瀕危植物獨葉草的研究進展

謝計平

摘要 從形態(tài)學(xué)特征、植物分類地位、地理分布、種群生態(tài)、繁育生物學(xué)及遺傳多樣性等方面，對近年來瀕危植物獨葉草的研究進展進行了綜述，并對其研究價值和保護措施進行了展望，旨在為獨葉草的種質(zhì)資源保護、開發(fā)利用等研究提供科學(xué)參考。

關(guān)鍵詞 獨葉草；形態(tài)特征；地理分布；繁育方式

中圖分類號 S184；Q948.2 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）06-0010-02

Research Progress on Endangered Plant Kingdonia uniflora

XIE Ji-ping （Gansu Academy of Environmental Sciences，Lanzhou，Gansu 730020）

Abstract The research progresses on endangered plant Kingdonia uniflora in recent years were reviewed from the morphological characteristics，plant classification status，geographical distribution，population ecology，breeding biology，genetic diversity and other aspects.And its research value and protection measures were predicted，so as to provide scientific references for the protection，development and utilization of K.uniflora germplasma resources.

Key words Kingdonia uniflora；Morphological characteristics；Geographical distribution；Breeding ways

獨葉草（Kingdonia uniflora）隸屬毛茛科（Ranunculaceae）獨葉草屬（Kingdonia），為多年生草本，是我國特有單種屬，是喜馬拉雅山造山運動以前的古老孑遺植物[1-2]，僅分布于我國云南省西北部（德欽）、四川省西部、甘肅省南部的舟曲、陜西省南部的太子山等處，多生長于海拔2 750～3 975 m的冷杉林或杜鵑灌叢下[3]。獨葉草種子在野外環(huán)境條件下大多不能成熟，主要依靠根狀莖頂端伸長繁殖，在苛刻的生存環(huán)境中自然更新能力差，加上近年來由于西部旅游資源的大面積開發(fā)，各種道路的建設(shè)導(dǎo)致大量樹木被砍伐、自然環(huán)境的突變等因素，使獨葉草的棲息地受到嚴重威脅，其種群數(shù)量逐漸減少，自然分布區(qū)逐漸縮小[4]。筆者從形態(tài)學(xué)特征、分類地位、地理分布、種群生態(tài)、繁育生物學(xué)及遺傳多樣性等方面對近年來瀕危植物獨葉草的研究進展進行了綜述，并對其研究價值和保護措施進行了展望，旨在為獨葉草的種質(zhì)資源保護和開發(fā)利用提供科學(xué)參考。

1 形態(tài)學(xué)特征

獨葉草為多年生小草本，全株無毛， 高 3～10 cm；根狀莖發(fā)達，細長且分枝，生多數(shù)不定根；葉常1片基生，心狀圓形，寬 3.5～7.0 cm，掌狀 5 全裂，中、側(cè)裂片3 淺裂，下面的裂片不等 2 深裂，頂部邊緣有小牙齒，背面粉綠色；脈序為開放二叉分枝。牙芽鱗3，膜質(zhì)，卵形，長4～7 mm；葉柄長5～11 cm，花亭高達12 cm；萼片4～7，淡綠色，卵形，長5.0～7.5 mm；無花瓣；退化雄蕊8～13，圓柱狀，頂端頭狀膨大；雄蕊3～8，花藥橢圓形，花絲線形，具1縱脈；心皮3～7，子房具1垂懸胚珠，花柱鉆形，與子房近等長。瘦果扁，狹倒披針形，向下反曲。種子狹橢球形。種子白色，扁橢圓形。5—6月開花[3-5]。

2 分類地位與地理分布

1914年，Balfour等[6]通過對1份采自我國云南省德欽地區(qū)的獨葉草花標本進行觀察，建立了獨葉草屬。獨葉草通常被描述為：基生葉，只生1片葉子，開 1朵淡綠色的花，這樣描述容易給人們造成錯覺，認為該植物只有1葉1花，其實獨葉草并非獨葉，而其根狀莖比較發(fā)達，在根狀莖上大約每10 cm 就生有1個葉，一棵植株上生有很多葉子，并且連成一片[7]。這些特征與某些蕨類植物十分相似，尤其獨葉草的開放二歧式葉脈與裸子植物銀杏（Ginkgo biloba L.）又十分相似，這些特征都與毛茛科其他屬不同。基于上述獨葉草的原始特征，有些學(xué)者建議將獨葉草從毛茛科分離出來，建立獨葉草科（Kingdoniaceae Foster ex Airy Shaw.）。根據(jù)國內(nèi)外權(quán)威專家的觀點，對獨葉草的研究可為整個被子植物的進化提供新的資料和依據(jù)。

胡正海等[8]認為獨葉草在我國的分布是連續(xù)的，一般生活在高海拔、郁閉度較大的原始林下腐殖質(zhì)層中，性喜寒冷、潮濕和酸性土壤。雷永吉等[9]認為獨葉草在我國呈現(xiàn)島嶼狀分布于云南省德欽、川西北—甘南及秦嶺中部的太白山周圍的3個地區(qū)。李景俠等[10]指出獨葉草僅分布于我國甘肅、山西、云南、四川等地的中高山地帶，分布在海拔2 510～3 975 m，生境范圍非常狹窄，伴生種主要有牛皮樺林、冷杉林、箭竹林及杜鵑灌叢等。

3 種群生態(tài)及保護生物學(xué)研究

張文輝等[1]對太白山地區(qū)獨葉草種群的營養(yǎng)構(gòu)件的生長發(fā)育進行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)生長在不同群落內(nèi)的獨葉草種群各營養(yǎng)構(gòu)件的生長發(fā)育存在顯著差異；運用PCA方法對影響?yīng)毴~草種群構(gòu)建的環(huán)境因子進行了分析，發(fā)現(xiàn)干擾、光照、氣溫、濕度、土壤pH以及土壤水分是影響其生長發(fā)育的主要因素，此外土壤腐殖質(zhì)厚度、有機質(zhì)含量和群落蓋度對其生長發(fā)育也有一定影響。李育花等[11]在對太白山獨葉草無性系分株營養(yǎng)元素含量對異質(zhì)環(huán)境的研究中，發(fā)現(xiàn)獨葉草無性系分株通過自身生理代謝調(diào)整了各器官中營養(yǎng)元素的分配。在高海拔生境中，分株年齡顯著影響?yīng)毴~草無性系分株各器官的鉀含量、根狀莖和根中的全氮含量（P<0.05）。除了中海拔（2 800～2 900 m）獨葉草無性系分株的鉀含量與全氮、全磷和鎂含量無顯著相關(guān)外，其他海拔各元素之間均呈顯著相關(guān)。高海拔生境中植物的生理可塑性對克隆植物生長的貢獻可能比低海拔更大，較強的生理可塑性有助于克隆植物在高山環(huán)境中有效利用資源，實現(xiàn)種群擴展、開拓新的生境，這也可能是獨葉草在長期演化過程中對異質(zhì)生境的一種生理響應(yīng)。李育花等[12]對獨葉草光合生理生態(tài)特性的研究表明，獨葉草的凈光合速率具有明顯的光合“午休”現(xiàn)象，其葉片的蒸騰速率和水分利用率的變化曲線也呈雙峰型，峰值分別出現(xiàn)在13：30和16：30左右。獨葉草只能適應(yīng)較窄的光照環(huán)境。

李智軍等[13]研究了人為干擾對獨葉草生長的影響，發(fā)現(xiàn)在人為破壞的生存環(huán)境下生長的獨葉草，其根狀莖長度較短，年生長長度也較短，其生長狀況受到影響，說明生境破壞是獨葉草種群數(shù)量減少的原因之一。

茍小成等[14]研究了洮河國家級自然保護區(qū)獨葉草的分布與生長規(guī)律，介紹了洮河國家級自然保護區(qū)概況，調(diào)查了保護區(qū)內(nèi)獨葉草的分布，并分析了保護區(qū)內(nèi)獨葉草的生長分布規(guī)律。首先，獨葉草分布在海拔3 050～3 200 m、坡向北或西北（陰坡或半陰坡）、坡位上或中上部、林分郁閉度0.5～0.6、土壤微酸性（pH在6.5左右）的苔蘚冷杉天然林中，在苔蘚云杉等天然林中沒有發(fā)現(xiàn)獨葉草的蹤跡。其次，獨葉草在該保護區(qū)內(nèi)的分布范圍很小，種群數(shù)量也極少，生活力弱，繁衍能力差，對環(huán)境變化的適應(yīng)性和生存環(huán)境的自然度有極強的敏感性，生境一旦遭到破壞，極易遭遇滅絕威脅。

劉曉等[15]選取9個自然居群對獨葉草葉片性狀表型多樣性進行了研究，結(jié)果表明獨葉草葉片各性狀間存在顯著相關(guān)，個別性狀與地理位置存在相關(guān)性。主成分分析表明，獨葉草的末級葉脈數(shù)、葉面積和總齒數(shù)對變異有較大貢獻，而網(wǎng)結(jié)脈的貢獻很小。獨葉草葉片性狀在不同居群間的變異程度大于居群內(nèi)，其中盲脈數(shù)量在各居群間的變異程度最大，而末級葉脈數(shù)是最穩(wěn)定的性狀。

徐軍等[16]對64份獨葉草標本的地理信息和 14 個環(huán)境因子參數(shù)，應(yīng)用最大熵模型（MaxEnt）和地理信息技術(shù)（GIS）對獨葉草在我國的潛在適生分布區(qū)和影響分布的關(guān)鍵環(huán)境因子進行了預(yù)測。對適生區(qū)環(huán)境參數(shù)的綜合分析表明，獨葉草最適宜生長在高海拔（1 646～2 810 m）、年均降水量大（856 mm）、1 月最低溫適中（-7.2 ℃）和土壤偏酸性（pH 6.89）的地區(qū)。該研究結(jié)果可為在最適生長區(qū)通過合理規(guī)劃自然保護區(qū)來保護獨葉草野生資源提供理論依據(jù)。

4 繁育生物學(xué)

4.1 繁育系統(tǒng)

獨葉草能同時進行有性繁殖和無性繁殖與更新[17]。有性繁殖以異花授粉為主，部分自交親和，需要傳粉者，但有性生殖存在一定障礙，雖然能進行開花結(jié)實，但是種子大多不能萌發(fā)[18]。Ren等[19]研究表明，獨葉草的瘦果有敗育現(xiàn)象，尤其在發(fā)育后期敗育率更高，認為種子敗育是造成獨葉草瀕危的主要原因。獨葉草主要靠根狀莖進行無性繁殖，但根狀莖的延伸多在土壤腐殖質(zhì)層（10～50 cm），使克隆植株集生于母株周圍，限制了植株向外擴展[10]。

4.2 傳粉生物學(xué)研究 獨葉草為兩性花，其傳粉過程離不開傳粉昆蟲的參與。賀海霞等[20]通過野外觀察和室內(nèi)鑒定發(fā)現(xiàn)，獨葉草的訪花昆蟲有7種，分別隸屬彈尾目、雙翅目、同翅目和膜翅目；對獨葉草的不育雄蕊、花被片和可育雄蕊對傳粉昆蟲和傳粉的影響研究表明，不育雄蕊產(chǎn)生的蜜汁是吸引昆蟲訪花的最主要因素，花被片為昆蟲取食提供停歇平臺，可育雄蕊與花被片的色差是吸引昆蟲的次要因素，也反映了獨葉草訪花昆蟲的多樣性。

4.3 組織培養(yǎng)快繁體系研究

姬文帥[21]以獨葉草的根狀莖、幼葉柄、成熟葉柄及葉片為外植體，對其愈傷組織進行誘導(dǎo)試驗，結(jié)果表明根狀莖、成熟葉柄及葉片不是合適的外植體；幼葉柄能夠較好地啟動并誘導(dǎo)出愈傷組織，在獨葉草的組織培養(yǎng)中選用獨葉草的幼葉柄作為外植體進行組織培養(yǎng)較好。愈傷組織誘導(dǎo)較適合的培養(yǎng)基和植物激素組合為1/4MS+2，4-D和其他細胞分裂素的組合。光照對愈傷組織及芽的分化有較大影響，在溫度為（15±1）℃、光照強度為3 000～9 000 lx、日光照時間為11 h的環(huán)境中進行獨葉草組織培養(yǎng)比較合適。

5 遺傳多樣性研究

劉曉[22]采用RAPD標記對獨葉草的遺傳多樣性進行研究，結(jié)果表明獨葉草的遺傳多樣性很低。林麗麗等[23]采用SSR標記對獨葉草進行遺傳多樣性分析，結(jié)果表明獨葉草居群具有較低的遺傳多樣性，總基因多樣性、居群內(nèi)多樣性、基因流分別為0.419 0、0.163 7和0.527 4。6個獨葉草居群的遺傳多樣性指數(shù)存在差異，隨海拔的增加表現(xiàn)出先降低后升高的規(guī)律。居群間遺傳變異大于居群內(nèi)遺傳變異。獨葉草的遺傳多樣性較低，可能是因為它所處海拔較高，傳粉者受到克隆群體的空間限制，其實質(zhì)上就是自交，直接導(dǎo)致居群內(nèi)遺傳變異降低。此外，也可能是由于有效群體較小所致[24]。另外，也可能是其生境中地形因子、氣候、昆蟲活動等綜合作用的結(jié)果。

6 獨葉草內(nèi)生真菌的分離與鑒定

研究表明，很多植物內(nèi)生真菌長期生活在植物體內(nèi)的特殊環(huán)境中，與宿主形成良好的共生關(guān)系，并能很好地促進宿主的生長和中藥次生代謝產(chǎn)物的合成，并具有增強宿主抵御逆境的能力等作用。

姬文帥[21]從獨葉草根中分離出5株內(nèi)生真菌，并鑒定出4株，分別為柱孢彎頸霉和米舒青霉。

7 展望

獨葉草具有較高的科研價值和保護價值，是我國特有的單種屬和珍稀瀕危植物，被列為我國 Ⅰ 級保護植物。由于獨葉草營養(yǎng)葉的脈序、根狀莖和花被片等的形態(tài)解剖特征都不同于毛茛科其他屬，其營養(yǎng)葉具有與銀杏（Ginkgo biloba L.）相似的開放的二叉分枝的葉脈，這在被子植物中是很罕見的，因此，這種原始被子植物對研究被子植物的進化和毛茛科的系統(tǒng)發(fā)育具有重要的科學(xué)意義[4-5]。

此外，獨葉草具有較高的藥用價值，其全草可供藥用，具有活血、散瘀、止痛、健胃、祛風(fēng)的功效[25]。

近年來，對獨葉草的基礎(chǔ)性研究已有不少，但目前對野生獨葉草的保護主要以保護天然資源，促進自然更新為主。

同時，可以在近似的環(huán)境中移栽其根狀莖，并開展結(jié)實生物學(xué)、種子繁殖的研究，進行引種馴化。此外，應(yīng)該加強獨葉草組織培養(yǎng)的相關(guān)技術(shù)研究，以擴大獨葉草的野外種群，從而能很好地保護獨葉草這一瀕危植物，保護我國生物多樣性。

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