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普兰店古莲

发布时间:2016-01-31 10:25:45阅读:11

.中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室

.大连普兰店市古莲研究所

19世纪末,辽宁省普兰店当地居民从旧河床中挖取河泥砌泥墙或者作烧材时,常常从河泥中发现莲子,并当作食品。由于雨水作用,泥墙有上有时会出现一些裸露在外的莲芽。大家称这些莲子为“古代莲”(Antique Lotus)简称“古莲”(Old Lotus)。由于受当时我国经济和科研水平的限制,对古莲子没有开展任何科学研究。

20世纪初,发现古莲的事件引起当时正在中国辽宁组织南满铁路施工日本人的高度重视,他们开始考查和收集古莲子,还绘制了古莲子发现地平面图(图1)。他们将古莲子带回日本,进行一系列的发芽栽培等试验研究。1923年植物学博士大贺一郎(Ohga)首次报道将普兰店出土的古莲子成功培育出植株,并且根据地质学特征推测古莲的年龄至少400年以上。这个消息震惊了全世界。前苏联、荷兰、美国等学者也争相收集这一宝贵资源,并对其开展一系列相关科学研究。Libby1951)首次在科学(Science)杂志上发表了来自于普兰店14C测定为1040 210年。荷兰Priestley和美国Posthumus等(1982)在自然(Nature)杂志发表用放射性同位素测定一粒普兰店古莲子的种龄约为466年,并认为莲是世界上寿命最长的种子。美国加州大学植物生理学家美藉华人Jane Shen-Miller(沈育培)教授(图2),曾经6次回国考查古莲资源,对古莲的生长生理特性等进行了研究,发表了3篇学术论文,她是目前发表鉴定古莲种龄最长(1288 271年)的学者。

新中国成立后,我国科学工作者也开始了对古莲的科学研究,1955年中国科学院植物研究所成功将普兰店古莲子培育开花的消息引起很大轰动。多年来,我国学者用普兰店古莲(图3-4作亲本,已经培育出秋水长天(图5)、锦带莲、绿房含珠等十几个优良品种,表明古莲中蕴藏着丰富优良基因资源,古莲作为一个宝贵的基因资源库,具有重要的保护、开发和利用价值。

究竟是什么原因使莲子在地下沉睡千年而不失去活力,莲子长寿的机制是什么?这些问题一直是国内外学者们的关注焦点,相继做了大量的科学研究,提出一些观点,总结归纳起来,主要是莲子果皮的特殊结构和胚中含特殊抗氧化成分与长寿命有关。

莲果皮特殊构造假说。莲子解剖显微结构表明,莲子果皮由表皮层、栅栏组织层、厚壁组织层、薄壁组织层和内表皮层5层结构组成(图6-7)。其中前3层细胞壁极为增厚,结构致密。在栅栏组织内还存在一条胼胝体物质组成的明线。成熟莲子果皮结构在莲子内部形成封闭的环境,阻止了水分和气体出入。在莲子上部顶端果皮内有一个特殊的气室,这个气室可能与呼吸有关(Cнигиревская 1964Cupta et al 1977;陈维培等1982)。唐佩华 (1988) 利用扫描电镜观察发现,莲果皮气室顶端有一个裂生气道通向外部。莲果皮内外表皮上都有气孔,深陷于表皮下,形状特殊,由气道、气室和气孔形成贯通果皮的通气网络,保证莲子能进行微弱呼吸。莲果皮结构对莲萌发的控制作用得到实践的验证:当果皮受破坏时,莲子能容易地发芽。

  莲子代谢物质假说。研究发现,莲胚轴中存在十几种热稳定蛋白、不饱合脂肪酸类如亚油酸、抗坏血酸、谷胱甘肽、超氧物歧化酶(SOD)、脱落酸(ABA)含量都较高(Priestley& Posthumus 1982;黄上志等2000;李曜东等2000Shen-Miller 2002;丁燕芬等2008)。这些物质都可能与莲子寿命有关。

  综合现有研究成果,我们认为,莲子果皮的特殊结构为胚营造了特殊的生存环境,控制了果实内外的水分和气体交换,使胚处于很低的生理代谢水平,加上莲种子所含的较高抗氧化物质,使莲子具有超常寿命。尽管如此,我们对古莲的研究和认识还是不充分的,有关莲子的寿命仍有大量的未解之谜。例如,莲子的果皮是通过什么结构控制莲子内外水分和气体交换的?这种结构是在什么发育阶段形成的?这种结构有什么形态解剖特点?组成这种结构的主要化学成分是什么?另外,物种的形态结构和功能归根结底主要是受遗传物质控制的,从本质上揭开莲子长寿机理,还要从遗传评估入手,用分子生物学手段进一步揭开莲子长寿之谜成为可能。2013年,美国加州大学沈育培教授牵头与中国科学院武汉植物园等37家单位共71位学者合作,完成了中国古莲86.5%的全基因组测序。这项科研成果的完成,将对未来揭示古莲子的进化历史和保持长寿命的机制奠定重要基础。

普兰店古莲无疑是宝贵的遗传资源,古莲从被发现至今,已有百年的历史。

正是由于古莲的发现,普兰店也扬名海内外,普兰店与古莲已成为一个密不可分的世界知名品牌“联合体”。多年来,大连和普兰店市政府相关部门十分重视对古莲的研究和保护,并给予了大力的支持和帮助。2002年成立大连普兰店市古莲研究所,以开展对古莲种质资源的收集、保护和开发利用工作。2008年,在大连市政府和大连市种子站等大力支持下,首次将32粒普兰店古莲子随我国“神舟七号”载人飞船进行了航空搭载试验。目前世界上只有美国、俄罗斯和我国掌握卫星返回技术并搭载植物种子。2013年大连市普湾新区科委项目经费的资助下,我们开展对古莲遗传多样性评估和DNA指纹图谱的构建工作,初步发现古莲比现存东北野生莲种群具有更多的叶绿体单倍型,目前这项工作正在进行之中。

本文作者徐钢先生经过多年的努力,利用一切可能的途径收集宝贵的古莲资源,建立了占地约50亩的千年古莲园(图8-10)。这个古莲园成为我国最大古莲种质资源保存基地,也是人们观赏荷花的一个重要景点。此外,在我国很多家莲品种资源圃中也都保存古代莲活体。普兰店古莲沉睡了千年之后,重现生机,体现了“莲”这种植物极具忍耐力和生命活力,是自然进化的“杰作”,也是自然界生生不息的“代表作”。

徐钢:大连普兰店市古莲研究所所长,从事古莲资源收集、保存和培育工作近20