眼下雖已步入冬季，在天壇公園里的大片林木下，山麥冬依然迎著寒風旺盛生長，葉片不黃不枯，像是為大地鋪上了一層四季常綠的地毯。

在普通人眼中，以山麥冬、苔草、委陵菜等為代表的鄉土地被植物常被視為“野草”，它們都是北京市民的“老街坊”，在京華大地土生土長。隨著北京在園林綠化領域推開“地被變革”，它們逐漸替代了曾經的冷季型草坪，讓園林一年四季綠意蔥蘢，揚塵變少了，棲息的生物多了，景觀效果和生態效應得以雙提升。

不過，我們對這些“老街坊”的秘密卻知之甚少。它們為何耐寒、久綠？怎樣更好地培育種植？為了回答這些問題，北京農學院院長段留生成立了全國首個地被植物研究團隊，向科研的空白領域進軍。短短4年時間，這支年輕的科研團隊就取得了豐碩成果：對山麥冬的耐寒、耐蔭基因挖掘取得重要進展；解析苔草抗旱節水的分子機制；研發的生物調節劑像“護膚品”一樣噴灑在葉面，就能增強植株的抗低溫能力、延長持綠期……未來，在北京的街巷中、公園里，更優質、更美觀的鄉土地被植物將更多出現，實現“增彩延綠”。

段留生（右）與團隊成員查看山麥冬植株生長情況本報記者王海欣攝

重新認識“野草”

2019年的冬天，剛剛完成工作調動，從中國農業大學來到北京農學院任職的段留生常在學校食堂門口徘徊，他關注到了食堂門前花壇里一種并不起眼的綠化植物——山麥冬。

冬季的北京寒風呼嘯，氣溫最低可達零下十幾攝氏度，校園里的工人在掃雪鏟冰后，常把冰雪堆到花壇里等待其融化，這片山麥冬的頭上就常常頂著厚厚的雪。而在一片嚴寒蕭瑟中，花壇里總會顯出一叢綠色，這正是山麥冬的特性——持綠越冬。

在山間、街邊隨處可見的山麥冬，人們卻很少關注，學術界對它的研究也是少之又少。段留生發現了這個科研的真空地帶。

“城市綠化在很大程度上是人為的選擇，不僅要考慮自然因素，還取決于社會經濟因素。”20多年前，國內城市地面綠化主要依靠引進冷季型草坪，從草種到養護機械，幾乎全靠進口。那時，段留生還在北京林業大學做博士后，雖然主要研究的是玉米、棉花等大田作物，但是生活在北京，園林綠化領域的熱點問題，也不可避免地成為他與合作導師、中國工程院院士尹偉倫經常探討的話題。

圍繞糧食作物的研究，需要追求高產、優質、高效。而在段留生看來，生產價值只是農業的維度之一，特別是在都市農業領域，生態價值、生活價值和文旅價值等也同樣重要。他舉例說，在農產品采摘園的建設中，果樹株型和高度就有講究，要盡量保證前來采摘的市民“觸手可及”，“至于一畝地能產多少果，反倒不是最重要的事。”

園林綠化則更為特殊，在城市中，大量綠化用地都是鋼筋水泥叢林中留下的邊角地，匱乏的土壤對植物生長是不小的挑戰。要讓城市里原本長不了植物的地方綠起來，讓已經綠起來的地方更宜人，同時還要降低養護成本。段留生認為，這應當是園林綠化科研的目標。

冷季型草坪最適宜的生長溫度是15至20攝氏度，若是在北京種植，每次越冬都會死去約三分之一。同時，這種草坪夏季每一兩天就要澆一次水，一畝地大約需要60至100噸水，且每隔一兩周還要修剪一次，資源成本和人力成本消耗都極高。在國外考察學習時，段留生發現，歐洲中部國家的氣候適宜冷季型草坪的生長，但到了美國北部，冬天的草坪也同樣看不到綠色。

北京年均降水量僅600毫米左右，且季節分配不均，全年降水的80%集中在6至8月，這樣的氣候條件也決定了，對節水、抗旱、易養護地被植物的研究迫在眉睫。而鄉土地被植物在長久的進化過程中，已經適應了本地的氣候條件，并且繁衍出了種類繁多、變異豐富、抗逆性強的分支。

北京農學院校園里就種著不少本土“特產”。在樹下、屋后等背陰處，大多數觀賞類植物都很難生存，山麥冬卻能茁壯成長，即使在零下10攝氏度的寒冬，依然能綠得鮮亮。苔草耐寒性比山麥冬稍差，冬季葉尖可能出現枯黃，但其全年養護成本僅有每平方米2至3元，比冷季型草坪節水68%至91%。

“那為什么不用我們本土的綠化植物來裝點北京的冬天呢？”段留生決定，集中力量研究北京的鄉土地被植物。此前，在全國范圍內，都沒有科研團隊專注于這一領域的研究。

從零開始，困難顯而易見。2019年團隊組建時，不少成員甚至都未曾聽過山麥冬這種植物，那時，他們在玉米、馬鈴薯、月季等作物的科研領域各有建樹。當段留生提出開展本土地被植物研究的想法時，他們紛紛決定“轉型”，從頭開始認識山麥冬、苔草、委陵菜這些在北京的土地上世代繁衍的“野草”。

“說實話，剛開始做項目的時候，我還分不清山麥冬和苔草，它們長得真的很像。”講起這段經歷，團隊成員、北京農學院園藝系講師高月榮忍俊不禁。雖然這些“野草”就生長在身邊，但它們“野火燒不盡，春風吹又生”的頑強生命力背后的秘密，卻從未被揭示。科研團隊梳理了華北地區常見的鄉土地被植物，期待通過生物學的研究方法，從分子層面解析它們耐旱、抗寒的機理，并選育出更為優質的種質資源，解決北京綠化與冬寒、缺水之間的矛盾。

處于盛花期的山麥冬

找到抗凍秘訣

耐寒、耐熱、耐旱、耐蔭、耐鹽堿、耐貧瘠……在諸多“野草”中，四季常綠的山麥冬集諸多抗逆性于一身，在北京僅依靠自然降水就能生長，只需一個生長季就能較好地覆蓋地面，無需施肥、打藥、修剪，在遮光度達80%的林下空間也能正常生長，是優秀的地被植物。因此，它成了團隊重點研究對象。

團隊成員、北京農學院園藝系講師彭真承擔起山麥冬育種研究和基因組解析等工作，但巧婦難為無米之炊，擺在他面前的第一道難關，便是研究材料的缺乏。

課題組所有師生都被發動起來，一有閑暇，他們就鉆進京郊山林野地，尋找和采集野生的山麥冬植株。到自己的家鄉尋找野生山麥冬，也成了學生們的假期作業。“山麥冬在野外很顯眼，特別是到了冬天，在山里順著綠色找，準沒錯！”很快，彭真就和這種“小草”成了老朋友，并和其他教師一起，指導學生大范圍收集野生山麥冬的種質資源。

不過，第一批被帶回實驗室的野生山麥冬，并沒能如大家所愿地茁壯成長。它需要怎樣的光照條件、溫濕度環境，多久要澆一次水，該為它提供何種營養物質……在養育它們時，這些問題屢屢讓彭真受挫。“我們的實驗樓下就種著山麥冬，在校園里它長得特別好，但在實驗室里就是種不好，這讓我們很受打擊。”

把育苗室的燈關掉一半，減弱光照，溫度也降至18攝氏度左右——隨著經驗的積累，答案慢慢浮出水面。但挑戰遠不止這些，在野外，山麥冬幾乎不會遭遇蟲害；然而，在實驗室的封閉環境下，一只蟲子就能繁殖出一個種群。而在前期經驗不足時，團隊沒有將野生材料與其他實驗的植物隔離開來，害蟲薊馬啃食葉片造成了病蟲害。“總是要從試錯開始的。”彭真感慨。

現在，在段留生團隊的實驗室里，一盆盆不同品種的山麥冬擺得滿滿當當。種質資源庫的建立，是研究作物起源、進化，培育作物新品種等工作的基礎，經過反復比對、篩選，已有120余份山麥冬種質資源完成了“入庫”。雖然同歸于山麥冬屬，但不同品種的山麥冬植株，個頭高矮、葉片寬窄、花朵顏色等都有著明顯的差異，有些品種的葉子還鑲著“金邊”，抗逆性也不盡相同。

要找到山麥冬的抗凍秘訣，需要先施展一些“非常手段”。彭真曾把一種耐寒性極好的山麥冬品種，在零下25攝氏度的環境內足足放置了24小時。“它的葉片幾乎全部凍傷了，溫度迅速降低的嚴苛條件，在自然環境其實并不多見。”彭真說，通常環境溫度是逐漸降低的，植株會有一個馴化、適應的過程。當時，團隊成員都認為這株山麥冬很難再活過來了，沒想到在培養室中放置了一段時間，嫩芽又破土而出——它還活著！

“這就是很優質的種質資源，圍繞它，我們就可以開展山麥冬抗寒機制和品種優化研究。”利用這批樣本，段留生團隊針對山麥冬的抗寒性展開了深入探索。不過，在植物生長過程中，體內的代謝產物繁多，經過代謝組學解析和篩選，與抗寒性可能相關的代謝產物數量高達400余種。接下來便是苦功夫，他們先培育健康且一致性強的山麥冬植株，再用某一種代謝產物進行外部處理，逐一嘗試。試錯的過程持續了近兩年，反反復復的實驗成了常態，“不到百里挑一的概率，找錯了也很正常。”

功夫不負有心人，幾條主要的代謝路徑逐漸明晰：類黃酮和海藻糖的代謝以及脫落酸、一氧化氮的信號轉導，對植株的耐寒性有重要作用。實驗顯示，當植株中海藻糖含量增加，抗寒性會相應增強；用適合濃度的海藻糖處理，在實驗室零下10攝氏度驟冷的環境下，植株葉片的損傷率不到50%。

生物的外在性狀，歸根結底是基因的作用。利用收集的種質資源，段留生團隊完成了對山麥冬基因組的測序、組裝和解析，以測序結果為基礎，各種功能基因的挖掘難度便大大降低。“比如某個品種特別抗寒，我們就去和參考基因組作比對，尋找到底是哪個基因發生了突變。”段留生說，很多山麥冬品種的觀賞性很好，但抗逆性稍差，影響了后續的應用推廣。

目前，團隊在山麥冬抗逆基因發掘方面已經取得了重要成果，篩選出了耐寒、耐蔭的候選功能基因，其作用機制解析工作正在深入進行。這一發現不僅能實現山麥冬品種的改良，還有助于提升其他地被植物的抗逆性，北京的冬天將有望綠得更加多彩。

現在，彭真已經徹底愛上了這種不起眼的“野草”，他把自己的微信頭像換成了一片盛開的山麥冬，逢人便驕傲地介紹：山麥冬能用綠色裝點肅殺的冬天，也能在夏天開出紫色的花海，“四季皆有景，季季景不同”。

研發植物“護膚品”

雖然山麥冬在北京的種植范圍越來越廣，但品種較為單一，可選擇的花色、株型也不多，彩葉品種則普遍耐寒性稍差。利用基因編輯技術和育種手段，段留生團隊正在持續研發具備更多優勢性狀的山麥冬新品種。能耐受零下15至20攝氏度低溫的山麥冬種質“1032”、耐蔭性和開花性能優良的闊葉山麥冬新種質“1072”等，已經陸續問世。

現在，山麥冬“1072”正處于示范種植階段。后續，要讓植株實現快速繁育、擴大種植面積，通過植物組織培養獲得大量種苗，是最快捷的手段。

在段留生團隊的實驗室里，抗性優異的山麥冬品種可以通過這種方式實現快繁。不過，要讓幼嫩的愈傷組織健康生長，培養基的選擇很關鍵。別看種在田里的山麥冬特別皮實，要讓這種多年生的草本植物退回到可以分化的愈傷組織階段，組培難度很高，條件也更苛刻。“不同的植物培養基不是通用的，甚至同種植物的愈傷組織在不同生長階段，所需的培養基也有差異。”為了找到山麥冬的“專屬營養品”，高月榮頗費了一番功夫。參考同類植物的培養基配方，她先后嘗試了13種培養基，但只有2種效果尚可，其余組別的實驗均以失敗告終。

通常來說，植物組培會選擇容易獲取的根莖、葉片等組織作為誘導材料，但這些都不是山麥冬最好的組培材料，就連直接用種子進行誘導，效果也不理想。“常見的選項基本都排除了，我偶然想到，能不能用嫩種子胚試試看，這個思路很少有人用到。”這個想法給高月榮的實驗帶來了轉機，“雖然種子里面幼嫩，但外殼還是很硬的，必須小心地在無菌條件下將它切開，挑出比芝麻粒還小的胚。自從換了培養材料，它們一下就‘爆發’了，長得飛快。這個培養基也確實是最合適的選擇，從誘導到出芽、生根，不用換配方，它就全包了。”

現在，高月榮正面臨著“甜蜜的煩惱”。“一小瓶就能出幾百個芽，把它們切出來做培養，幾天之后基部就又發芽了。為了讓它們長得慢一些，我得把它們擠在一起，以控制營養，還要給培養室降溫。”她笑著說，“現在，我對新品種的產業化很有信心！”

在園林中，要保持綠化植物的良好生長狀態，需要投入大量的人工成本進行修剪、養護，這是經濟代價。但段留生更看重的是生態代價，園林綠化需要消耗灌溉用水，植物剪枝、落葉形成的廢棄物則成了園林垃圾。雖然北京已經在推動用鄉土地被植物替換冷季型草坪，但現存的草坪仍需養護。如果能對其生長狀態進行調控，讓草坪生長更慢、綠得更久，就能有效降低成本。

能控制長勢的草坪化學修剪產品，與同類產品相比控旺效果可達4至5倍，從而降低人工修剪的頻次；園藝植物促分蘗分枝產品則對山麥冬、委陵菜等地被植物效果頗佳，能促進其快速生長成坪；抗低溫產品則能為植物“敷面膜”，減少葉片的水分蒸騰，讓綠色保持得更持久……讓植物增彩延綠的“護膚品”，不斷從段留生的實驗室里走出。

其中，讓草坪草抗凍的生物調節劑——冠菌素已在全球范圍內首次實現了產業化，它的研發過程也充滿了坎坷。“我們差點就把有效成分給放跑了。”團隊成員、北京農學院講師于春欣說，由于第一次實驗時，冠菌素的濃度區間設定不恰當，導致實驗效果很不理想。“但從理論上分析，它大概率是有效的，我們就擴大了濃度篩選的范圍，多次嘗試，這才成功。”

“做科研，就是要創新，要做別人沒有做過的事，給出解決問題的新路徑。”推開地被植物研究領域的大門還不到4年，段留生就已經帶領團隊實現了一個又一個突破。挖掘山麥冬關鍵耐寒基因并培育優異新品系、解析苔草的抗旱分子機制、研制地被植物功能基質和綠色養護產品……段留生團隊不斷為北京市民帶來對這些“老街坊”的新認識，“以前我們也在種這些鄉土植物，卻不知道為什么可以種、怎樣種更好。隨著對機理研究的深入，這些‘野草’也能通過新品種選育，變得更強壯、更美觀，更好地裝點北京。”

https://bjrbdzb.bjd.com.cn/bjrb/mobile/2023/20231123/20231123_012/content_20231123_012_1.htm#page11?digital:newspaperBjrb:AP655e6760e4b0ec2b81cfa096