稀有植物和动物的自然环境正被迫日益缩小。世界上许多动物园已经行动起来去保护兽类动物。那些有助于人类患不孕症夫妇的技术以及农业上用来提高肉类和牛奶产量的方法正被用于野生动物中。但至少有一个动物园在其濒危物种计划中包含了植物学的研究。

用于改善作物产量和繁殖的方法正被作适当的修改以拯救稀有和濒危植物。多年来，美国农业部及私立的、非营利性的树木园和植物园捍卫了世界植物区系，在种子库中拯救了有重要经济意义的植物，并给珍稀的野生花卉建立了人工生境。1984年，保护濒危植物的探索加快了步伐。那年，由20个树木园和植物园组成的植物保护中心（CPC）在马萨诸塞州的牙买加高原上成立。两年后，辛辛那提动物园（现为辛辛那提动物与植物园）开始进行植物学研究。

鼓励对植物保护作多学科的研究是植物保护中心的目的，设在波士顿阿诺德树木园的植物保护中心所属的植物园计划主任佩格 · 奥尔韦尔（Peg Olwell）说道。植物保护中心的任务包括在自然生境中保护植物；在全国范围内采集濒危植物栽种于成员植物园中以防野外的灭绝；通过贮存种子，发展长远的种质保存；建立关于濒危物种的生物学和园艺学资料的数据库，并出版有关濒危植物区系的教育资料。尽管有些植物保护中心属下的树木园和植物园用组织培养的方法，以及位于科罗拉多州的美国农业部种子仓库用低温保存法为该组织贮存一些种子，但植物恢复方面的大部分工作还是使用传统的方法。

瓦莱里 · 彭西（Valerie Pence ）是辛辛那提动物园濒危野生生物繁殖中心的植物区系保护研究室主任，她使用各种各样的繁殖策略来拯救来自中美洲和南美谢的俄亥俄植物和热带植物，作为辛辛那提大学的副教授，彭西与约翰 · 卡罗索（John Caruso）—道研究组织培养和植物激素，她还给冷冻种子、胚、未成熟胚和组织培养做了详细的实验记录，并且已在常见的和珍稀的物种方面取得了某些成功。“我们的想法是利用可行的生物技术并把它们应用于植物保护中，”彭西说道。

组织培养

已用于农业研究以及生产化学药物、调味品和维生素的组织培养技术是一种引人注目的策略，尤其是对于种子植物或稀有野生植物，只用濒危种的一片叶子就可以作培养而不会对种子的自然散布构成威胁；如果种子已被采集来贮存，组织培养可作为恢复有灭绝危险的植物的一种补充措施。

“要进行组织培养，就需要一片组织——茎、叶、根或花，”彭西说道，“只用一片组织就可以让它长出一整株植物。”

仅为0.5 cm²的组织小片放在稀释的漂洗液中浸润，用蒸馏水冲洗后放置在有无机盐（如Sigma植物细胞培养试剂）、糖、水，以及琼脂或植物胶配制成的无菌培养基中，通常还要添加激素来诱导和控制生长。

组织取样可在野外进行而只对植物体产生轻微的损害。为了保持遗传多样性，样品可在不同的地点从数株植物中采集。在样品放进试管的无菌人工培养基之前，要使用一种水质净化片剂的溶液来对样品进行灭菌，当样品带回实验室就可以加入激素来诱导苗和根的生长。

彭西和其他热心拯救濒危植物的人已使用组织培养来生产茅膏菜、捕蝇草和非洲堇菜，这是一些在苗圃中常见而在其自然生境中正濒于消失的植物。彭西还成功地培养了几种延龄草属植物，包括稀有的俄亥俄宿萼延龄草（Trillium persistens）；以及俄亥俄仙人掌（Opuntia humifusa）和另一种珍稀的俄亥俄蝇子草（Silene regia）。

虽然对有重要（及重大）经济价值的作物及园艺种类已进行了许多研究，彭西与她的同事却开辟了野生植物这块处女地。开始，许多工作都使用常见种，以便相关的稀有植物在技术发展过程中不会进一步减少。每种植物都有其特定的营养需求、萌发期和种子贮存条件，因此，成功的组织培养或种子贮存所必需的精心设计是颇费时光的。

“我们还不完全明白各种因子是如何参与繁殖的，”彭西说道，“有时它不起作用。我们尚未了解整个繁殖系统的生物学功能。”

在不了解整个系统的情况下，要进行繁殖就得采用试错法，某些源于新鲜的组织培养中的植物生长良好，但有些植物的培养物却杂乱无章，只产生愈伤组织，即只有一种无序的生长，在探索组织长期贮存方法的过程中，彭西发现某些源于冷冻细胞培养或者是经小心解冻后的芽尖，再放回培养基中所长成的植物可以繁殖。

“至于动物组织，成功的冷冻需要一种抗低温的溶液以及很慢的、可控制的冷冻速度，”彭西说道，“好几种植物已显示能在冷冻下生存，但当低温保存法应用到野生的、采集来的材料时，这种特定的技术要因不同的种而异。”

解冻也需要缓慢和可控制的程序以防止组织坏死，由于在冷冻和解冻过程中必需精确，因而对某些植物来说，低温保存种子或胚，这两个植物自身的繁殖贮藏系统可能会成为一种更合适的策略。

种子贮存

“种子贮存是一种精细的方法，因为种子一般都要经脱水并在冷冻条件下生存，”彭西说道。可以把种子的胚与种子的其他部分分离开来并独立冷冻以节省空间，胚还比其他的组织有更强的生长能力。

为俄亥俄自然资源局对二百余种俄亥俄野生植物进行了超过500次实验之后，彭西发现正常种子——即那些脱水后仍能保持活力的种子能很好地冷冻。在一个由美国哲学会资助的项目中，她发现许多中美洲的热带植物都产生顽拗型的种子，它们在脱水后就失去活力，因此需要作进一步的研究来找出可使这些种子在冷冻和解冻时仍能生存的方法。

在几个项目中，彭西成功地进行了胡桃种子的成熟胚和可可豆未成熟胚的冷冻，从而发现了应用其他几种乔木和热带植物的程序。她与位于加利福尼亚戴维斯的种质保存所合作，把她的技术应用于受病害威胁的胡桃属种类；现在她正把其对热带植物的研究集中于珍稀的棕榈植物。

胡桃属、山核桃属、栎属及榛属都产生正常的种子，其胚可以干燥后贮藏于液氮中。在液氮罐中贮存胚可以节省空间，二百余个黑核桃的胚可贮存于相当于一个黑核桃种子大小的小瓶中。

可可和其他许多热带植物则产生顽拗型种子。由于在种子脱水或未经脱水就冷冻时这些种子的活力被破坏，因此彭西就尝试冷冻这些种子的胚。可可的成熟胚在冷冻过程中不能存活，但彭西发现未成熟胚可以冷冻和解冻，并可成功地长出植株。

“胚比其他组织更容易长出新植株，”她说道，“即使在这过程中有某些受损，冷冻一解冻后的可可胚仍具胚胎发生能力，它们可以产生更多的胚。”

如何保护物种

一旦这些技术趋于完善，其他的濒危植物也添加到种子库中或者通过组织培养来繁殖，如何对待由此产生的植物就引起了问题。它们应该种植于人工生境中吗？还是回归其自然生境？抑或是用来建立新的种群？众说纷纭。

目前帕森斯正和彭西一道筹划一个组织培养项目和在当地建立一个苗圃。在霍尔登，这个植物保护中心成员之一的树木园，稀有植物正通过种子、嫁接和插枝来繁殖。繁殖出来的植物与其他种类一起展示在生境植物园中。在这里，植物学家可以了解到每种植物的栽培特点和基本的生物学特性，参观者则可了解到每种植物对其环境的价值。

但帕森斯并没有把人工生境的展示看作是拯救这些种类的唯一方法。“就我所关心的来说，首要的目标并不是娱乐性的动物园式植物园”，他说道，“植物园还可以起着把物种的基本信息应用于自然生境中保护植物的作用。”

植物保护中心的奥尔韦尔对把恢复后的植物重新投放到野生生境中持审慎的态度。“你没必要把一个种群的基因与另一个种群的混杂在一起，”她说道，“你没必要使在一个地方形成的特征被另一个地方的特征所掩盖。”只有确因必要并经数个科学家对各种细节进行周详的考虑之后，植物才可以回归其野生生境中，她补充说，而且每种植物都应作单独考虑。

佛罗里达榧树（Torreya taxifolia）被送回佛罗里达的阿巴拉契科拉盆地的一个小型生境中，由于真菌感染正面临灭绝，但这种树可能会成为回归到自然生境中的一个物种。植物保护中心、阿诺德树木园及自然资源管理委员会正争分夺秒地拯救这种树，组织培养作为传统繁殖方法的一种补充，可以在真菌被分离和失活后用来给生境补充新的植物。

尽管为找到一种对付濒危植物区系的策略已付出了大量的工作，但奥尔韦尔和彭西说，她们对植物保护的前景持乐观的态度。彭西急于使组织培养以及组织和种子的低温保存法适应越来越多的濒危物种，并沿望着到有更多种子和植物生理学的研究以支持这些技术的应用。她还希望把她的种子试验记录存入计算机，以使这些资料更容易为研究者利用。

但她对把全部希望寄托在生物技术上持保留态度。“这并非植物保护的最高目标，”她说道，“生境问题应首先加以考虑。”

奥尔韦尔同意：植物保护中心的首要兴趣是在自然的生境中保护植物，应用生物技术和传统的生殖策略作为防止物种灭绝的补充方法。随着公众对环境问题日益重视，奥尔韦尔期待有更多的资金用于植物保护，期待人们对拯救稀有植物的需要认识得更深。

“植物从未像动物那样得到一样多的资金，”她说道，“我们需要经销植物保护。”

但这是一项艰巨的任务。动物园和天然野生动物园每年都吸引数百万人来观看濒危动物和资助生殖研究。一只家猫产下一窝奇异的幼猫或者一头稀有的小猩猩得到母猩猩的爱抚，远比稀有兰花的组织培养或胡桃胚的冷冻更能吸引普通公众的注意。

许多研究都已进行。新技术使对每个新补充的物种的操作变得更容易。联邦和州级的机构以及私人公司正在给各类项目提供资助和协作。但是，生境的破坏也在同步进行，而生物学技术和种的记录还需要时间去完善；在目前缺乏资金、教育和约束的情况下，对许多物种的保护来说，可能到时会嫌太晚。

[Bioscience 1990年第40卷第5期]