Botanikos sode saugomi ir eksponuojami retieji Lietuvos augalai. Tai nykstančios rūšys, kurios, dėl pasikeitusių aplinkos sąlygų nespėja prisitaikyti. Tokius staigius aplinkos pokyčius didžiąja dalimi lemia žmogaus ūkinė veikla. Anksčiau buvo sausintos pelkės, darbar mažėja ganomų pievų, trūksta brandžių miškų, daug vandens telkinių yra užteršta, retuosius nukonkuruoja invazinės rūšys. Apsauga ne retųjų augalų buveinėje, o kitur, sukuriant jiems palankias augimo sąlygas, priimta vadinti ex-situ. Ši apsauga prasminga, nes jei visiškai išnyktų rūšys natūraliose jų augimvietės, pašalinus juos naikinusį veiksnį galima juos atsodinti iš ex-situ kolekcijų. Be to, ši kolekcija  derinant ją su edukacine veikla, puikiai tinka visuomenės aplinkosauginiam sąmoningumui ugdyti.

Lietuvos raudonosios knygos rūšys skirstomos į 5 kategorijas:

0 (Ex) – išnykusios ar galbūt išnykusios rūšys;
1 (E) – išnykstančios rūšys, kurios yra ties išnykimo riba ir kurias galima išsaugoti tik naudojant specialias apsaugos priemones;
2 (V) – pažeidžiamos rūšys, kurių populiacijų skaičius ir individų gausumas populiacijose sparčiai mažėja;
3 (R) – retos rūšys, kurių populiacijų mažai dėl jų biologinių ypatybių;
4 (I) – neapibrėžto statuso rūšys, kurių dėl duomenų stokos negalima įrašyti į kitas kategorija;
5 (Rs) – išsaugotos rūšys. Kurių, anksčiau įrašytų į Raudonąją knygą, gausumas jau atkurtas.

 Primula farinosa
Primula farinosa
 Betula nana
Betula nana
Raktažolė pelenėlė  Beržas keružis 

Plačiau apie kai kuriuos, Botanikos sode auginamus Lietuvos raudonosios knygos augalus:

1. Raktažolė pelenėlė (Primula farinosa L.) 2 (V) – daugiametis, 10-20 cm aukščio, trumpu šakniastiebiu, dekoratyvus žolinis augalas. Žydi gegužės-birželio mėn. Šviesiai rausvais žiedais. Dauginasis sėklomis, jas išplatina skurdėlės. Auga šlapiose ir drėgnose pievose, pamiškėse, karbonatingame dirvožemyje. Įrašyta į Lietuvos raudonąją knygą, pažeidžiama rūšis. Nyksta dėl pievų sausinimo ir arimo, pievoms užaugus mišku, perkeliant augalus į darželius. Jų augimvietėse būtinas intensyvus šienavimas, vandens režimo palaikymas. Raktažolė pelenėlė saugoma ex situ pelkių augalų bendrijoje.

2. Dirvinė mažuolė (Aphanes avensis L.) O (Ex), dirvinė nariuotė (Polycneum arvense L.) O (Ex) ir dirvinė šerardija (Sherardia arvensis L.) 3 (R) – vienmečiai, 5-20 cm aukščio, smulkūs žoliniai augalai. Tai pasėlių piktžolės, auga derlinguose lengvuose dirvožemiuose. Dauginasi sėklomis. Šie augalai yra įrašyti į Lietuvos raudonąją knygą. Dirvinės nariuotės ir dirvinės mažuolės populiacijų gausumas yra nežinomas, nes tai išnykusios arba tikėtinai išnykusios rūšys. Nyksta dėl intensyvios žemdirbystės, šlapių žemių melioracijos, didelio kiekio herbicidų ir trąšų naudojimo. Dirvinė šerardija – reta rūšis Lietuvoje, turi būti saugoma, kad neišnyktų. Dirvinė mažuolė, dirvinė nariuotė ir dirvinė šerardija saugomos ex situ piktžolių skyrelyje.

3. Beržas keružis (Betula nana L.) 1 (E) – labai retas augalas, kaip ledynmečio, subarkties klimato floros išlikęs reliktas. Tai 0,2-1,2 m aukščio krūmas, kylančiomis šakomis, tamsiai ruda žieve. Mėgsta ruūgščius nederlingus durpių dirvožemius, auga lėtai, žydi pavasarį, skleidžiantis lapams. Aptinkamas aukštapelkių plynraiščiuose ir raistuose. Tai nykstatntis augalas, įrašytas į Lietuvos raudonąją knygą. Nyksta pakeitus ekologines sąlygas, sunaikinus augavietes, ypač dėl pelkių sausinimo, durpių kasimo. Beržas keružis saugomas ex situ riedulyno skyriuje.

Laserpitium latifolium
Laserpitium latifolium
Melsvasis gencijonas BS
Melsvasis gencijonas BS
Plačialapis begalis Melsvasis gencijonas

4. Plačialapis begalis (Laserpitium latifolium L.) 5 (Rs) – daugiametis 60-150 cm aukščio žolinis augalas. Žydi liepos mėn. Dideliais baltais žiedais – skėčiais ! žiedai savidulkiai arba juos apdulkina vabzdžiai. Dauginasis sėklomis arba vegetatyviniu būdu. Dažniausiai auga šviesiuose lapuočių miškuose, pamiškėse, miškinguose šlaituose, mažose lapuočių giraitėse ir aikštelėse. Tai vaistinis augalas. Vaistinei žaliavai vartojamos šaknys, kurios kasamos rudenį arba pavasarį. Šaknyse yra eterinio aliejaus, labai kartaus lazerpitino, kumarino junginių, dervų, mineralinių ir kitų medžiagų. Augalas yra nuodingas. Nors jo populiacija ir atkurta, tačiau jis įrašytas į Lietuvos raudonąją knygą. Plačialapiai begaliai nyksta dėl plynųjų miškų kirtimų, augalų rinkimo, krūmų sutankėjimo, arimo. Augalas yra saugomas ex situ vaistinių augalų skyrelyje.

5. Pelkinis ratenas (Succisella inflexa (Kluk) Beck) 1 (E) – daugiametis, apie 0,5 m aukščio žolinis augalas. Žydi liepos-rugsėjo mėn. Šviesiai violetiniai žiedai sudaro rutuliškus žiedynus. Dauginasi vegetatyviniu būdu. Auga upių slėnių drėgnose pelkėjančiose pievose, pakrūmėse, paupiuose. Lietuvoje aptinkamas pietrytinėje dalyje. Tai sparčiai nykstanti augalų rūšis. Į saugomų augalų sąrašus įrašyta nuo 1962 m. nyksta dėl upių pievų sausinimo, intensyvaus ganymo. Pelkinis ratenas saugomas ex situ užliejamoje pievoje.

6. Melsvasis gencijonas (Gentiana cruciata L.) 2 (V) – daugiametis, su storu šakniastiebiu, iki 50 cm aukščio augalas. Lapai šviesiai žali, mėsingi, tankūs. Žydi liepo-rugpjūčio mėnsį melsvais žiedais. Dauginasi sėklomis. Augalas yra dekoratyvus ir vaistinis. Auga sausose pievose, kalvų ir upių ir ežerų sausuose šlaituose, miškų aikštelėse. Tai pažeidžiama augalų rūšis. Populiacijų skaičius mažėja keičiantis buveinių sąlygoms. Melsvasis gencijonas įrašytas į Lietuvos raudonąją knygą. Melsvieji gencijonai kenčia nuo ilgalaikio ankstyvo šienavimo tiesioginio fizinio poveikio. Šis augalas saugomas ex situ piktžolių stepinėje pievoje.

Melisalapė medumėlė BS
Melisalapė medumėlė BS
Pievinis šalavijas BS
Pievinis šalavijas BS
Melisalapė medumėlė Pievinis šalavijas

7. Melisalapė medumėlė (Melittis melissophyllum L.) 1 (E) – daugiametis, 30-80 cm aukščio žolinis augalas trumpu šakniastiebiu. Visas augalas plaukuotas. Žydi stambiai rausvai margais žiedais birželio-liepos mėn. Lietuvoje labai reta rūšis, vienintelė medumėlės gentyje. Auga sausuose lapuočių ir mišriuose miškuose ant šlaitų, kurių medynuose vyrauja liepoos, ąžuolai, beržai. Žolyną sudaro daugiausia kaip 300 individų. Tai sparčiai nykstanty augalų rūšis, įrašyta į Lietuvos raudonąją knygą. Didžiausią grėsmę augalams kelia miškų kirtimas, smėlio ir žvyro kasyba, dirvožemio erozija, augalų rinkimas, krūmų sutankėjimas. Melisalapė medumėlė saugoma ex situ miško pievoje.

8. Pievinis šalavijas (Salvia pratensis L.) 3 (R) – daugiametis, 30-80 cm aukščio dekoratyvus, medingas augalas. Žydi gegužės-liepos mėnesiais mėlynais arba violetiniais žiedais. Auga žolėtuose atviruose šlaituose, pakelėse, nenaudojamose ganyklose, pakrūmėse. Pagrindinės augavietės – stepinių pievų buveinės. Auga sąžalynais, sudaro tankias, gausias populiacijas, kurios užima gana didelius plotus. Tai reta, nykstanti rūšis Lietuvoje, įrašyta į Lietuvos raudonąją knygą. Neigiamą įtaką populiacijoms daro šienavimas netinkamu laiku, intensyvus ganymas, arimas. Pievinis šalavijas saugomas ex situ stepinėje pievoje.