在野外能看到各种漂亮的葡萄科果实,但我们一般都不敢吃

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“作为一个葡萄分类学者,我有一个梦想,把所有的葡萄科物种绘成一棵生命之树,把它们的位置标在这棵树上。”

鲁丽敏

中国科学院植物研究所副研究员

鲁丽敏:热闹的葡萄家族 来自格致论道讲坛 21:23

大家好,我是鲁丽敏,来自中国科学院植物研究所,主要从事葡萄科植物的分类学研究。每次提到我的专业,大家问的第一个问题就是:什么品种的葡萄好吃?什么葡萄酿的酒好喝?


据统计,现在全世界已经有超过8000种葡萄品种,其中有将近2000种是作为水果直接食用的,有超过6000种是用于酿酒的。


不同用途的葡萄品种


虽然我不知道哪种品种的葡萄最好吃,但是酿酒的葡萄一般都不好吃。这种葡萄一般皮比较厚、籽大、果肉少、味道酸涩,葡萄酒里面很多的风味都来自葡萄的果皮。图片下面这排葡萄虽然看起来也很可口,但是我不推荐大家吃。


葡萄科大家族


虽然葡萄品种众多,但绝大多数都可以归入一个物种,就是原产欧洲、中亚的葡萄——Vitis vinifera


我主要研究葡萄科的野生物种。葡萄科是一个大家族,包括约1000个成员。葡萄科又分为16个属,就像是16个小家庭。葡萄就是葡萄属这个小家庭的75个成员之一,它是葡萄科大家族1000个成员里的千分之一。



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葡萄科大家族


我今天要跟大家介绍的故事就是葡萄科大家族的故事。


葡萄科植物的分布范围和特征

葡萄科是一群什么样的植物?绝大多数的葡萄科植物都有卷须,我们可以根据它的卷须和叶子对生的特征进行鉴定。


大多数葡萄科植物都生长在热带和亚热带,地图上的红色部分就是葡萄科的分布范围,这些地区很多都有我们的足迹。


我的工作首先是要把这些野生的葡萄从世界各地采集回来,然后对它们进行研究。


有些朋友可能会有疑问,葡萄科的果实能不能吃?好不好吃?怎么吃?


葡萄属 Vitis


总的来说,葡萄属的70多个物种都是可以吃的,但是好吃与否因人而异。我的一个朋友尝了一个野生的山葡萄,就觉得极其难吃。


乌蔹莓属 Causonis


但是,葡萄科其他属的果实,味道就很不一定了。在云南有一些当地人会吃乌蔹莓属植物的果实,我的一个朋友说这种果实吃起来是酸甜口味,但是不能吃多,吃多了会拉肚子。


葡萄瓮属 Cyphostemma


非洲没有原产的葡萄属的物种,所以当地人也会吃葡萄科葡萄瓮属这种毛毛的果实,好像吃了也没有什么问题。


大麻藤属 Cayratia

图中这个大麻藤属的粉色小果非常好看,能让人流一地口水。我当时第一眼看到也特别馋,想要剥一个尝一尝。结果才剥了一半,手就肿了。


后来和导师提起这件事情,她说“啊,印象太深刻了!”当时她也没忍住尝了一口,舌头大半天都没转过弯来。


我们在野外能拍到葡萄科各种漂亮的果实,但是我们一般都不吃。不吃并不是因为怕死,主要是吃多了拉肚子怕找不到厕所。最重要的是,如果一旦吃死了,会打乱我们的采集计划。


葡萄科各种漂亮的果实


图中的这些果实,人类大多会觉得极其难吃,但是对于鸟类来说则是美味佳肴。


鸟类有一个特点,它的视力特别好,但是味觉特别差。葡萄科这类鲜艳漂亮的果实,似乎是专门为鸟类这种视觉犀利、味觉迟钝的动物量身定制的。鸟类吃了果实后,就会帮助葡萄科传播种子。


我们可能不知道,还有一些常见的物种也是属于葡萄科的,例如爬山虎。在路边、公园、荒山上,它们都随处可见。


秋天变红的爬山虎


爬山虎在秋天时叶子会变红,远远看去非常漂亮,也是著名的红叶植物,所以它还有一个名字叫地锦


如果你仔细观察它,会发现它的卷须顶端生有吸盘。可不要小看这种吸盘,科学研究发现,每一个吸盘的附着力可以达到10牛顿,相当于两瓶500毫升矿泉水的重量。


爬山虎卷须顶端的吸盘


正是得益于这样强大的吸盘,一株拇指粗细的爬山虎就可以爬满几百平方米的墙面。爬山虎在冬季也是鸟儿们重要的食物来源,我们经常能拍到各种鸟儿争抢爬山虎的果实。




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“食人花”的低调寄主:崖爬藤属


大王花


这种花儿是大花草科的大王花,它是世界上最大的花,直径最大可超过一米,曾经一度被误传为是食人花。虽然它不是葡萄科的,但是它的生存却离不开葡萄科崖爬藤属植物。


崖爬藤属植物

 

崖爬藤属植物长相非常普通,但大花草科植物却严格寄生在这个属的植物上面。


大花草只能长出一朵花,没有根茎叶,也不进行光合作用,吃喝拉撒全部依赖崖爬藤属植物。它们两个之间的关系,就像歌里唱的“一个貌美如花,一个赚钱养家”。


寄生花(左)与扁担藤(右)

 

大花草科大概有40多种植物,我国只有一种,叫寄生花。它寄生在扁担藤和一些其他物种的根上。


我们曾经以为它消失了,但前几年又在云南重新发现了


最近也有科学家用全基因组测序的方法研究寄生花,发现寄生花确实很懒,它丢掉了将近一半的基因。这些基因是用来干嘛的呢?主要控制光合作用和根叶的发育。这个花儿还借来了寄主的好多基因来行使防御和应激过程。


但是这么漂亮的“小仙女”,怎么就看上了其貌不扬的崖爬藤?崖爬藤难道仅仅因为它长的好看,就心甘情愿地养着它们?


我们还不太清楚它们之间的共生机制,这有待科学家进一步研究。



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奇异的外星植物:葡萄瓮


讲到这儿,大家可能对葡萄科有个基本的印象:葡萄科都是藤本植物,可以爬得很高。但接下来这位可能会颠覆大家的印象。


在全世界的石灰岩山地,虽然雨量不一定少,但是存水能力特别差。在非洲的石灰岩山地,各种各样的植物就进化出了各自的抗旱能力,葡萄科也不例外。


像水瓮一样的的葡萄瓮


我在马达加斯加第一次看到图中这样的植物。它下面有水瓮一样的树干,上面还伸出像八爪鱼一样的触须。我当时以为是什么外星物种,后来向导告诉我这种植物是葡萄科葡萄瓮属的。


葡萄瓮属植物的枝叶和花


我就激动地去找它的叶子。虽然当时是旱季,叶子很少,但还是找到一个小枝条。我们发现它的卷须和叶子是对生的,又看到哑铃型的花,说明它确实是葡萄科葡萄瓮属的。后来,向导也因为优异的表现被我们忽悠来植物所读博士了。


葡萄瓮属的好多物种除了能生成水瓮一样的茎,它的叶片还会肉质化,也是我们多肉爱好者很喜爱的一类多肉植物。


当地人房前屋后种的多肉植物


当地人也特别喜欢它,他们会把这种植物从野外挖回来种到房前屋后。一方面可以装饰自己的庭院,也说不定哪一天就把它们卖了。正是因为这样的滥采滥挖,我们在野外已经很难看到葡萄瓮属很多物种的野生植株了。



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艰辛的采集之路


大家可能觉得我的工作很有趣,可以到处旅游见识很多新鲜玩意儿。其实,我们的工作也挺艰苦。


野外常见的动物


大家看到这些图片可能有点恶心,但这就是我们日常打交道的一些小动物。我们对上方的蛇和蚂蟥又爱又怕。这两种东西的出现,经常代表生境是比较原始的,可能采到一些很好的东西。


为了防蛇和蚂蟥,我曾经也打过绑腿还定制过用那种大布做的蚂蟥袜,但在蚂蟥多的地方这些做法也不太管用。蚂蟥多的时候,路上、叶片上全都是它们摇晃的小身姿,它们会随时“piu”一下弹到你身上吸你的血。


即使你打着绑腿,它们还能从脖子或者脑袋上吸你的血。虽然最开始感觉比较恐怖,但是咬得多了也就不怕了。我现在不打绑腿也不穿蚂蟥袜,把裤腿往袜子里一塞就钻进林子了。


采葡萄还会经常遇到蚂蚁,全世界的蚂蚁都很爱葡萄科植物,可能是为了吸食它们的花蜜。我在印尼被红蚂蚁咬过,在澳大利亚被绿蚂蚁咬过,蚂蚁真是无孔不入,防不胜防。


右下图的这个东西叫,它虽然小,但是危害很大。


有一年我在南美洲出差,当时脚受伤了,没法穿袜子,脚面就暴露在外面。突然感觉特别疼,我以为是被蜜蜂蛰了。但是脚上有十几个出血点,结痂之后特别痒。在很多年里,我都不知道是被什么咬了。


直到有一天,从缅甸回来的同事跟我们分享他们在缅甸被咬的类似经历,我才知道当年可能也是被蚋咬了。但是,现在我们也还没有什么有效的措施来对付它们。


我们在野外采葡萄,另外一个经常面临的问题是够不着。即使我们带了摘果子的高枝剪,有时候也还是够不着。


采葡萄的“十八般武艺”


如果在路边,我们会招呼司机师傅把车开到藤子下面,再把它摘下来或者拍照,有时候我们甚至还得叠罗汉。


我们在国内采集通常是能带高枝剪的。但是如果出国,托运会特别不方便。我们带过几次都被扣下了,所以后面我们就不带了。


不带高枝剪怎么采葡萄呢?我们会就地取材,开动脑筋,找一些树枝、石头,然后用绳子绑上石头往上投,甚至有时候会爬树,这些方法都用过。


可能有些朋友会疑问,你们是不是傻?为什么要吊死在一棵藤上面?这个够不着就去找够得着的呀?这是因为不同地方的葡萄经常是不同的物种,如果这个不采,可能到下一个点就采不到了。


石灰岩山地


图中的这种石灰岩山地,看起来特别美好,但其实暗藏杀机。这种山地对鞋的要求特别高,如果穿普通的鞋,鞋底可能很快会被磨穿。如果在上面摔倒也特别危险,我曾经整条腿都掉到了一个暗洞里,摔出的瘀青过了一个月才消。


我们大概是旅店最不欢迎的客人,有一年圣诞前夕,我们到了一个很干净整洁的小店。一进门,我们就把行李、箱子、标本夹和标本全部摆满了客厅,旅店的圣诞树都被挤到一个角落里面。



其实我们进去之前都会好好收拾一番,比如说理理发型把身上的土拍一拍鞋上的泥跺一跺但进门还是会带进好多泥,甚至一些不友好的小动物。在我们进来的过程中有个当地小孩瞪大了眼睛全程看着我们看得我们不好意思


另外,如果有幸能找到一个住的地方,吃完饭我们很快就开始压标本了。


白天采得越开心、采得越多,晚上就睡得越晚。那么,我们是如何压标本呢?一个人负责整理采回来的植物,把它压好;另一个人鉴定物种并记录采集信息;还有一个人把叶片取下来做分子材料,用硅胶干燥。


每次刚开始压标本,我们总是有说有笑,特别开心。但一过12点,就有人开始打盹了。有时候喊着喊着,那边就没有回音了,有的同事拿着笔就睡着了。


我就有过一次很尴尬的经历。我当学生的时候,跟标本馆的老师一起出野外。有一天采了特别多葡萄,本来晚上我应该是压标本的主力,但是1点多我实在太困了,就兀自回去睡觉了,心里想着我睡5分钟就回来,结果一觉睡到第二天早上。


第二天我捂着脸下来吃饭,老师还是逮着我训了一顿:“好家伙,让我们3位老同志压到3点多。”


用烘机烘干标本


压完标本可以睡觉吗?还不行。标本压好了还需要用瓦楞纸把它夹起来烘干,我们通常会带着图中这样的烘机,把标本蒙起来。有时候也会把野外的湿袜子、湿衣服一起烘一下。


但是有的地方特别艰苦,连电都没有,那就惨了。


没电时用火烤干标本


比如说这是我们标本馆老师最艰苦的一次,没有之一。连着20天没有电,每天还要被蚋咬,晚上回来以后,借着火光先把标本压好,再一份一份地用火把标本烤干。手上被蚋咬的地方烤火后就开始痒,所以他们都是一边抓痒一边烤标本,直到深夜。


历尽千辛万苦采集制作的标本样品,是做什么用的呢?我们远远不是把它们放在标本馆展览那么简单,我们要用电子显微镜观察它们的形态变异,然后对分子材料进行DNA测序。通过比对它们的DNA序列,判断它们之间的亲缘关系。


比对DNA序列判断亲缘关系


比如之前讲到的这些属,它们下面有很多物种。一般来讲,同属的物种的分子结果都要聚在一起。如果有一些物种跑了出去,形态又特别独特,通常我们会分出一些新类群。近几年,葡萄科已经分出了四个新属。


解决好它们的亲缘关系以后要做什么呢?我们会用化石的信息和当前的分布信息来重建它们的演化和迁徙历史。


重建演化和迁徙历史


比如说一个类群,它是始新世在东亚起源,它在什么时间到了印度?又在什么时间通过什么样的方式到了澳大利亚?诸如此类。


如果运气好,还能在野外发现一些新类群。2014年,我们跟德宏州林草局的一些老师合作科考,我当时随手抓了一把藤子,以为是崖爬藤属的。但是回来我们一做实验,分子结果支持它跟葡萄瓮属聚在一起。而葡萄瓮属植物大多数分布在非洲,在我们中国从来没有记录。


发现葡萄瓮属在中国新记录(云南德宏)

 

我们当时很激动,认为这是一个大发现。但是我们即使知道了这个发现,也不能轻易发表结果。还需要有很扎实的形态研究,掌握它的分布范围更多的信息来支持。


当时林业局的老师们定期去巡山,跟我们打电话通报:“小鲁老师,葡萄瓮开花了。”我们就飞过去拍照、取样。这样飞了五次以后,终于集全了它的花果信息,还发现4个自然的居群。


2017年我们把这个结果发表出来,特别感谢林草局那些老师的帮助。如果没有他们,我们可能需要更久的时间。



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研究葡萄科的意义


可能有些朋友会问,你们的工作太基础了,有什么应用价值吗?我认为是可以有的。


我举两个简单的例子。一个例子是康科德葡萄,这是美国一种重要的酿酒品种,是150多年前的一位庄主用欧洲的经济葡萄跟美国的当地葡萄杂交育种来的。


康科德葡萄的起源


由于时间久远,它的父母本信息已经无从考证。我们导师有所有葡萄属的物种信息,在公司的委托下用分子溯源的方法找到了它的父母本,并且还原了当时的杂交过程。


做这个有什么用呢?公司可以根据它的父母本的优缺点,对这个品种进一步改良。


另一个例子发生在我身边。这几年我国的葡萄产业突飞猛进,现在葡萄种植面积已达到全世界第一,但主要是以鲜食品种为主。我们还是四大葡萄酒进口国之一,每年需要花费很多钱向一些国家进口葡萄酒。这是为什么呢?


除了历史文化的因素,另一个原因在于我国的气侯其实不太适合种葡萄。南方雨水多,葡萄容易生病;北方太冷,葡萄过不了冬,这怎么办呢?


在北方种葡萄,每年在冬天到来之前,就要把那些葡萄藤埋到土里面,到春天的时候再把它们挖出来。这样种葡萄很艰苦,会耗费很多人力物力,品质还不好。


玫瑰香与山葡萄杂交,培育高抗葡萄新品种


我们植物所有一个专门研究葡萄品种的团队,他们利用优质的玫瑰香和抗冻能力特别强的山葡萄,杂交培育出来了特别抗冻的新品种。



这是一个实验基地,正下着大雪。里面的葡萄不需要埋土也能过冬了,大大减少了人力物力的耗费,葡萄的品质也特别好,屡次获奖。


我国其实有很重要的葡萄种质资源,目前有将近40种葡萄属的物种,有150多个葡萄科的物种。这些物种都有可能用来杂交或做砧木,改善我们现有葡萄的品质。如果能保存好、利用好这些资源,我们国家的葡萄和葡萄酒产业未来将是不可限量的。


可能有些朋友对科学家有刻板印象,认为科学家就是一些埋头苦干的书呆子。其实我们也有自己的诗和远方。我们的祖师爷达尔文就是一位非常浪漫的人,他在《物种起源》里面给我们描绘了一副美丽的蓝图。他认为所有的物种都有一个共同的祖先,它们之间的关系可以比喻成一棵生命之树,所有的物种都能在这棵树上找到它们的位置。



作为一名葡萄分类学者,我也有个梦想,想把所有的葡萄科物种绘成一棵生命之树,把它们的位置标在这棵树上。



这就像一个拼图游戏,我们整个葡萄团队用了大概20多年的时间,只拼出了树干和500多个物种,那剩下的一半物种在哪里?它们在树上是什么位置?它们是怎么演化?如何迁徙的?我想这些是我以后要努力解决的问题。



最后感谢我的两位导师,感谢我们葡萄研究团队,还要感谢很多朋友的帮助,谢谢大家。

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