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原标题:拯救那片,抢救百万年历史的天山野果林保住后

浏览次数:149 时间:2019-11-02

  人们都知道新疆的苹果有名气,却很少有人知道,生长在新疆天山一带的野果林,是世界上多数苹果的“祖先”。它们在新生代第四纪冰期就生存于天山一带,距今已有上百万年“高龄”。

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初秋,新疆伊犁植物园,微风中一片片野果林迎风招展。两年前,由中国科学院新疆生态与地理研究所牵头、国内十余家科研单位联合参与的国家重点研发计划项目——“天山野果林退化生态保育与健康调控关键技术”在这里启动。如今,借助科技的力量,伊犁天山局部区域一度枯死率高达80%的野果林,正一点点重现昔日生机。

  然而,50多年来,因无序开发、过度放牧,加上一种叫小吉丁虫的外来生物疯狂啃食,新疆天山野果林的面积减少过半,从1万公顷减少到今年的近5000公顷,而且病害面积每年仍在以400公顷的速度继续蔓延,再不进行有效的救治,新疆天山野果林的前景堪忧。

抢救百万年历史的天山野果林

天山野果林横跨哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦和我国新疆,绵延500余公里。其中,我国境内的天山野果林占世界野果林总面积的近40%。野苹果、野核桃、野杏、野李……在新疆天山一带,不仅分布着多种野生果木资源,这里还是多种栽培果树“祖先”的聚居地。

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退化林呈恢复态势 保住后备基因库

“在新生代第四纪冰期来临之时,天山山脉的谷地和盆地成为中生代野果树的最后‘避难所’,为地球保留了珍稀的野果林群落。这里的野果林已有上百万年的历史,是我国林果业可持续发展的重要种源保障。”中国科学院新疆生态与地理研究所副所长张元明说,顺着基因组追溯,意大利学者在2010年曾从分子遗传层面证明——现如今很多栽培苹果都是新疆野苹果的后代,比如我们耳熟能详的黄元帅、红富士等。

  世界罕见的苹果天然基因宝库

“30年前,伊犁地区的野果林面积近1万公顷,近年来大面积退化萎缩,部分区域形势严峻。”近日,在伊犁植物园,面对茫茫林海,中科院新疆生态地理所副所长张元明告诉科技日报记者,正在执行的一项国家重点研发计划项目正试图遏制这一颓势。

大费周章保护这些“老掉牙”的野果林目的何在?以新疆野苹果为例,作为“老祖宗”,它们最大程度保留了苹果的原始基因,并在长期进化过程中,积累了丰富的遗传变异,形成了果实大小、成熟期、品质、风味、抗逆性、抗病性等不同的种下类型近百种。“比如,我们栽培后的苹果经过多年种植,其基因会慢慢退化,红富士不再像以前一样红,黄元帅的颜色也变淡。这时若想继续改善苹果品质,就需要从野苹果中找到决定这些性状的基因,重新培育。”张元明解释。

  9月23日,在中科院科学传播局、中科院新疆生态与地理研究所、中央电视台“走近科学”栏目联合制作的《拯救基因库》纪录片新闻发布会上,新疆生态与地理研究所的研究员张元明介绍说,新疆野果林主要分布在伊犁地区,塔城地区也有少量分布。伊犁的新源县是天山野果林的最大分布区域,在这里的山麓阴坡上,生长着绵延起伏、一望无际的野果林。林中混杂着野苹果、野杏、野扁桃、野李子、野樱桃等各种果树。科学研究表明,在新生代第四纪冰期来临之时,天山山脉的谷地和盆地成为中生代喜暖野果树的最后“避难所”,为地球存遗下来了这些珍稀野果林群落。

2016年,科技部启动“天山野果林退化生态系统保育与健康调控关键技术”项目,为期5年,由国内十余家科研单位联合攻关。张元明是该项目的负责人。他说:“项目执行近3年来,已经取得了初步成果。”

事实上,这些其貌不扬、口感酸涩的野苹果,不仅是珍贵的战略生物资源,也是重要的天然基因库。张元明告诉经济日报记者,通过充分保护、挖掘野苹果基因资源,参与本项目研究的山东农业大学专家近年来培育出新品种——红肉苹果,这种新苹果类黄酮含量非常高,对心血管等疾病具有非常好的食疗作用。

  最新调查显示,目前新疆野果林里发现有58种野生果树植物,其中野苹果是最主要的建群种,有84种类型,可以说这里是世界罕见的苹果天然基因宝库,也是研究世界温带果树遗传多样性和基因进化的重要种质基因库,对现代经济果木的品质改良、优良品种的筛选及分子遗传育种都有重要意义。

野果林的前世今生

然而,现实让张元明有些心痛:过去十几年来,受林下放牧与农田开垦、病虫害暴发、气候干旱等影响,天山野果林生态系统受损严重,出现了大量衰败和死亡的现象。来自伊犁地区林业部门的统计显示:截至2015年,新源县野果林因病害枯死率高达80%;巩留县也达到60%,且呈现加速蔓延趋势。近年来,随着外来物种苹小吉丁虫害大面积集中暴发,受害最大的就是野苹果。

  新源野果林因病害枯死率高达80%

天山野果林跨越哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦和我国新疆,绵延1200余公里。我国境内的天山野果林占世界野果林总面积的近40%。

究竟什么原因导致了野果林退化?

  在过去半个世纪里,农业开垦、品种改良,导致新疆野生果林面积锐减,种质资源不断消失。同时,林区长期过度放牧,林下幼苗不断被牲畜啃食,自然种群无法更新。

天山野果林分布有野苹果、野核桃、野杏等野生果木资源60余种,是世界多种果树的起源地之一。其中,新疆野苹果是世界栽培苹果的祖先。2010年,意大利学者在《自然·遗传学》杂志发文称,从分子遗传层面已经证明,现今人们吃的很多栽培苹果都是新疆野苹果的后代,包括黄元帅、红富士等。

项目组科研团队对新疆境内野果林生物多样性做了详尽的本底调查,得出结论:多种因素在共同起作用,苹小吉丁虫是“压倒骆驼的最后一根稻草”。张元明介绍,死亡个体主要集中在中等偏小径级的中幼龄个体;同时,由于林下放牧等人类扰动,导致野果林幼苗缺乏,更新存在严重障碍。

  但是,对野果林形成毁灭性危害的却是一种叫小吉丁虫的外来生物,它是1993年新源县从山东引进苹果苗木时带入的,由于它是外来入侵物种,当地几乎没有它的天敌。而野果林又处于天山北坡气候逆温带,比较适宜它的快速繁殖,因此小吉丁虫虽然才在这里落脚短短几年,但已经呈现出大面积爆发趋势。

“在新生代第四纪冰期来临之时,天山山脉的谷地和盆地成为中生代野果树的最后‘避难所’,为地球保留了珍稀的野果林群落。野果林已有上百万年的历史。”张元明说。

为拯救这个宝贵的原始基因库,科学家利用COI基因构建了苹小吉丁虫系统发生树,绘制了其可能的入侵及扩散路径。他们还探明了苹小吉丁虫在野苹果植株不同部位、枝条的选择性分布规律,解析其生活史特征,提出每年7月5日至25日为成虫防治的关键窗口期。

  伊犁州林业部门统计显示,目前新源县野果林因病害枯死率高达80%,巩留县野果林枯死率也达到60%。

然而过去十几年来,由于林下放牧与农田开垦、病虫害爆发、气候干旱等影响,天山野果林生态系统受损严重,出现了大量衰败和死亡的现象。

经过近3年的科研攻关,如今,科研团队已经在野果林生态退化过程、病虫害发生规律以及人工辅助恢复措施等方面取得重要成果,“物理措施+生物措施”的退化野果林生态恢复技术模式取得显著效果。“目前,我们已完成示范面积3000亩,退化野果林呈恢复态势,效果评价与相关生理指标检测正在进行中。同时,野苹果优异基因资源挖掘与种质创新也在持续进行。”张元明表示。

  “我们最新调查结果显示,整个伊犁地区的野果林面积已从上世纪50年代末的1万公顷减少到今年的不足5000公顷。”张元明介绍说。

来自伊犁地区林业部门的统计显示,至2015年新源县野果林因病害枯死率高达80%,巩留县也达到60%,且呈现加速蔓延趋势。

(原载于《经济日报》 2018-10-21 08版)

  多重救治方式难阻野果林病害速度

科技日报记者在现场看到,不少野生苹果树的枝、叶和果实上,斑痕累累,破败不堪,令人触目惊心。

  为了拯救野果林,当地采取了喷洒农药、给病害树木打孔注药、把病害果树枝条修剪烧毁、投放寄生蜂治理等办法。

为什么要保护野果林

  “但是,小吉丁虫是一种钻蛀型害虫,藏在苹果树的树干和树皮中,喷洒农药很难伤及到它。”新源县野果林改良场纪委书记庞建忠说,打孔注药方法使用后,他们发现,钻过孔的果树,腐烂病菌容易侵入,反而比钻孔前死亡得更快。把病害果树的枝条修剪烧毁、投放寄生蜂治理等办法效果也不是很明显。

尽管野生苹果又小又酸,一点也勾不起人们的食欲。但在科学家眼中,它却是无价之宝。

  伊犁州林业部门统计显示,新疆野果林的病害面积每年仍在以400公顷的速度蔓延。

“青藏高原隆升后,古地中海逐渐向西退却,亚洲中部呈现干旱化加强趋势。”张元明说,这种干旱化导致了阔叶类型的野果林分布区域逐步收缩和破碎化,作为阔叶林一部分的野果林分布区域也随之萎缩。

  目前,新源县野果林改良场工人又尝试把苗圃的野苹果苗移栽到山上,期望用这种方式延续一些野苹果的基因“血脉”。

新疆野苹果在长期的进化过程中,积累了丰富的遗传变异,形成了果实大小、成熟期、品质、风味、抗逆性、抗病性等不同的种下类型近百种,成为世界果树资源的天然基因库,也是国家珍贵的战略生物资源。目前,国际苹果市场品种单一,其适应性、抗逆性和口感风味等遗传基础极其狭窄。因此,未来苹果的遗传改良离不开丰富的新疆野苹果基因资源。而正在萎缩的天山野果林就是后备的基因库。

据悉,目前苹果市场的品种越来越集中,市场上仅剩几个品种。这些苹果的适应性、抗逆性和口感等遗传基础极其狭窄。一旦遭遇环境灾害,或者人类的口感有所改变,解决途径只能是改良基因。而能够为此提供基因资源的,就是正在走向濒危的天山野果林基因库。

让野果林种群复壮生态恢复

天山野果林保护项目启动以来,项目组对野果林做了深入考察与研究,已经在野果林生态退化过程、病虫害发生规律以及人工辅助恢复措施等方面取得了重要成果。他们提出的“物理措施 生物措施”的退化野果林生态恢复技术模式也取得显着效果。

研究人员首先建立了长期观测样地,阐明了新疆野苹果种群年龄和遗传结构特征;解析了“外来生物”苹小吉丁虫的生活史特征,提出每年7月5日—25日为成虫防治的关键窗口期;查清了野苹果病害病原菌多样性,从病害样品分离出33种真菌,筛选了2个主要致病菌的防治农药;探究了野苹果树个体死亡的水分和养分障碍,基本解析了天山野果林生态退化原因和过程。

针对野果林的退化,科研人员采用物理 生物的措施进行种群复壮技术与示范,建立幼苗保育封育围栏,完成封山禁牧围栏2万亩;通过伐桩、高位低位修枝技术,激发大量果树萌条产生;直接焚烧受危害的枯枝,以免病虫害扩散;采用人工繁育技术,包括种子的干藏技术和种子的催芽方法;建成了50亩的苗圃基地,可提供新疆野苹果幼苗100万株……

项目组还在野果林建立了三块永久样地:新源县两块,巩留县一块,每块样地大小1公顷,对样地的每棵果树长期监测,观察其个体生长状况和群落结构变化。

“目前,我们已完成示范面积3000亩,退化野果林呈恢复态势,效果评价与相关生理指标检测正在进行中。”张元明表示。

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