科学网—哈佛阿诺德树木园|如何打造卓越活植物收藏
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2025-6-2 21:18
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【内容提要】
2015 年秋，哈佛大学阿诺德树木园启动了为期十年的 “ 活植物收藏专项计划 ” ，旨在通过系统性收集、 迁地保护 和科学研究，提升温带木本植物收藏的广度与科学价值，巩固其在全球植物园中的领先地位。该计划响应了生物多样性危机与气候变化挑战，同时为 其 建园 150 周年及未来百年发展奠定基础。其做法值得我国国家植物园开展活植物收藏提升借鉴。
（ 1 ） 价值观与发展愿景 ： 树木园以四项核心理念为核心驱动 ，一是 传统树木园使命 ， 专注温带木本植物的系统性收集保育，保持收藏的学术纯粹性； 二是 科研驱动 ， 依托韦尔德山研究大楼，开展从基因组学到环境变化的比较生物学研究，推动木本植物学前沿突破； 三是 景观传承 ， 延续奥姆斯特德设计理念，融合公共园艺与生态美学； 四是 长效管理 ， 通过持续投入活植物管理与技术升级，支撑物种保护与科学探索。活植物收藏咨询委员会与核心团队进一步提出六大战略目标，涵盖系统发育多样性、濒危物种保护、园艺创新等维度，确保收藏的全球引领性。
（ 2 ） 实施议程与纲领要素 ：专项 计划围绕四大原则与六项核心目标展开 。 四大原则 包括 比较生物学研究 （基因组学至生态适应） 、 濒危温带物种迁地保护 、 关键属物种多样性 提升 以及 弱耐寒物种适应性培育 。 其 六项目标 是 增强类群内系统发育多样性 、 构建保护生物学与木本植物基因组学特色 、 优先获取地理间断分布类群 以及 重塑园艺领导地位，引入弱耐寒物种 等 。
（ 3 ） 新物种引种与合作机制 ： 计划通过多维度合作实现物种获取 ， 野外采集 计划 组织东亚（中国、日韩）等核心分布区的科学考察，获取野生种质资源； 国际协作 将 依托北美 - 中国植物探索联盟（ NACPEC ）等平台，建立种质共享网络，强化迁地保护成效； 技术保障 将 优化繁殖技术，结合微气候研究提升引种成功率，应对未来气候变化。 其 目标 是 新增约 400 个分类群（含 177 个新物种），覆盖 145 属，计划完成 700 次采集并 新增 登录 2,500 份种质。
（ 4 ） 卓越收藏构建的评估体系与需求清单 ： 评估体系 基于四大维度 ， 系统发育广度 方面 确保关键科属涵盖主要进化谱系 ， 保护价值 方面 将 优先收录 51 个受威胁物种（ NatureServe G1-G3 等级） ， 遗传多样性 注重 每个物种 3 个以上野生谱系代表 ， 档案完整性 将 完善种质来源、基因组数据等文档记录。 需求清单 将 聚焦 17 个优先属（占目标分类群的 40% ），包括植物收藏网络属（槭属、山核桃属等）、抗逆属（银杏属、连翘属等） 以 及间断分布属（木兰属、荚蒾属等）。
（ 5 ） 填补分类学及档案空缺 ： 分类学补充 将 新增 175 个未收录物种及 40 个属，重点覆盖东亚 - 北美间断分布类群；档案完善 上，将 替换 25% 非野生来源标本，强化 1/3 已有物种的遗传多样性，并通过微气候优化重启历史 上的 失败引种 类群；在 基因组档案 方面，将 建立全球首个木本植物 “ 活体类型标本库 ” ，关联已测序物种的遗传物质与生物学特性。
“ 活植物收藏专项计划 ” 以百年视野重构 阿诺德 树木园的科学与保育使命，通过系统性采集、国际合作与技术创新，为应对生物多样性丧失和气候变化提供关键种质资源。到 2072 年建园 200 周年之际，推动阿诺德树木园成为全球温带木本植物研究与保护的核心枢纽，延续 萨金特 、 威尔逊 等先驱的探索精神，书写自然历史的新篇章。
2015 年秋，阿诺德树木园启动了 “ 活植物收藏 专项 计划 ” ，这是一个雄心勃勃的 10 年规划，旨在扩大植物收藏的广度并提升其科学与园艺价值。在制定指导该计划使命的文件过程中，投入了大量的思考与努力。我们在此全文呈现这份重要文件，以供树木园的支持者、利益相关者和同行们参考。今年， 阿诺德树木园学刊 将推出一系列文章，涵盖发展活体植物收藏的各个方面。
哈佛大学阿诺德树木园的活体收藏不仅通过承担关键的研究、教育和保护角色来支持树木园的使命，而且其整体构成了一个非常优秀的奥姆斯特德景观历史 （ a historic Olmsted landscape ） 实例。拥有约 15,000 号登录植株 ，代表了近 4,000 个独特的分类群，其中包括 2,100 种 植物 ，阿诺德树木园的活体收藏仍然是那些研究和欣赏木本植物的人士的主要目的地。从其他地方引入树木园的 登录 植物中，有 44% 系野生来源 ， 涵盖 超过 60 个不同的温带国家。另外 39% 是 园圃 栽培 来 源，包括 谱系清晰的 杂交种、苗圃引入的品种以及来自其他 植物 园的 登录 植物。这种 融合了 分类学、植物地理学和栽培多样性 谱系 的 百年历史积淀 ， 最终形成 了世界上最全面、记录 档案 最详实的温带木本植物收藏之一。
活体植物收藏是阿诺德树木园的核心，所有的研究、教育和保护项目皆以此为驱动力。然而，若缺乏对收藏发展的战略规划，这些收藏可能会失去其显赫地位。在树木园迎来其成立 150 周年之际的 2022 年，有必要提出一系列举措，以期同时保护其独特的遗产并确保其未来发展。因此，该计划将在未来十年内实施，旨在塑造并定义阿诺德树木园的活体植物收藏，为接下来的 100 年发展 奠定基础。
图 1 目前，树木园的苹果属（包括苹果和 海棠 ）植物收藏共计 426 株，涵盖了 310 号登录种质 ，包含 159 个分类单元，其中许多种植于彼得山丘
1 价值观与 发展愿景
在 树木 园的发展历程中，其 活植物 收藏 体系乃至 整体机构 蓬勃发展，均 可归因于对四项 核心理念的恪守 。 阿诺德 树木园 始终坚守 传统 树木 园 的使命定位 ， 其 活 植物 收藏 持续聚焦 温带木本植物 的系统性收集保育 。 通过持续深化以 植物 收藏 为基础 的木本植物学研究 ，特别是近年来 韦尔德山 研究大楼 落成后开展的规模化实验 研究， 在学术上不断取得突破 。 树木 园景观 营造 始终传承 弗雷德里克 · 劳 · 奥姆斯特德 （ Frederick Law Olmsted ） 的设计 理念 ， 秉持其 作为公共 植物 园和景观 空间 的 定位 。 最后 ，长期以来 积极投身于活植物收藏 管理和 运营维护的持续投入 ， 有效支撑树木园的科学研究与物种 保护事业发展。
与这些原则紧密相连的是活植物收藏咨询委员会，其成员包括蒂姆 · 博兰（ Tim Boland ）、大卫 · 布福德（ David Boufford ）、迈克尔 · 多诺霍（ Michael Donoghue ）、拉里 · 赫福德（ Larry Hufford ）、保罗 · 迈耶（ Paul Meyer ）、唐 · 菲斯特（ Don Pfister ）。该委员会与园长威廉 · 内德 · 弗里德曼（ William (Ned) Friedman ）、活植物收藏主任迈克尔 · 多斯曼（ Michael Dosmann ）以及园艺管理经理安德鲁 · 加平斯基（ Andrew Gapinski ）合作，在 2013 年、 2014 年和 2015 年会议期间提出了雄心勃勃的战略愿景。这些旨在强化阿诺德树木园收藏体系的建设性意见，阐述了一系列定义活植物收藏发展目标 的指导方针 。 这些建议明确界定了阿诺德树木园 保持在植物园 收藏 发展前沿的总体原则。
2 实施议程与 纲领要素制定
树木园在植物 收藏 研究、 教学 及公共园艺功能 领域发挥着持久而前瞻的作用，其核心原则得以明确界定，包括四个方面 ：（ 1 ）开展比较生物学研究，涵盖从基因组学到环境变化的广泛领域；（ 2 ）对濒危温带木本植物进行迁地保护和系统研究；（ 3 ） 提高 关键优先属物种多样性；以及（ 4 ）有效培育波士顿地区历史上或当前 弱 耐寒植物种类。其核心理念是 根植于 大学的活植物收藏与公共植物园的双重价值：生物多样性的保护与前沿科学的探索，揭示自然界的复杂性及其卓越价值。这一深刻理解揭示了 植物 收藏的内在价值 —— 无论是单一物种的收藏还是系列收藏，均有助于揭示 特定类群 的奥秘（并将其分享给全世界）。该理念贯穿研究始终，无论研究对象是天然植物 类群 还是独特的栽培品种，均继承了树木园百年来长期并行培育和比较研究的传统 ， 这 种 核心哲学理念构成了所有工作的基础。
图 2 树木园的标本收藏涵盖了野生种类与栽培品种（即那些起源或选择主要归因于人类有意识活动的植物）。本图展示的左侧样本为 日本四照花 （ Cornus kousa 1079-89-C ），该标本源自树木园 1989 年 华东 考察期间在中国野 外 采集的种子； 下 为 其 斑叶栽培品种（ Cornus kousa 'Snowboy' 507-82-A ），最初由位于日本横滨的坂田苗圃公司选育。
图 3 在 树木 园中，珍稀濒危物种的保护是首要任务。例如，北美物种大叶金缕梅（ Hamamelis ovalis ）自 2004 年首次在密西西比州 发现 以来，便成为保护工作的重点
为支持植物 收藏 发展重点，本研究制定了六项具体目标，用以创建并优先考虑在未来十年内 收集 和 登录活 植物收藏清单（详见 需求清单 ）。这六项目标反映了系统发育知识、有机生物学、保护生物学、基因组学以及园艺领导力对于阿诺德植物园未来发展的重要性。
（ 1 ） 增强类群内的 “ 系统发育广度 ”
阿诺德树木园将引入新的分类群，显著扩展特定谱系（进化谱系）的系统发育多样性。系统发育信息的现代爆发为确保树木园获取新分类群提供了关键机遇，这些新分类群应尽可能代表属或科的多数主要亚谱系。通过总物种数量衡量，某些关键科和属在活体收藏中可能已得到良好代表，但实际上可能缺乏对系统发育和比较研究至关重要的典型物种。这一原则不仅最大化了在不同群体之间及内部进行比较进化基础研究的潜力，而且作为优先组装综合收藏的组织方案。
（ 2 ） 提升分类 学谱系 的 “ 生物多样性 ”
阿诺德树木园将引进新的分类群，这些分类群将显著扩展特定类群的生物多样性。其中包括具有显著不同物候特征、结构（习性、形态、解剖）或与适应环境相关的生理特征的关键分类群的增加，这些环境与类群中其他成员所适应的环境存在差异，例如在历史上仅由落叶分类群代表的常绿分类群（反之亦然）。对生物（及系统发育）广度的关注将显著提升与单一植物标本馆内比较研究相关的学术机会，并扩展公众对关键植物属和科的植物学和园艺多样性的理解。
（ 3 ） 构建保护生物学领域独特的身份标识
图 4 梓属（ Catalpa ）为 间断 分布属，其外观相似的物种分别生长于东亚和北美东部。中国 分布的 梓（ C. ovata ， 237-2002-B ， 上图 ）与北美 分布的黄金树 （ C. speciosa 1245-79-C ， 下图 ），后者为北美洲的物种。
鉴于地球生物多样性持续面临的威胁，为濒临灭绝的物种提供安全庇护所的重要性与日俱增。尽管种子库和其他遗传物质库能够保存受威胁和野外灭绝的物种，但只有这些物种的活体样本才能被研究以揭示其内在生物学特性。阿诺德树木园（ Arnold Arboretum ）在获取受威胁的温带木本植物、培育它们、制定关键的繁殖技术、向其他机构传播以及开展其基础生物学研究方面具有独特优势。除了生成关于生物多样性新知识的固有价值外，有效的生态恢复依赖于对受威胁物种的基础和应用生物学的深入理解。
（ 4 ） 构建木本植物基因组学的独特身份标识
几个世纪以来，与首次进行物种描述的特定生物体相关的类型标本（压干和干燥的植物部分）已被存放在世界各地的植物标本馆中。在基因组学新兴的时代，阿诺德树木园将成为首个正式管理已收集并发表详细基因组信息的多种物种的活体遗传物质的植物园（树木园显然将专注于温带木本植物）。目前，一些用于木本植物基因组分析的关键遗传物质已在野外丧失，仅存在于组织培养或短期苗圃操作中，这些地方无法进行生物学研究。为已测序和组装基因组的物种创建一个 “ 活体类型标本库 ” ，将确保所有未来对该物种生物学的研究都能接触到具有特定等位基因组合的原植物 / 遗传物质，这些等位基因组合已在发表的基因组中记录。
（ 5 ） 优先考虑获取地理分布不连续类群中的分类单元
在阿诺德树木园的活体植物收藏中，北美东部和东亚的植物区系长期以来得到了极好的代表。然而，为了最大限度地发挥活体植物收藏在生物地理学、生态生理学和系统发育学研究中的应用潜力，优先获取与北美东部木本植物类群相关的分布间断物种将成为一项重点任务。尽管这些分布间断分类群大多数源自亚洲，但来自欧洲和南半球的分布间断分类群（尽管数量较少）也将被积极寻求。
（6）重塑园艺领域的领导地位，通过引入弱耐寒物种
图 5 树木 园将引进并试验来自东亚的 弱 耐寒物种，如 交让木 （ Daphniphyllum macropodum ， 上 图；在费城的莫里斯 树木 园中可见其生长状况）以及原产于美国南部的美洲 木樨 （ Osmanthus americanus ， 下 图）。
自 1872 年成立以来，植物园便致力于栽培 “ 所有树木、灌木以及草本植物，无论是本地还是外来种类，只要能在露天环境中生长。 ” 秉承探索与实验的精神，植物园不断引进 弱 耐寒类群的遗传材料，即使面临重重困难，也要努力使其适应栽培。为了确保植物园在植物引入方面保持领先地位（特别是在快速变化的环境背景下），必须积极寻找、获取并测试尚未尝试的物种，以评估其在园地的生长潜力。重要的是，在识别新的 “ 边缘 ” 类群的同时，应结合针对性的野外采集，从该类群自然分布区域的特定部分获取遗传材料，这些区域更有可能使这些采集品最终在园地成功生长。鉴于未来一百年马萨诸塞州预测的气候变化情景，今天的 弱 耐寒类群未来可能在阿诺德植物园中具有良好的生长和繁荣潜力。
鉴于此，本研究制定了一份包含约 400 个独立分类群的清单，每项采集目标均根据上述指导原则归入一个或多个优先级类别或主题（表 1 ）。该目标清单的直接目标是获取每个分类群的一个新谱系。然而，从长远来看，大多数目标分类群将需要从其分布范围的不同部分进行多次采集，以确保广泛的遗传代表性。清单上的所有分类群均来自有记录的野生种群。这将导致多达 700 次独特的采集，并最终可能有约 2,500 个入账植物（假设所有新 引 耐寒性稍差的分类群能在园地上存活）。清单上的个体代表了植物园从未尝试种植的分类群，过去尝试过但值得进一步努力的分类群（特别是在气候变化和对植物园微气候更深入理解的背景下），以及已有代表但数量不足的分类群。还应指出，这份需求清单几乎完全反映了植物分类群。随着时间的推移，应关注品种收集的审慎审查和开发。重要的是，所列分类群代表了特定的优先事项，而不是对未来所有采集的有限范围。
3 新植物材料的获取 与合作机制
本计划旨在哈佛大学阿诺德树木园构建 卓越 植物 收藏 ，这需要我们严格遵守承诺，积极实施采集探险活动，与能够代表树木园进行采集工作的领域学者合作，并在必要时雇佣合同采集者。特别地，阿诺德树木园将利用与中国的深厚历史联系，以及与日本和韩国的长期关系，组织一系列采集探险活动，以获取新的物种并扩展对现有分类群的种群采样。相应地，阿诺德树木园在繁殖和园艺操作方面的领导层将负责将世界温带木本植物从繁殖 材料 培养成在园内长期生长的居民。目前，树木园汇集了一支可能是历史上最优秀的园艺领导团队，这为寻找目前尚未在树木园栽培的木本分类群提供了强大的动力。
图 6 迈克尔 · 多斯曼（阿诺德 树木 园）与安东尼 ·S· 艾略特（莫里斯 树木 园）与北京植物园专家合作，在 2010 年 9 月的北美 - 中国植物探索联盟考察活动中，于中国北京西部山区采集了白蜡树（ Fraxinus chinensis ）的种子
图 7 阿诺德树木园 植物记录 经理 凯尔 · 波特 （ Kyle Port ） 将永久性植物标签固定于 移栽土球 头部，以便进行春季种植。
为 阿诺德 树木 园活 植物收藏 及其园区获取数百种新 物种 的 核心使命 植根于 源远流长的协作 共享 传统 。这种 合作具有双重属性 ：首先需要与全球植物 园及愿意机构建立 联合科考机制，尤其在亚洲地区，跨国种质资源收集必须依托 真诚 的互惠合作，其成效直接关乎能否获得地方及国家层面的准入许可；其次，关键在于构建跨国协作网络 —— 例如通过北美中国植物探索联盟 （ NACPEC, the North America-China Plant Exploration Consortium ） 等专业组织体系，这不仅为珍稀植物材料的保育提供技术支持，更建立了向科研机构及公众开放共享的机制。鉴于许多 引进 物种在波士顿可能仅存有 弱 耐寒性，与美国同类型机构共享种质资源尤为重要，这将最大化实现迁地保护的生态效益。
表 1. 未来采集的高优先级目标包括 395 个独立分类单元，代表了 145 个不同属中的 385 个物种（详见需求清单）。每一个独立的目标都与收藏咨询委员会提出的一个或多个优先目标相关联。本表总结了这些核心主题以及其他基本统计数据。