眼下虽已步入冬季，在天坛公园里的大片林木下，山麦冬依然迎着寒风旺盛生长，叶片不黄不枯，像是为大地铺上了一层四季常绿的地毯。
在普通人眼中，以山麦冬、苔草、委陵菜等为代表的乡土地被植物常被视为“野草”，它们都是北京市民的“老街坊”，在京华大地土生土长。随着北京在园林绿化领域推开“地被变革”，它们逐渐替代了曾经的冷季型草坪，让园林一年四季绿意葱茏，扬尘变少了，栖息的生物多了，景观效果和生态效应得以双提升。
不过，我们对这些“老街坊”的秘密却知之甚少。它们为何耐寒、久绿？怎样更好地培育种植？为了回答这些问题，北京农学院院长段留生成立了全国首个地被植物研究团队，向科研的空白领域进军。短短4年时间，这支年轻的科研团队就取得了丰硕成果：对山麦冬的耐寒、耐荫基因挖掘取得重要进展；解析苔草抗旱节水的分子机制；研发的生物调节剂像“护肤品”一样喷洒在叶面，就能增强植株的抗低温能力、延长持绿期……未来，在北京的街巷中、公园里，更优质、更美观的乡土地被植物将更多出现，实现“增彩延绿”。
段留生（右）与团队成员查看山麦冬植株生长情况本报记者王海欣摄
重新认识“野草”
2019年的冬天，刚刚完成工作调动，从中国农业大学来到北京农学院任职的段留生常在学校食堂门口徘徊，他关注到了食堂门前花坛里一种并不起眼的绿化植物——山麦冬。
冬季的北京寒风呼啸，气温最低可达零下十几摄氏度，校园里的工人在扫雪铲冰后，常把冰雪堆到花坛里等待其融化，这片山麦冬的头上就常常顶着厚厚的雪。而在一片严寒萧瑟中，花坛里总会显出一丛绿色，这正是山麦冬的特性——持绿越冬。
在山间、街边随处可见的山麦冬，人们却很少关注，学术界对它的研究也是少之又少。段留生发现了这个科研的真空地带。
“城市绿化在很大程度上是人为的选择，不仅要考虑自然因素，还取决于社会经济因素。”20多年前，国内城市地面绿化主要依靠引进冷季型草坪，从草种到养护机械，几乎全靠进口。那时，段留生还在北京林业大学做博士后，虽然主要研究的是玉米、棉花等大田作物，但是生活在北京，园林绿化领域的热点问题，也不可避免地成为他与合作导师、中国工程院院士尹伟伦经常探讨的话题。
围绕粮食作物的研究，需要追求高产、优质、高效。而在段留生看来，生产价值只是农业的维度之一，特别是在都市农业领域，生态价值、生活价值和文旅价值等也同样重要。他举例说，在农产品采摘园的建设中，果树株型和高度就有讲究，要尽量保证前来采摘的市民“触手可及”，“至于一亩地能产多少果，反倒不是最重要的事。”
园林绿化则更为特殊，在城市中，大量绿化用地都是钢筋水泥丛林中留下的边角地，匮乏的土壤对植物生长是不小的挑战。要让城市里原本长不了植物的地方绿起来，让已经绿起来的地方更宜人，同时还要降低养护成本。段留生认为，这应当是园林绿化科研的目标。
冷季型草坪最适宜的生长温度是15至20摄氏度，若是在北京种植，每次越冬都会死去约三分之一。同时，这种草坪夏季每一两天就要浇一次水，一亩地大约需要60至100吨水，且每隔一两周还要修剪一次，资源成本和人力成本消耗都极高。在国外考察学习时，段留生发现，欧洲中部国家的气候适宜冷季型草坪的生长，但到了美国北部，冬天的草坪也同样看不到绿色。
北京年均降水量仅600毫米左右，且季节分配不均，全年降水的80%集中在6至8月，这样的气候条件也决定了，对节水、抗旱、易养护地被植物的研究迫在眉睫。而乡土地被植物在长久的进化过程中，已经适应了本地的气候条件，并且繁衍出了种类繁多、变异丰富、抗逆性强的分支。
北京农学院校园里就种着不少本土“特产”。在树下、屋后等背阴处，大多数观赏类植物都很难生存，山麦冬却能茁壮成长，即使在零下10摄氏度的寒冬，依然能绿得鲜亮。苔草耐寒性比山麦冬稍差，冬季叶尖可能出现枯黄，但其全年养护成本仅有每平方米2至3元，比冷季型草坪节水68%至91%。
“那为什么不用我们本土的绿化植物来装点北京的冬天呢？”段留生决定，集中力量研究北京的乡土地被植物。此前，在全国范围内，都没有科研团队专注于这一领域的研究。
从零开始，困难显而易见。2019年团队组建时，不少成员甚至都未曾听过山麦冬这种植物，那时，他们在玉米、马铃薯、月季等作物的科研领域各有建树。当段留生提出开展本土地被植物研究的想法时，他们纷纷决定“转型”，从头开始认识山麦冬、苔草、委陵菜这些在北京的土地上世代繁衍的“野草”。
“说实话，刚开始做项目的时候，我还分不清山麦冬和苔草，它们长得真的很像。”讲起这段经历，团队成员、北京农学院园艺系讲师高月荣忍俊不禁。虽然这些“野草”就生长在身边，但它们“野火烧不尽，春风吹又生”的顽强生命力背后的秘密，却从未被揭示。科研团队梳理了华北地区常见的乡土地被植物，期待通过生物学的研究方法，从分子层面解析它们耐旱、抗寒的机理，并选育出更为优质的种质资源，解决北京绿化与冬寒、缺水之间的矛盾。
处于盛花期的山麦冬
找到抗冻秘诀
耐寒、耐热、耐旱、耐荫、耐盐碱、耐贫瘠……在诸多“野草”中，四季常绿的山麦冬集诸多抗逆性于一身，在北京仅依靠自然降水就能生长，只需一个生长季就能较好地覆盖地面，无需施肥、打药、修剪，在遮光度达80%的林下空间也能正常生长，是优秀的地被植物。因此，它成了团队重点研究对象。
团队成员、北京农学院园艺系讲师彭真承担起山麦冬育种研究和基因组解析等工作，但巧妇难为无米之炊，摆在他面前的第一道难关，便是研究材料的缺乏。
课题组所有师生都被发动起来，一有闲暇，他们就钻进京郊山林野地，寻找和采集野生的山麦冬植株。到自己的家乡寻找野生山麦冬，也成了学生们的假期作业。“山麦冬在野外很显眼，特别是到了冬天，在山里顺着绿色找，准没错！”很快，彭真就和这种“小草”成了老朋友，并和其他教师一起，指导学生大范围收集野生山麦冬的种质资源。
不过，第一批被带回实验室的野生山麦冬，并没能如大家所愿地茁壮成长。它需要怎样的光照条件、温湿度环境，多久要浇一次水，该为它提供何种营养物质……在养育它们时，这些问题屡屡让彭真受挫。“我们的实验楼下就种着山麦冬，在校园里它长得特别好，但在实验室里就是种不好，这让我们很受打击。”
把育苗室的灯关掉一半，减弱光照，温度也降至18摄氏度左右——随着经验的积累，答案慢慢浮出水面。但挑战远不止这些，在野外，山麦冬几乎不会遭遇虫害；然而，在实验室的封闭环境下，一只虫子就能繁殖出一个种群。而在前期经验不足时，团队没有将野生材料与其他实验的植物隔离开来，害虫蓟马啃食叶片造成了病虫害。“总是要从试错开始的。”彭真感慨。
现在，在段留生团队的实验室里，一盆盆不同品种的山麦冬摆得满满当当。种质资源库的建立，是研究作物起源、进化，培育作物新品种等工作的基础，经过反复比对、筛选，已有120余份山麦冬种质资源完成了“入库”。虽然同归于山麦冬属，但不同品种的山麦冬植株，个头高矮、叶片宽窄、花朵颜色等都有着明显的差异，有些品种的叶子还镶着“金边”，抗逆性也不尽相同。
要找到山麦冬的抗冻秘诀，需要先施展一些“非常手段”。彭真曾把一种耐寒性极好的山麦冬品种，在零下25摄氏度的环境内足足放置了24小时。“它的叶片几乎全部冻伤了，温度迅速降低的严苛条件，在自然环境其实并不多见。”彭真说，通常环境温度是逐渐降低的，植株会有一个驯化、适应的过程。当时，团队成员都认为这株山麦冬很难再活过来了，没想到在培养室中放置了一段时间，嫩芽又破土而出——它还活着！
“这就是很优质的种质资源，围绕它，我们就可以开展山麦冬抗寒机制和品种优化研究。”利用这批样本，段留生团队针对山麦冬的抗寒性展开了深入探索。不过，在植物生长过程中，体内的代谢产物繁多，经过代谢组学解析和筛选，与抗寒性可能相关的代谢产物数量高达400余种。接下来便是苦功夫，他们先培育健康且一致性强的山麦冬植株，再用某一种代谢产物进行外部处理，逐一尝试。试错的过程持续了近两年，反反复复的实验成了常态，“不到百里挑一的概率，找错了也很正常。”
功夫不负有心人，几条主要的代谢路径逐渐明晰：类黄酮和海藻糖的代谢以及脱落酸、一氧化氮的信号转导，对植株的耐寒性有重要作用。实验显示，当植株中海藻糖含量增加，抗寒性会相应增强；用适合浓度的海藻糖处理，在实验室零下10摄氏度骤冷的环境下，植株叶片的损伤率不到50%。
生物的外在性状，归根结底是基因的作用。利用收集的种质资源，段留生团队完成了对山麦冬基因组的测序、组装和解析，以测序结果为基础，各种功能基因的挖掘难度便大大降低。“比如某个品种特别抗寒，我们就去和参考基因组作比对，寻找到底是哪个基因发生了突变。”段留生说，很多山麦冬品种的观赏性很好，但抗逆性稍差，影响了后续的应用推广。
目前，团队在山麦冬抗逆基因发掘方面已经取得了重要成果，筛选出了耐寒、耐荫的候选功能基因，其作用机制解析工作正在深入进行。这一发现不仅能实现山麦冬品种的改良，还有助于提升其他地被植物的抗逆性，北京的冬天将有望绿得更加多彩。
现在，彭真已经彻底爱上了这种不起眼的“野草”，他把自己的微信头像换成了一片盛开的山麦冬，逢人便骄傲地介绍：山麦冬能用绿色装点肃杀的冬天，也能在夏天开出紫色的花海，“四季皆有景，季季景不同”。
研发植物“护肤品”
虽然山麦冬在北京的种植范围越来越广，但品种较为单一，可选择的花色、株型也不多，彩叶品种则普遍耐寒性稍差。利用基因编辑技术和育种手段，段留生团队正在持续研发具备更多优势性状的山麦冬新品种。能耐受零下15至20摄氏度低温的山麦冬种质“1032”、耐荫性和开花性能优良的阔叶山麦冬新种质“1072”等，已经陆续问世。
现在，山麦冬“1072”正处于示范种植阶段。后续，要让植株实现快速繁育、扩大种植面积，通过植物组织培养获得大量种苗，是最快捷的手段。
在段留生团队的实验室里，抗性优异的山麦冬品种可以通过这种方式实现快繁。不过，要让幼嫩的愈伤组织健康生长，培养基的选择很关键。别看种在田里的山麦冬特别皮实，要让这种多年生的草本植物退回到可以分化的愈伤组织阶段，组培难度很高，条件也更苛刻。“不同的植物培养基不是通用的，甚至同种植物的愈伤组织在不同生长阶段，所需的培养基也有差异。”为了找到山麦冬的“专属营养品”，高月荣颇费了一番功夫。参考同类植物的培养基配方，她先后尝试了13种培养基，但只有2种效果尚可，其余组别的实验均以失败告终。
通常来说，植物组培会选择容易获取的根茎、叶片等组织作为诱导材料，但这些都不是山麦冬最好的组培材料，就连直接用种子进行诱导，效果也不理想。“常见的选项基本都排除了，我偶然想到，能不能用嫩种子胚试试看，这个思路很少有人用到。”这个想法给高月荣的实验带来了转机，“虽然种子里面幼嫩，但外壳还是很硬的，必须小心地在无菌条件下将它切开，挑出比芝麻粒还小的胚。自从换了培养材料，它们一下就‘爆发’了，长得飞快。这个培养基也确实是最合适的选择，从诱导到出芽、生根，不用换配方，它就全包了。”
现在，高月荣正面临着“甜蜜的烦恼”。“一小瓶就能出几百个芽，把它们切出来做培养，几天之后基部就又发芽了。为了让它们长得慢一些，我得把它们挤在一起，以控制营养，还要给培养室降温。”她笑着说，“现在，我对新品种的产业化很有信心！”
在园林中，要保持绿化植物的良好生长状态，需要投入大量的人工成本进行修剪、养护，这是经济代价。但段留生更看重的是生态代价，园林绿化需要消耗灌溉用水，植物剪枝、落叶形成的废弃物则成了园林垃圾。虽然北京已经在推动用乡土地被植物替换冷季型草坪，但现存的草坪仍需养护。如果能对其生长状态进行调控，让草坪生长更慢、绿得更久，就能有效降低成本。
能控制长势的草坪化学修剪产品，与同类产品相比控旺效果可达4至5倍，从而降低人工修剪的频次；园艺植物促分蘖分枝产品则对山麦冬、委陵菜等地被植物效果颇佳，能促进其快速生长成坪；抗低温产品则能为植物“敷面膜”，减少叶片的水分蒸腾，让绿色保持得更持久……让植物增彩延绿的“护肤品”，不断从段留生的实验室里走出。
其中，让草坪草抗冻的生物调节剂——冠菌素已在全球范围内首次实现了产业化，它的研发过程也充满了坎坷。“我们差点就把有效成分给放跑了。”团队成员、北京农学院讲师于春欣说，由于第一次实验时，冠菌素的浓度区间设定不恰当，导致实验效果很不理想。“但从理论上分析，它大概率是有效的，我们就扩大了浓度筛选的范围，多次尝试，这才成功。”
“做科研，就是要创新，要做别人没有做过的事，给出解决问题的新路径。”推开地被植物研究领域的大门还不到4年，段留生就已经带领团队实现了一个又一个突破。挖掘山麦冬关键耐寒基因并培育优异新品系、解析苔草的抗旱分子机制、研制地被植物功能基质和绿色养护产品……段留生团队不断为北京市民带来对这些“老街坊”的新认识，“以前我们也在种这些乡土植物，却不知道为什么可以种、怎样种更好。随着对机理研究的深入，这些‘野草’也能通过新品种选育，变得更强壮、更美观，更好地装点北京。”
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