1.11°C，并且是有史以来最暖的七个年份之一。我国的气温也较常年偏高1.0°C，为1961年以来历史最高。温度升高，全球变暖，引发极端天气现象增多，高温、降雨、干旱都在以极端化模式出现，而对于靠天吃饭的植物来说，气候变暖带来的温度改变，将会让它们面临更加艰难的生存挑战。气候变化究竟会对植物带来哪些影响？研究人员又是如何找到植物应对气候变化的生存密码呢？首先我们来介绍一下我们今天请来的两位嘉宾，一位是中国科学院植物研究所的副所长、研究员冯晓娟，欢迎您！另外一位是中国科学院植物研究所的研究员王强，欢迎王强！
王强有一个这个外号“喜马拉雅小黑哥”，这个青藏高原是不是你们研究植物的乐土？为什么对这个地方情有独钟？其实不只是青藏高原，还包括了周边的横断山区，还有喀喇昆仑山和兴都库什山脉四个山脉组成，我们称之为泛喜马拉雅地区。因为这片区域非常独特，物种非常地丰富，高等植物有两万多种，就占中国三分之二，占了全球的相当于十五分之一，欧洲的两倍，多样性非常地高，所以它是咱们植物分类学家心目中的圣地。你想把这片区域两万多种都研究清楚了，中国的三分之二我们就弄清楚了，全世界的十五分之一就弄清楚了，何况这里还是全球最高的地方，世界的屋脊，最独特的高山植物区系都在这儿，所以说这是独一无二的。不但是植物学家对这个青藏高原的这个植物感兴趣，生态学家对青藏高原也很感兴趣，青藏高原的这个生态系统是高寒生态系统。那么在全球变暖这样的一个背景下，所以对青藏高原的生态系统也会产生很大的一个影响，它不但高寒植物很低矮，因为受到低温的限制，而且它土壤里面的养分周转也很慢。青藏高原也是一个气候变化敏感区，青藏高原在过去几十年升温的速度是全球平均速度的两倍，所以全球变暖对一个高寒生态系统的影响势必是非常巨大的。
比如说这样的一个增温，可能会改变植物的这样的物候，让它的一个生长季提前，而且它还可能会改变植物里面群落的这个植物的一个竞争关系。在温度增加了以后，土壤里面的这个养分周转变快，那么一些比如说对养分需求比较高的植物，可能就获得了更多的一个竞争优势，在群落里面它的这样一个组成，它的一个占比可能就会改变，那进一步，这些可能又会进一步地影响，比如说植物对于土壤里面碳的一个分配调控作用，所以这些气候变化引起来的这样的一个影响吧，会从各个方面产生一个（连）锁的一个反应，影响青藏高原的这样一个植物群落，然后生态系统功能。在我们普通人的认知当中，植物对气候的感应就是我们熟悉的那些成语，春暖花开，一叶知秋，所以我们今天特别想知道科研人员怎么让植物来开口说话？
每一种植物它都有特定的生存的环境，我们称之为生境，包括它生存的土壤环境，周围的水热条件，包括气候条件等等，都是生境的组成条件之一，所以说气候的变化会直接影响到这个生境，生境又会影响到这个植物的生存。目前我们看到的这些自然界当中的植物，都是经过千百万年来进化的选择，有了今天这个样子，所以它有一系列，它的各个器官也好，组织也好，它表现出来的这种形式称之为性状，都是适应于现在的这些生存环境当中各种条件的。所以说我们要去研究植物，它与这个气候条件的相关性的话，我们可以从几个层面一般去调查，相互关系是什么样子的，比如说我会从野外考察，我们会去看自然界当中保护区里面的植物，它有什么特殊的形态性状，从植被的更大的尺度，植被是怎么一回事，是针叶林还是阔叶林，还是草甸等等，它是与当地的这个气候的条件是怎么来对应的，会研究这个，一个是可以通过野外考察、遥感等等方式掌握现有的植物与这个气候是什么样的关系。
我们还可以从历史的角度来看，就是挖掘曾经还有一些什么样的历史上的数据植物的，比如说我们可以去看化石，还可以看历史的沉积物，还有树木的年轮。因为树的那个生长寿命是很长的，有的上千年。那它的年轮是一轮一轮，表示每一年的，它会反映当年的这个气候的一个条件。比如说水热条件好，它的年轮会比较宽，然后比较干旱的时候，水分少它会比较窄。所以咱们把这个上千年的古树，把它的年轮给调取出来，然后依据这个年轮可以研究这一千年来这个气候是怎么变化的？植物这个感知，我觉得有几个方面吧，就是第一，我们先说温度好了，因为我们现在特别关注这个全球变暖。如果增温了会怎么样改变植物的这个生长，就从我们特别熟悉的这个，因为我们经常去研究我国的北方草地，还有青藏高原这些植物。我们都知道在北方，那我们是有一个叫返青期，或者是有一个生长季的，也就是说在冬季，我们植物处于一种休眠的状态，那等到温度、水分、阳光，就是光照的条件好了以后，然后植物开始发芽，开始增加它的这样一个光合作用。比如说在寒冷的地方，这样的一个气候变暖，就可能让植物的这个返青期提前，通过影响它的一个物候，它可能会提前开始发芽、展叶，开始提高它的光合作用的一个效率。所以这都是植物的一个在生理上的一个适应，然后体现到整个一个群落水平，然后更大时间尺度，我们会说青藏高原在这几年气候变化的影响下开始变绿。其实这就和它的一个物候的提前、改变，有很直接的一个关系。
6500万年左右，中国地理版图迎来一次巨变，印度板块和欧亚大陆板块剧烈碰撞，一个新的高原开始隆起，它就是青藏高原。青藏高原的出现，彻底改变了中国自然地理的样貌，形成了多样的气候条件，带来中国植物物种的极大丰富。青藏高原是一个垂直分布的植物王国，海拔由低到高，植物由多到少，从喜热到耐寒，成为植物多样性最极致的体现，海拔只有几百米的喜马拉雅山脚下，是印度洋暖湿气流进入高原的第一站，生活在这里的植物享受着充足的阳光、水分和热量，拥有和高海拔植物截然不同的特性，而在海拔4000米以上，接近雪线的地方，只有极少的物种能经受住考验，生存下来。为了适应环境，它们大多具备抗旱、抗紫外线的能力，独特的生存策略让它们成为离天空最近的植物。这些生命力顽强的高原植物又隐藏着哪些地球气候演化的奥秘呢？通过我们这个研究植物，通过气候的变化产生了哪些改变？
生存环境巨大的改变，包括造山运动也好，然后这种会造成很多破碎的生境，对于植物而言就会造成不同的生存环境的（改变）。如果说不适应这片区域的生境的植物，它会慢慢地走向消亡，适应了这片环境的，它就会留下来。在这个过程中，就会伴随着很多的新物种的产生，这也是这片区域有这么多物种的一个原因。大概是去年（2021年）也是咱们科学院的科学家，有一个很好的发现是在青藏高原的4000多米的地方，拉萨的北边，有个叫伦坡拉盆地的地方，发现了一个很有意思的一个化石，这个化石是一种蕨类植物，叫作蘋。它不应该在青藏高原有的，它是在池塘里的，湖泊里的水生植物，而那个地方已经是一片荒漠了，但曾经在历史上它是一片古湖，大概2400万年前，它是一个湖泊，然后发现这个化石，就对它做了一个年代的一个标定，然后再结合当地的一个叫作像我们提到了历史沉积资料。包括花粉的，给它定了一个时间段，上限和下限，知道了这片区域古湖曾经的海拔2000万年前，大概也就3000米左右，但现在这里已经4700米了，说明了这2000多万年，这个青藏高原抬升了1700米的样子。现在你再去伦坡拉那个盆地去看，找不到蘋了，已经消亡了，但它的化石还在那里，所以说咱们研究这个化石，就可以知道曾经历史上这个青藏高原是个什么样的一个气候条件，通过这个化石可以揭示这个气候的演变。
我觉得这是比较极端的一个例子，就是说一种很极端的环境的变化，让一个物种消亡了。这是一种，可以说是这个环境选择优胜劣汰，也可以说它没有适应了这个气候变化，所以被淘汰了。但是还有一些植物它可能可以适应，就比如说青藏高原的南部，它这个水热条件其实是很好的一个地方，一个生物多样性的一个热点地区，我们最近研究所里面的老师在那里发现了这个中国最高的树，80几米，在这个区域里面，它的水热条件非常地适宜这个树木的生长，所以它可以长到很高的高度。但是同样的树种，如果让它移到比如说青藏高原再往北边一点，再干旱一点，再寒冷一点的地方去移的话，如果它能够生存下来的话，它可能就会变成另外一种完全不同的形态，就不再是最高的树。它可能会变得就像我们说的一种，就是“小老头”，它在那里其实长了很多年。它可能不是最高的树，它可能是最老的树，但是它又矮又小又瘦。
哪些植物在我们研究的过程当中，给我们带来了很有趣的这种发现，比如说青藏高原大家都熟知的雪莲花，为什么我们看到它像莲花的形状，因为它有一个苞片，在它的花序的下面，基部有很大的苞片把它给包起来，实际上它是一种适应当地的这个寒冷环境的一个特殊的生存机制，就这个苞片可以把包起来，形成一个小的局部的温室，然后我们拿着温度计去测量过这个温室。这个花苞里面，苞片里面包着花的温度，比起环境温度会高出好几（摄氏）度，这会有效地防止它里面的花，和后面受精之后形成的果不被冻伤。还有比如说我们在青藏高原，经常看到的垫状的植物。垫状就是非常低矮的，贴在地上的它不会很高大，完全贴着长，但它因为很低矮，不会受青藏高原那种大风对它的一个摧残，然后它又贴着地，又可以根也很深，可以吸深层的这个水分。而且可以富集这一片区域的水分和营养物质，所以说它可以在这儿活得很好，而且可以给其他的本来在这儿活不下去的植物，提供一个很好的生存环境。比如说禾本科和莎草科的植物，它一般不会形成垫状的，但它可以在垫状植物上面很好地生存，这种垫状植物我们称之为生态系统中的工程师，它可以把严酷的这种流石滩类似的这种环境，极端的环境改造成适宜植物生长的一个环境。
春花秋叶是植物对季节变换的回应，但一项针对全球生物群落的研究却表明，温度、降雨包括二氧化碳浓度的变化，正在改变着植物生长的时间进程。每年春季，颐和园乐寿堂前盛开的玉兰是游客们不能错过的美景，同时它还承担着不为人知的使命。从1963年至今，每年这几株玉兰从发芽、开花直至凋落的准确时间都被认真记录下来。根据半个多世纪的观测，研究人员发现，随着气候变暖，玉兰的花期在相应提前，原本在4月初才绽放的花苞，在3月20日左右就已经绽放。而这种现象正在普遍发生，作为中国四大梅园之首的南京梅花山，十年来春季平均气温升高了3.5°C。园中百年树龄的古梅，也同样提前了绽放的时间，以应对温度对它们的扰动。除了观察、记录，还有哪些方法能够帮助科研人员发现植物应对气候变化的生存智慧呢？我们经常说适者生存，它一定要适应周边的环境，让自己存活下去，面对气候变化植物有什么方法去应对？
我们所里面一位老师最近做的一个项目很有意思，他用这个激光雷达，现在也是一个比较先进的一个这个技术遥感技术，就可以无损地在森林里面，他可以用各种平台，比如说背包就是在他的书包上面，然后装一个探头出来，然后在森林里面走一圈，他就可以把这个林子里面的每一棵树，它的形态，包括树枝，然后这个叶片的这个形态，都用激光雷达把它扫描出来，就相当于我们现在经常做的这种街景扫描，但是它可以去扫描整个森林的这个树木的这样的一个结构。所以他用这样一种很高精度，然后也是无损的这样的一种先进的技术，去研究我们这个华北经常见的这个蒙古栎，去看它的树形这个形态、枝条、叶片的这个形态，然后他跑了很多的地方，这个气候条件都不一样。然后他就发现一个很有趣的一个现象，同样都是蒙古栎，但是它在比较阴冷的地方和比较这个干热的地方，然后它的这个枝条的形态和叶片就完全不同。在比较这个阴冷的地方，枝条就倾向于垂直地往高处生长，而在干热的地方它的这个叶片，首先会变得比较小，比较厚，然后它的枝条也会向平行生长，而不是往高处生长。所以，就是同样的一个树种，在不同的生境条件下，它的这个形态也随着它的这个生境而发生改变。为什么会这样呢？就是因为在阴冷的地方，它更需要获得的资源是光照，所以它往高处生长就可以获得更多的光能，然后让叶片长得更大，获得更多的光，进行这个光合作用。但是在干热的地方，它可能它的一个限制条件就是水分，它要限制水分的蒸散，那么就让叶片长得更小更厚，减少蒸散，同时它也能够长得低矮一点，减少它的这样一个水分的一个需求，所以植物其实它非常有智慧，它可以通过调控自己的这样一个外貌、外形，然后去适应它的一个生境。
这些年我们经常感觉天气变化太快了，那植物应对气候的这种变化，我们感觉完全没有气候变化得快，未来是不是我们的植物可能见得就越来越少了？植物首先它肯定和动物是不一样的，植物适应环境相对来说是一个比较缓慢的过程，但是我们刚才说植物它其实也有它自己的一个智慧，它可以通过比如说我们刚才说调控它的一个物候，就是根据它每一年的这样的一个天气情况，然后可能会调控它自己什么时候从休眠中醒来开始发芽，开始展叶，然后开花结果，甚至可以通过当年的这样一个水热光照条件去影响它，我们经常说的这种产量，这也是它一个适应环境的一个表现。另外我觉得更长时间尺度上，植物可以通过刚才我们说的这样一个演化，甚至是更长的进化，然后慢慢适应它的一个环境，另外就是我们经常说植物，可能觉得它是一个个体，但是其实我们在大自然里面的植物，它其实也是一个群体，它就是我们刚才说的一个群落，就是很多不同的这个物种聚结在同一个区域里面，然后形成一个植物的群落。在这个群落里面，植物的个体和个体之间是有竞争关系的，所以当气候变化的时候，那么如果其中的一个个体或者一些个体，它比较适应于这种环境变化的话，它可能就有一个竞争优势，它可能就会改变这个群落里面这个物种的组成。那个有竞争优势的这个个体或者这种物种，它可能就会更加地，我们说主导占优势。
这些年我们经常会听到一种说法，说再不保护某种动物或某种植物，它就濒临灭绝，地球上灭绝一种植物，对人类造成的影响或对整个生态环境造成的影响是什么？可能短时间内人类可能不一定感受得到，但是如果你放大这个时间尺度，可能影响是非常巨大的，就是说植物每一种植物它都有特殊的，它的叫作遗传成分，遗传资源，种质资源。它又代表了一种，或者含有一种特殊的成分，发挥特定的作用，但是不一定现在我们人类说把它开发出来了。举几个开发得好的例子，比如说我们的水稻，水稻袁隆平先生是研究这个杂交水稻，养活我们中国十多亿的人口，非常伟大的贡献，他成功的关键就是来自于因为它是三系配套，其中一个非常关键的系是雄性不育系，而这个雄性不育系，就相当于它里面的植株，它开花雄花开花之后是不育的，花粉是败育的。但这个虽然说败育，它对这个杂交水稻的成功非常地关键，所以当时为了找这个雄性不育系是绞尽脑汁，最后是在海南岛的一个小水沟找到几株这样天然的雄性不育的野生稻，而成就了这个杂交水稻，所以说你可能看着不起眼几株小野草，小的野生稻，但它就可以解决咱们中国人吃饭问题。
另外，还有比如说屠呦呦先生这个青蒿素，大家都知道这个非常特效药，对治疗疟疾，拯救了上亿人的生命，但它来源于什么呢？来源于一个非常小的一个小草本，一种蒿属植物，叫作黄花蒿，从中提炼出来的一个有效成分。所以说现在我们中国的三万多种高等植物，虽然说可能今天灭绝一种，明天灭绝一种，大家觉得灭了就灭了吧，咱们吃的还是有，蔬菜水果都还有，但是你不知道，说不定哪一天它可以发挥一个巨大的一个作用，所以说任何一个物种咱都不能够失去。比如说随着气候不断的变暖，很多植物可能要面临不得不离世的这种状态，那国家植物园能够成为它们生存的诺亚方舟吗？这也是国家植物园存在的意义之一。因为我们国家其实一直在行动，我们的植物其实很多植物的野外生存是面临着困难的，所以我们一个是叫作什么，减少人类对它的一个干扰，人类活动对植物的一个影响，就是说建立自然保护地。比如说山水、林田湖草一体化的这个自然保护体系，包括自然保护区，可以让这些植物很好在这里生存，但是即便如此，因为气候变化太剧烈的话，可能它在当地即便是保护区没有人去干扰它，它可能也会慢慢也会活不下去，所以这时候还需要一个配套的一个措施，就是迁地保护。就把一些在当地无法生存的这些植物移到，首先移到咱们的国家植物园，类似这样植物园的科研机构或者温室里面来研究它，它为什么会走向濒危，它的致濒机制是什么？把这些问题给它解决掉，再把它放归野外，这就是国家植物园能够发挥的作用。
我们说的迁地保护，不光是把野外的这样的一些植物的物种资源把它发现，然后把它引到我们国家植物园里面来，给它放在温室里面，让它好好地生存，让它成长下去。更重要的是，我们要去研究它的基因，它的分子生理，它对环境的适应，以及它在野外无法生存下去的一个是什么原因，一个机制机理。这样我们才能够更好地去制定在野外如何保护它的这样的一个一些策略，或者是一些管理的一个措施，我觉得这可能是更重要的，就是我们不光是要有一个很大的温室，去保存很多的物种，我们更重要的是要去研究它们。每天清晨太阳升起时，树木和其他植物开始进行光合作用，依靠太阳提供的能量，植物开始吸收二氧化碳，这是植物在漫长的发展历程中进化出可以捕捉和储存二氧化碳的能力。植物没有消化系统，它们必须利用太阳光在叶绿素的帮助下将二氧化碳、水转化成有机物，并释放出维持地球生命的氧气。树木每生长1立方米，平均吸收1.83吨二氧化碳，释放1.62吨氧气，在地球上，这一过程每天都在周而复始地进行着，面对大气中不断升高的二氧化碳排放量，植物是否能够继续帮助人类抵御气候变化？
那我们通过对植物的研究，是否对人类应对气候的这种变化能够提供一种启发或者启示呢？植物的研究和双碳目标其实是息息相关的，因为我们都知道植物的食物就是二氧化碳，而二氧化碳就是我们承诺要削减的这个温室气体，减排的一个最核心的温室气体之一，所以在我们人为排放二氧化碳的时候，其实是为植物提供了更多的食物。所以全球的这个二氧化碳这一类温室气体的排放，其实在全球尺度上给植物起到了一个二氧化碳施肥的一个效应，就它的食物更多了，它可以长得更好，它的光合作用更强。那么这就形成了一个反馈，也就是说二氧化碳增多，植物就吸收更多的二氧化碳，那就移除了二氧化碳。所以在我们特别强调，我们现在要进行这个减排的同时，其实我们也要考虑利用植物来帮我们进行一个碳的固存，形成一个碳汇，利用自然生态系统进行一个碳的固存，让二氧化碳移存到我们的植物，以及土壤里面去，所以就能够帮我们达到碳中和的一个目标。
通过利用植物来达到咱们碳增汇的一个效果，所以在植物的这个研究上面，我们可以从两个层面，至少两个层面去研究我们怎么利用植物，来帮助我们更好地实现碳中和的一个目标？首先我们可以去研究如何去提高植物这样一个光合效率，因为我们知道光合作用才能够让植物吸收二氧化碳，而且这个不同的地方或者说不同的生境，植物它的这个光合作用效率是有很大的差异的。那么所以在什么样的区域里面，什么样的一个生境里面适合种什么样的植物，这就是非常值得研究的一个科学问题，让它的这个光合作用能够提高。那在这个更微观一点的层面上，我们就去研究光合作用的机理以及植物的生理的这样的一些反应，希望能够筛选出来一些这个高光效的植物，我们甚至在想能不能去模拟植物的光合作用，做一些人工叶片，让它能够在我们这个人工一个刺激的条件下，就直接吸收二氧化碳，人工光合作用，然后把大气里面的二氧化碳固存下来。还有另外一种思路，植物它也是一个群体，在一个植物群落的一个水平上，我们有怎么样的一个组合，可以让它能够发挥更好的互补的一个效应，能够吸收更多的二氧化碳。
我们植物所一位老师叫马克平，马克平研究员他在新岗山就建立了一个全球最大的植物的，这个物种多样性和生态系统功能的一个控制实验，这个实验非常地宏大，他把50公顷很大面积的一个山头，上面的这个植物全部移除，然后种了30余万株树，用不同的这个树种的组合。比如说有的地方可能只有一种树，有的地方是两种树搭配，有的地方是6种树搭配，而且还有不同的这个组合，A和B组合，A和B和C组合，A和C组合。这样的组合目的是什么呢？就是因为我们想要看一看，我们现在特别强调植树造林，可以帮助我们来吸收二氧化碳，来固碳，那么我们在植树造林的时候，是不是要去考虑一下，我们要植什么样子的树，能够让它的这个固碳效果更好，能够让它植出来的这样的一个人工林，它的一个生态系统的一个稳定性更好，应对气候变化的这个响应抗逆性更好，同时又能够固更多的碳。所以这样的一个实验，从2009年开始到现在已经持续了很多年了，然后我们现在已经有一些初步的结果，我们就发现树种的这个搭配是很有讲究的，当它多样性增加的时候，不但它的稳定性可以提高，而且它可以通过树种之间的这种，对于自然的这种资源调控的一个互补效应，能够让它的生产力更高。
也就是说如果你光种一个纯林，只是A树种，它可能固碳的效果就没有你种ABC三种树在一起组合的时候的效果高。这个理论也对我们现在利用植树造林来进行这样的一个人工的一个固碳，加强生态系统的一个碳汇功能，也起到了非常重要的一个指导的一个作用。所以说咱们今天说了这么多，说植物对气候的这个响应也好，应变也好，人类怎么来应对气候变化，唯一的做法，保护好植物多样性，保护好这个咱就能够应对好，如果这个没有了，咱人也活不下去。今天的两位不仅给我们讲了植物的相关的科学知识，同时也告诉我们植物跟我们人之间的关系，和对地球环境的重要性。感谢您收看我们这一期的《透视新科技》节目，您也可以下载央视频，收看我们过往的节目。好了，今天的节目就到这儿了，我是胜春，咱们下期节目再见。
