那海外的银杏从哪里来？归根到底都是从中国出去的，并且是从中国东部以天目山为代表的野生种群中出去的。


赵云鹏：银杏，熟悉的陌生树

大家好，我是赵云鹏，来自浙江大学生命科学学院。我研究银杏的遗传多样性和进化历史。

银杏大家都非常熟悉，在我们生活的小区、工作单位、学校或者大家常去的地方，有没有一棵银杏树让你印象特别深刻？

▲ 浙江大学紫金港校区CP树

在杭州西湖边五云山的真迹寺中就有一棵千年银杏树。在浙江大学的校园里面也有一棵银杏大树，同学们称之为CP树，是大家必打卡的一个点。

大家有没有试着凑近去看一看银杏，找找它有哪些让人印象深刻的特点？大家可能会想到银杏扇形的叶形、金黄的秋叶、臭臭的白果、寿命很长等等。

其实银杏也有一些大家不那么熟悉的特点。第一，它是一种重要的木本经济植物，银杏叶提取物的产值在全球每年超过100亿美元。第二，它也是进化地位特别独特的物种，它的起源时间比恐龙早，但它并没有灭绝，是著名的活化石。第三，它也是中国原产的著名树种，是中国的一种生态和文化标识。因此银杏非常重要。


而在我国的《国家重点保护野生植物名录》上，银杏是一级重点保护植物。那么问题来了，既然银杏这么常见，为什么它还要重点保护呢？


寻找银杏的野生种群

其实我们谈保护的时候，要关注的是这个物种的遗传多样性和它天然生长的生境。一个物种的基因背景如果比较单一，那么它很可能在遭遇某种特定的天灾的时候会被团灭。相反，如果它的基因多样性比较高，那么它应对各种不确定的气候环境的变化时，抵御能力和进化潜力就比较大。从人类利用角度来说，基因丰富性高就意味着我们将来有更大的可能性发现各种有用的基因，用于生物育种、生物合成等等。

事实上，我们现在满世界看到的银杏很可能都是来自同一个苗圃，同一个村庄。它们是人工复制品，相当于是一个印刷厂里面印刷出来大批量的书，但都是同一版本。而我们要保护的是“四库全书”。那么银杏的“四库全书”在什么地方？为此我们就把眼光投向了自然，投向了野外。

▲ 左：洪德元院士  右：傅承新教授

2000年的时候，洪德元院士给我的老师傅承新教授提了个建议，要搞清楚银杏在中国究竟还有没有野生种群。从那时候，我的老师就开始启动寻找银杏野生种群的工作。

我们基本的研究思路就是，银杏作为进化历史长达2.7亿年的活化石物种，在它进化过程中经历了很多地质灾害特别是冰川，它在漫长的进化过程中“灭而不绝”，它肯定是在某些地方幸存下来，而这地方就是它的“冰期避难所”。因此我们如果能够找到这样的避难所，就能够找到银杏最古老的野生种群的分布点。

从我的老师开始，到我自己，再到我的学生，在近20年里，浙大植物系统进化与生物多样性实验室的三代学人持续地追逐这个问题答案，寻找着银杏的冰期避难所。

那到哪里去找？显然我们不能全国各地乱跑。很幸运的是，在过去的100年里，国内外的科学家同仁做了大量的野外调查的工作，积累了丰富的野外数据和资料，使得我们在出发前就能站在前人的肩膀上，推测哪些地方存在银杏的野生种群可能性更大。

▲ 采样群体（闫小玲，2010）

地图上红点点都是我们在2000年到2010年跑过的地方。20年前中国的交通和通讯条件跟现在不可同日而语。那时候我们如果要去一趟重庆，从杭州坐绿皮火车出发要坐一天一夜或者更长的时间，然后再转大巴，再转中巴，再转面的，再转摩的，到最后可能还得靠双腿跑到山上或者遥远的村庄里面做研究。

从我们的校园到达银杏林所在的地方，一次至少需要两天两夜的时间。所以我们也是用了10年的时间，探访了很多历史上有记载的可能疑似的地方。

在2003年，我们还只考察了6个可能疑似的种群，到2007年这个数字就增加到13个，然后到2010年迅速地增加到33个。一方面我们研究的迫切性和我们的热情在不断地增加，另一方面客观上交通和通讯也在发展，国家对科技的支持力度在增加，使得我们有更好的条件和更强的决心付诸实践，去做研究。

这张图是2007年我们走出国门，到日本野外考察时拍摄的。因为有一种观点认为日本可能也存在野生的银杏种群，所以我们也要去到日本做考察。



海外的银杏来自中国还是日本？

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那么野外考察带回来的调查数据，如何进一步地检验和验证它究竟是不是野生呢？这时候，我们就需要分析它基因的多态性。因此我们把野外采集的银杏叶片用硅胶快速干燥之后带回实验室，提取DNA，再用分子标记去做分析。

▲ 左：ISSR分子标记扩增的电泳图（葛永奇，2003）

右：叶绿体基因间隔区trnS-G的序列（龚维，2007）

在早期，我们还只能简单地用随机扩增的方式比较基因的长短来看它的多样性，以此比较这些疑似的野生种群跟我们大街上看到的银杏，它们的基因的多态性有什么差别。

▲支持东西两个避难所(Gong et al., 2008 MPE)

很幸运的是，经过我们的野外调查和基因分析，确认了在中国确实有银杏避难所，分别是位于东部的天目山脉和西南大娄山脉的东北端，也就是以重庆的金佛山和贵州务川为代表的区域。但是那时候，我们的野外调查还没有完整，在中国中部、南部还有北部，有更多疑似的野生种群我们还没有机会去实地调查。

同时那个时候，基因分析的技术、手段以及数据量还限制着我们的雄心和想象力。当我们还只是做一两个基因分析的时候，我们就有一个强烈的愿望，想能不能把银杏所有的基因都去做一个分析，全部做一个解码，让我们能够更加全面地认识这个物种，去寻找并确定它的野生种群和避难所。

2015年，我们团队和中科院植物所以及华大基因3个团队合作启动了银杏基因组“超级工程”。人类的基因组是比较大的，有超过30亿个碱基对，而银杏的基因组比人类还要大，是它的3.4倍。这么大的基因组，对于数据产出能力、计算能力都是一个巨大的挑战。

但是我们很幸运，项目启动一年之后，我们就完成了全球第一个银杏基因组的整个草图，这对后面的工作有很大帮助。同时我们也继续往前推进，在全球选了51个种群，选了545棵银杏大树，把它们的基因全部进行了测序。我们获得的数据量44TB，都要拷下来的话需要22个2TB的移动硬盘，这是非常大的一个体量。

有了这个数据，再加上我们完整的采样，我们不但证明了前两个避难所存在，并且发现了第3个避难所——它在中国的南岭，以广东南雄市和广西兴安县的遥远山村的两个孑遗种群为代表。

同时，我们发现在中国的中部和北部，那些看上去也像野生种群的银杏种群，其实它们来源是西南种群和南部种群在冰后期向北扩张过程中混合形成的。它不是人类帮助混合的，而是天然扩张形成的一个混合群。

▲从避难所向海外人为迁移的过程

借助这么庞大的基因数据，我们就能完整地鉴定出银杏在全球存在3个避难所，而且只在中国有。那海外的银杏从哪里来？归根到底都是从中国出去的，并且是从中国东部以天目山为代表的野生种群中出去的。

同时，我们也澄清了欧洲和美国人“银杏是从日本引种过去”的观点。我们发现欧洲和美国最古老的银杏都不是从日本出去的，还是从中国东部出去的。我们把这个200多年的谜团弄清楚了。这个故事是基因告诉我们的，它从不会说谎。


银杏要如何保护？

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关于银杏的保护，有一种观点认为银杏的历史很悠久，它本身在进化上可能已经进入末端了，就要灭绝了，所以没有必要去保护它。那么事实是不是如此呢？

▲ 银杏依然在进化，不是进化末端

我们的研究提供了一个乐观的答案，银杏的遗传多样性依然是比较高的。对于银杏这种看似停止进化的，叶片的形状没有太大变化的物种，它的基因依然在发生着进化，它的种群依然能够有效地响应气候的变化。所以银杏不是处在自然进化的末端，因此还是有必要加强对它的保护。

银杏的遗传多样性很高，看似很乐观，但是现实又很骨感，这些银杏的野生种群现状并不太好。我们认定的优先保护的11个野生种群中，只有两个位于目前的国家级自然保护区里，并且普遍都是一个种群只有几十棵大树。对一个种群来说，只有几十棵树，这个数量是很少的。

以最多的天目山为例，它虽然有200多棵，但是只有大树，没有小树，也没有幼苗。我们连续观察发现，虽然有幼苗产生，但是3年以上的幼苗很少，也就说它的种群是个“老龄化社会”，种群的更新受到了严重的限制。在这种情况下，我们应该如何去保护银杏？

我们做的第一个工作就是监测，摸清底数：究竟有多少个野生种群，每一个种群有多少棵，它分布在什么地方，生长的状况怎么样？我们先对每一棵银杏大树建档，做体检，每年更新。同时还进入它们的“家庭”和“社区”，看它跟哪些树、哪些植物长在一起。其他的树是怎么样的变化，银杏又发生了怎么样的变化，它变化或者不变化的原因可能是什么？

▲ 左：永久样方  右：号牌和生长环

因此我们选择在浙江天目山和贵州务川两个地方建了30个永久样方，我们对20米×20米的样方里面的银杏以及每一棵胸径大于1厘米的木本植物都进行了定位、编号、测量、物种鉴定，并且每5年做一次复查。

▲ 左：叶厚度测量  右：土壤样品

同时，我们也采集它的叶片和根部土壤去做微生物分析，就有点像将来体检中可能增加的一个项目“肠道微生物菌群的多样性检测”，我们现在就先给银杏做上了。

▲ 左：温湿度记录仪  右：树木生长记录仪

我们还把物联网技术用到野外银杏监测过程当中，我们有监测土壤和空气温湿度记录仪，还有监测树木胸径生长速率的生长记录仪。

▲ 左：数据管理系统  右：无线监测系统

同时我们利用了无线监测系统，掏出手机或者打开电脑，就能够看到实时的野外环境中监测仪传感器的感知数据的变化。

▲ 全国银杏主要种群分布图

在具体的保护策略上，我们采取了两种常用的保护策略，一个是在原地保护。从2008年开始，我们就把疑似候选的野生种群在原地进行了保护和监测，同时对其中超过1500棵大树建档、观察和监测。

▲ 天目山银杏监测图

以天目山为例。迄今为止，我们在天目山总共找到了295棵银杏大树，这其中相当一部分是前人的工作，是保护区的工作人员在长期的野外工作中发现的。但是后面的100多棵树就是我们团队师生年复一年，日复一日满山遍野地去找这些银杏树的过程中发现的。

大家会觉得在路上发现银杏树很简单，特别是秋天。但如果是在森林里，要找到这样的树是很不容易的。但是我们并不是漫无目的地找，因为每一种树都有它偏好生长的生境。而银杏就是喜欢长在沟谷的底端，谷底向上一般不超过20米的地方。太往上水太干，太往下的话溪流冲刷干扰太大，土壤太少，因此它会在沟谷底下20米的范围里面比较多。

我们就会在野生分布地，沿着沟谷一路往上寻找，这个图上面每一个红点或蓝点，一般人看就是一个普通的圆点，但对我们来说，它就是一棵活生生的大树，是我们找到的一棵具体的大树。每一棵树都不一样，它们的基因不同，我们对每棵树的情感也都是不一样的。

黄色的框是我们建立的20米×20米的永久样方，我们可以看到天目山的银杏分布在3条沟谷里，它在海拔330米一直到1250米的地方都有分布。

▲ 左：种子库  右：DNA库

除了原地保护之外，我们每一年都会去采集对每一棵银杏雌树的种子，带回实验室，保存在我们标本馆的银杏种子库里面。

▲ 种质圃（浙江省林科院）

并且我们每年都取其中一部分播种育苗，长出一部分的幼苗会保存在我们的种质圃里面。我们的想法是，万一哪一天野外的大树不幸遭遇天灾死掉了，至少它还有后代保存下来。如果没有那些雄树的话，我们至少还有它的叶片，从里面可以提取DNA，就能够知道它的遗传信息，将来有可能把这个个体还原。

▲ “三库合一”的银杏基因库

在长期研究过程中，我们积累了大量的数据和样品，我们也需要很好的平台来支持面向未来的发展和保护研究。因此我们就构建了一个银杏基因库。这个基因库是三位一体的，包括活体库、样本库和信息库。

我们把在野外监测的自然公园、古树公园、大学校园的各种活体大树、幼苗都纳入到我们的活体库里面。把我们的种子、DNA等等样品纳入到样品库。还有就是把各种相关信息整理归类，建一个个信息库。并把这个基因库数据库向全球的科学家和公众公开、共享、共建。


希望大家都去野外看一看银杏

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大家会很好奇，科学家的野外调查和公众的野外研学旅游有什么不一样？其实我们的野外工作概括起来也很简单，就两个：一是“外业”，就是白天在野外工作；二是“内业”，即晚上在室内工作。

▲ 左：外业   右：内业

白天我们会带着学生上山，一路去找银杏，给它们做体检，把银杏的叶片、种子给采集回来。晚上我们就要把当天采集的样品和数据进行整理。晚上虽然是内业，但一点儿都不比上山轻松，我们干到晚上12点甚至凌晨2点都是常态。为了赶时间，我们甚至有一次通宵才把所有的样品和数据都处理完。因为有些样品是不等人的，过了时间就会影响样品的性质，从而影响数据分析，所以我们很多时候会做到很晚。

我们经常会一上山就是一整天，早上8点或8点半就上山了，到下午或晚上再下来。那么我们的中饭是怎么解决的？大家会想可以吃野花、野果、野蘑菇。其实大家想多了，我们还是很珍惜自己的性命，不会吃那些，再说也吃不饱。一般我们都会带干粮上山，标配就是两个馒头、一个茶叶蛋、一袋榨菜和八宝粥，放在书包里面带上山。

▲ 野外午餐

这张照片是我跟我的学生在做银杏样方调查的时候，在样方里面吃午饭。过程其实很辛苦，满身都是汗，我们的衣服上都已经有白花花的盐花了。

但是，我们觉得那个时候的馒头是全世界最好吃的馒头，而且更美妙的是坐在银杏树下的大石头上面，耳边听到的是溪流淙淙的声音，风吹动树叶摩挲的声音。在那一刻，我们亲身体会到了什么叫天籁之音。我们做银杏野外监测和银杏研究，在那一刻得到了极大的满足感和幸福感。

▲ 天目山：五世同堂银杏

有人说看树是一种世界观，我们看树、研究树就是不断地从一个熟悉的角度出发去探究陌生，然后从陌生走向新的熟悉，如此循环，螺旋向上。

这个研究也给我个人带来一些不一样的体验和改变。像现在我到哪里出差都会在我们的数据库里查一下这个地方有没有银杏古树。在远远地看到片绿色的时候，我能够快速地辨识出银杏所在，这是一种专业训练的结果。如果有银杏，我还想跨过去看看是雄的还是雌的，我能不能采两片叶子，替它保留下它的DNA。

另外，我也喜欢看点书，也喜欢地理。天目山的山间是很多溪流的起源地，它们起源后，流下来汇成天目溪，然后再由藻溪进入分水江，最终注入到钱塘江。在这个溯源的过程，我会告诉学生，野生银杏就幸存和生长在钱塘江源头那些溪流淙淙的溪谷地带。

最后，浙江大学跟国内许多的大学一样，在抗战期间经历过西迁办学的历史。浙大西迁的第一站是天目山，最终是到了贵州遵义和湄潭办学。我们巧合地发现，银杏的避难所有两个分别位于浙江天目山和贵州遵义地区的山村。这两个山区不仅保存了银杏的生物基因，同时也保存了浙江大学等一批中国高等学府的中国文脉。我有时会觉得自然演化和社会发展真的很神奇。

我希望每位朋友有机会都能去看一看银杏，走近银杏，来反观一下我们的世界观有没有发生一点点不一样的变化。

谢谢大家！